碳酸饮料无菌碳酸化装置的制作方法

本实用新型涉及碳酸饮料灌装生产设备技术领域，具体涉及碳酸饮料无菌酸化装置。

背景技术：

碳酸饮料是指物料中溶解有二氧化碳的一类饮料。目前的碳酸饮料，其制作工艺是：在物料中溶解二氧化碳后，进行杀菌。这样的缺点在于：物料受热后，二氧化碳容易从液体物料中溢出，为防止二氧化碳溢出，就需要施加较大压力，并且温度越高，压力越高，这不仅要求设备具有较高的承压能力，还增加了对物料进行降压的步骤，即灌装时需要将处于较高的压力状态的溶解有二氧化碳的物料降压至较低压力状态。因此，目前的碳酸饮料制作工艺复杂，制作成本高。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是：提供一种碳酸饮料无菌碳酸化装置，其能有效防止二氧化碳从物料中逸出，且能大大降低对设备的承压要求。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：碳酸饮料无菌碳酸化装置，包括：无菌罐和物料输送管，无菌罐的底部设置有酸化物料输出管，物料输送管的输入端与超高温瞬时杀菌机的出料管相连通，还包括有与二氧化碳气源相连通的二氧化碳管道，二氧化碳管道上设置有若干除菌过滤器，二氧化碳管道连接有备压输送管和混合输送管，备压输送管连接至无菌罐，备压输送管上设置有备压管路控制阀，物料输送管和混合输送管的输出端均与混合器的输入端相连通，混合输送管上设置有混合输送控制阀，混合器的输出端与无菌罐相连通。

进一步地，前述的碳酸饮料无菌碳酸化装置，其中，混合输送管上还设置有第一无菌调节阀和第一流量计。

进一步地，前述的碳酸饮料无菌碳酸化装置，其中，无菌罐的备压输送管上还设置减压阀、无菌进气调节阀，无菌罐的顶部连接有排气管，排气管上设置有压力传感器、安全阀、无菌排气调节阀。

进一步地，前述的碳酸饮料无菌碳酸化装置，其中，物料输送管上设置有冷却器、无菌泵和物料流量计，从超高温瞬时杀菌机中进入物料输送管内的物料先进入冷却器中冷却后再进入混合器中。

进一步地，前述的碳酸饮料无菌碳酸化装置，其中，超高温瞬时杀菌机与物料输送管之间通过无菌工艺十字防混阀相连接，无菌工艺十字防混阀的结构包括：阀座，阀座上设置有第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第五接口、第六接口，阀座中设置有阀腔以及第一阀芯、第二阀芯、第三阀芯，第二接口与第三接口常通，第五接口与第六接口常通，第一阀芯动作能控制第一接口与阀腔相连通或相断开，在第二阀芯的控制下，第二接口与第三接口能都与阀腔相连通或都相断开，第五接口与第六接口能都与阀腔相连通或都与阀腔相断开；第三阀芯动作能驱使第四接口与阀腔相连通或相断开；第一接口与屏蔽蒸汽输送管相连接，第二接口与清洗管道相连接，清洗管道上设置有清洗控制阀，清洗管道用于输送洗涤液和灭菌蒸汽，第三接口与物料输送管相连接；第四接口连接有排水管，排水管上设置有疏水阀；第五接口与超高温瞬时杀菌机的出料管相连接，第六接口与超高温瞬时杀菌机的回液管相连接。

进一步地，前述的碳酸饮料无菌碳酸化装置，其中，所述的混合器为文丘里管混合器。

更进一步地，前述的碳酸饮料无菌碳酸化装置，其中，无菌罐内的顶部设置有带若干喷嘴的清洗球，混合器与无菌罐之间通过进料管相连通，进料管上设置有无菌进料调节阀，混合器的输出端与无菌进料调节阀之间的进料管上连接有无菌罐清洗管路，无菌罐清洗管路连接至清洗球，无菌罐清洗管路上设置有无菌罐清洗控制阀。

再进一步地，前述的碳酸饮料无菌碳酸化装置，其中，所述的二氧化碳管道上至少串联设置有两个除菌过滤器，每个过滤器上均连接有带阀的过滤器排水管。

进一步地，前述的碳酸饮料无菌碳酸化装置，其中，二氧化碳管道的输入端设置有第一止回阀，混合输送管的输出端设置有第二止回阀。

本实用新型的优点是：第一、二氧化碳先经无菌过滤器除菌过滤后再与料液混合，这能有效防止二氧化碳从料液中逸出，从而能降低对无菌罐的承压能力的要求，简化生产步骤，有效降低生产成本。二、超高温瞬时杀菌机与物料输送管之间通过无菌工艺十字防混阀相连接，将洗涤液、灭菌蒸汽、以及屏蔽蒸汽接入整个酸化装置中，其中洗涤液和灭菌蒸汽能对酸化装置管道及管道上各部件进行洗涤和灭菌，从而确保酸化装置洁净无菌；当超高温瞬时杀菌机中断供料时，屏蔽蒸汽隔断在超高温瞬时杀菌机与无菌罐之间，从而能进一步确保酸化装置无菌。

