专利名称：水力空化灭菌装置的制作方法
技术领域：
本发明属于化工流体机械技术领域，涉及一种水力空化灭菌装置。
背景技术：
通常，食品灭菌的方法多采用直接加热或间接加热的高温灭菌消毒方法，这种方法的缺点是容易造成原料中有效成分的破坏和热分解。
发明内容
本发明的目的是提供一种水力空化灭菌装置，该装置适用于水、牛奶、果汁等液体饮料、食品和营养品的灭菌消毒，具有产量大、效率高、瞬间灭菌、局部高温、整体常温的特点，从而避免了原料中有效成分的破坏和过热分解。
本发明的技术原理是水力空化发生时，液体局部的负压区产生空化泡，随后空化泡随液体一起流动，在压力恢复区空化泡瞬间绝热溃灭，在整体处于常温、常压的液体环境中局部产生异常高温和高压，这些高度集中的能量足以起到灭菌消毒的作用。
本发明的技术方案如下一种水力空化灭菌装置，该装置主要由泵、管路、孔板、法兰、原料罐、阀门和压力表等组成。其特征在于原料罐的出口处设置有泵，该泵的出口与主管路连通；主管路上装有孔板，该孔板的入口与泵的出口连通，孔板的出口与原料罐连通，孔板的入口处装有压力表；在泵的出口处设置一旁路，该旁路上装有阀门，该阀门的入口与泵的出口连通，该阀门的出口与原料罐连通。
原料罐是一个常温、常压容器，用来储存液体原料。从原料罐出来的液体原料通过泵加压至操作压力后被送入主管路，该操作压力主要取决于液体原料性质和对灭菌程度的要求，增加该操作压力，有利于提高水力空化的灭菌效果，但也会增加装置的能耗，一般在0.3～0.6MPa范围为宜。该压力由压力表测示，也可以用其他压力测示装置(例如压力传感器等)测示。处于该操作压力下的液体原料流经孔板时，由于孔板的节流作用，使其总体压力降至常压。水力空化的发生是由孔板的节流作用引起的。当主管路中的原料流经孔板时，截面突然缩小，流速骤然增大，压力骤然减小，在孔板附近的局部区域里形成负压区和压力恢复区，在负压区产生空化泡，该空化泡在压力恢复区分散后发生溃灭，将高度集中的能量释放出来，产生局部高温高压，达到杀菌消毒的效果。孔板是一个圆形薄平板，其上有一个或多个小圆孔。孔板的结构和几何尺寸是影响水力空化灭菌效果的重要因素，具体体现在开孔率上，开孔率的定义是孔板上总的开孔面积与孔板处管路截面积之比。实验研究结果表明，开孔率小，节流效果好，孔口流速较大，能够产生足够的静压力降，使空化容易发生。同时，小孔射流产生的强大剪切力和强烈冲击波会加剧空化泡的溃灭，使空化效果加强。随着开孔率的增加，通过孔口的流速降低，产生的静压力降也较小，但空化发生的区域较大，高剪切带分布在较大的横截面上，导致空化泡经过这个剪切带并发生溃灭的概率增大，但在一定条件下也会发生气泡合并现象，削弱空化强度。因此，孔板的开孔率要在一个适当的范围。对原料处理量较小场合，可以使用在孔板中心处开一个小圆孔的单孔孔板，其开孔率在0.01～0.04范围为宜；对原料处理量较大场合，可以使用多孔孔板，即在孔板上以圆心为对称中心，开有均匀分布的多个小圆孔，其开孔率在0.02～0.3范围为宜。孔板用法兰固定在主管路上，法兰与孔板之间用密封垫密封，然后用螺栓拧紧。在泵的出口处设置旁路的目的是，通过调节旁路中液体原料的流量来调节主管路的操作压力，这可通过调节旁路上阀门的开度来实现。增加该阀门的开度，会增大旁路中液体原料的流量，从而降低主管路的操作压力；减小该阀门的开度，会减小旁路中液体原料的流量，从而提高主管路的操作压力。
本发明的优点和效果是1.由孔板缩口处的节流作用引起水力空化发生，利用空化发生时产生的瞬间高温高压达到灭菌消毒的作用。由于这种作用是发生在空化泡溃灭的局部区域，因此并不会引起原料整体的温度有明显地上升，所以不会引起有效成分的破坏和热分解。
2.本装置结构简单、易行，操作方便。
本发明装置适用于水、牛奶、果汁等液体饮料、食品和营养品的灭菌消毒。
附图1是水力空化灭菌装置的结构示意图。
图中1泵；2主管路；3压力表；4法兰；5孔板；6密封垫片；7螺栓；8原料罐；9旁路；10阀门。
附图2是水力空化灭菌装置中的孔板的结构示意图。
图中A为单孔孔板结构示意图；B为多孔孔板结构示