附图说明

图1是本实用新型所述的碳酸饮料无菌碳酸化装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，碳酸饮料无菌碳酸化装置，包括：无菌罐1和物料输送管2、与二氧化碳气源相连通的二氧化碳管道4。物料输送管2的输入端与超高温瞬时杀菌机3的出料管31相连通。二氧化碳管道4上设置有若干除菌过滤器41，所述的二氧化碳管道4上至少串联设置有两个除菌过滤器41，本实施例中二氧化碳管道4上串联设置有两个除菌过滤器41。除菌过滤器41的作用在于：对二氧化碳气体进行除菌和过滤。二氧化碳管道4的输入端设置有第一止回阀42，第一止回阀42的设置能有效防止二氧化碳管道4内的流体从二氧化碳管道4的输入端流出。

二氧化碳管道4连接有备压输送管5和混合输送管6。备压输送管5连接至无菌罐1，备压输送管5上设置有备压管路控制阀51，本实施例中备压管路控制阀51采用手动球阀。本实施例中，备压输送管5上还设置减压阀52、无菌进气调节阀53。无菌罐1的顶部还连接有排气管12，排气管12上设置有压力传感器121、安全阀122、无菌排气调节阀123。

物料输送管2和混合输送管6的输出端均与混合器的输入端相连通。本实施例中，所述的混合器为文丘里管混合器7。物料输送管2上设置有冷却器21、无菌泵22和物料流量计23，从超高温瞬时杀菌机3中进入物料输送管2内的料液先进入冷却器21中冷却后再进入文丘里管混合器7中。冷却器21对料液进行冷却，其目的也在于防止二氧化碳溢出。混合输送管6上设置有混合输送控制阀61，混合输送控制阀61选用隔膜阀，本实施例中为了调节和计量混合输送管6中气体的流量，混合输送管6上还设置有第一无菌调节阀62和第一流量计63。混合输送管6的输出端设置有第二止回阀64。文丘里管混合器7的输出端与无菌罐1通过进料管11相连通，进料管11上设置有无菌进料调节阀110。无菌罐1内的顶部设置有带若干喷嘴的清洗球13，文丘里管混合器7输出端与无菌进料调节阀110之间的进料管11上连接有无菌罐清洗管路111，无菌罐清洗管路111连接至清洗球13，无菌罐清洗管路111上设置有无菌罐清洗控制阀112，无菌罐清洗控制阀112采用隔膜阀。

本实施例中，超高温瞬时杀菌机3与物料输送管2之间通过无菌工艺十字防混阀8相连接，无菌工艺十字防混阀8的结构包括：阀座80，阀座80上设置有第一接口81、第二接口82、第三接口83、第四接口84、第五接口85、第六接口86。阀座80中设置有阀腔以及第一阀芯、第二阀芯、第三阀芯，第二接口82与第三接口83常通，第五接口85与第六接口86常通。第一阀芯动作能控制第一接口81与阀腔相连通或相断开，在第二阀芯的控制下，第二接口82与第三接口83能都与阀腔相连通或都相断开，第五接口85与第六接口86能都与阀腔相连通或都与阀腔相断开。第三阀芯动作能驱使第四接口84与阀腔相连通或相断开。第一接口81与屏蔽蒸汽输送管91相连接，第二接口82与清洗管道92相连接，清洗管道92上设置有清洗控制阀921，所述的清洗控制阀921采用隔膜阀，清洗管道92用于输送洗涤液和灭菌蒸汽。第三接口83与物料输送管2的输入端相连接。第四接口84连接有排水管93，排水管93上设置有疏水阀931。第五接口85与超高温瞬时杀菌机3的出料管31相连接，第六接口86与超高温瞬时杀菌机3的回液管32相连接。

洗涤液清洗（cip）过程如下：清洗控制阀921开启，无菌工艺十字防混阀8的第五接口85与第六接口86都处于与阀腔相断开的状态，第二接口82与第三接口83之间与阀腔间歇性连通。

洗涤液从清洗管道92经第二接口82、第三接口83进入至物料输送管2中，洗涤液依次经过冷却器21、无菌泵22、物料流量计23、文丘里管混合器7、进料管11、无菌进料调节阀110进入无菌罐1，从而实现对物料输送管2以及物料输送管2上的各部件，即对物料输送管2以及其上的过冷却器21、无菌泵22、物料流量计23、文丘里管混合器7进行清洗，并对进料管11以及进料管11上的各部件即无菌进料调节阀110进行清洗。

同时，洗涤液通过无菌罐清洗管路111进入至清洗球13，然后从清洗球13的喷嘴中喷出，从而对无菌罐1进行喷冲清洗。无菌罐1中的洗涤液从无菌罐1底部的酸化物料输出管101中排出。cip清洗时，无菌进料调节阀110的开度确保大部分洗涤液能进入无菌罐清洗管路111中，从而确保洗涤液对无菌罐1的清洗效果。

同时，由于第二接口82与第三接口83之间与阀腔间歇性连通，因此会有一部分洗涤液进入阀腔，从而对阀腔进行清洗。第三阀芯动作能驱使第四接口84与阀腔相连通，打开排水管93上的疏水阀931，阀腔中的洗涤液则会通过排水管93排出。

蒸汽灭菌（sip）过程如下：清洗控制阀921开启，无菌工艺十字防混阀8的第五接口85与第六接口86都处于与阀腔相断开的状态，第二接口82与第三接口83之间也处于与阀腔相断开的状态。

灭菌蒸汽经第二接口82、第三接口83进入至物料输送管2中，然后依次经过冷却器21、无菌泵22、物料流量计23、文丘里管混合器7、进料管11、无菌进料调节阀110进入无菌罐1内，从而实现对物料输送管2以及物料输送管2上的各部件以及无菌罐1的内部灭菌。

无菌罐1内的灭菌蒸汽通过备压输送管5，并依次经无菌进气调节阀53、减压阀52、备压管路控制阀51，然后从备压输送管5进入二氧化碳管道4中，从而对二氧化碳管道4中的两个除菌过滤器41进行高温灭菌，除菌过滤器41中灭菌后产生的水汽从除菌过滤器41的过滤器排水管411中排出。

二氧化碳酸化过程如下。

二氧化碳管道4中的二氧化碳经两个除菌过滤器41依次除菌过滤后成为无菌洁净的二氧化碳。

首先，备压输送管5上的备压管路控制阀51、无菌进气调节阀53开启，无菌洁净的二氧化碳经备压输送管5上的备压管路控制阀51、减压阀52、无菌进气调节阀53进入至无菌罐1内。当压力传感器121检测到无菌罐1内的压力达到生产压力设计值时，无菌进气调节阀53关闭。

然后，混合输送控制阀61、第一无菌调节阀62开启，无菌洁净的二氧化碳从混合输送管6经第一流量计63、第一无菌调节阀62、第二止回阀64进入至文丘里管混合器7的输入端。此时，无菌工艺十字防混阀8的第五接口85、第六接口86处于与阀腔相连通的状态、第二接口82、第三接口83处于与阀腔相连通的状态，清洗控制阀921处于关闭状态。超高温瞬时杀菌机3中灭菌后的料液通过出料管31、无菌工艺十字防混阀8的第五接口85、无菌工艺十字防混阀8的阀腔、无菌工艺十字防混阀8的第三接口83进入物料输送管2中，在无菌泵22的作用下，料液不断进入文丘里管混合器7的输入端。无菌泵22对料液进行加压，从而能提高二氧化碳与料液的混合效果。

进入文丘里管混合器7内的二氧化碳与料液相溶解，溶解有二氧化碳的料液从混合器7的输出端经进料管11进入至无菌罐1内。二氧化碳先过滤灭菌后再溶解在料液中，这样的优点在于：能有效防止二氧化碳从料液中逸出，并能降低对无菌罐的承压能力的要求，从而也就有能效降低生产成本。

无菌罐1内的液位上升，无菌罐1中的压力会不断变大，压力传感器121一旦检测到无菌罐1内的压力大于生产压力设计值时，排气管12上的无菌排气调节阀123则会开启，无菌罐1内的气体则会通过排气管12排出，从而确保无菌罐1内的压力值始终维持在生产压力设计值。相反，当无菌罐1内溶解有二氧化碳的料液从酸化物料输出管101中输出时，无菌罐1内的液位下降，无菌罐1中的压力会不断变小，一旦当压力传感器121检测到无菌罐1内的压力小于生产压力设计值时，无菌进气调节阀53则会开启，无菌洁净的二氧化碳则会补入至无菌罐1内，确保无菌罐1内的压力始终维持在生产压力设计值。无菌罐1采用上述的压力调节方式，使得无菌罐1内始终保持生产压力设计值，从而能大大提高溶解有二氧化碳的料液的储存时间，有效防止料液中的二氧化碳逸出，同时也进一步提高了料液酸化的品质。

超高温瞬时杀菌机3中断供料时，无菌工艺十字防混阀8的第五接口85、第六接口86处于与阀腔相断开的状态、第二接口82、第三接口83处于与阀腔相断开的状态，此时第一接口81与阀腔相连通，屏蔽蒸汽输送管91将屏蔽蒸汽输送至阀腔内，从而使得超高温瞬时杀菌机3与无菌罐1相隔绝。第四接口84与阀腔相连通后，阀腔内由屏蔽蒸汽冷凝形成的水则能通过第四接口84上的排水管93排出。

本实用新型的优点是：第一、二氧化碳先经无菌过滤器41除菌过滤后再与料液混合，这能有效防止二氧化碳从料液中逸出，从而能降低对无菌罐的承压能力的要求，简化生产步骤，有效降低生产成本。二、超高温瞬时杀菌机3与物料输送管2之间通过无菌工艺十字防混阀8相连接，将洗涤液、灭菌蒸汽、以及屏蔽蒸汽接入整个酸化装置中，其中洗涤液和灭菌蒸汽能对酸化装置管道及管道上各部件进行洗涤和灭菌，从而确保酸化装置洁净无菌；当超高温瞬时杀菌机3中断供料时，屏蔽蒸汽隔断在超高温瞬时杀菌机3与无菌罐1之间，从而能进一步确保酸化装置无菌。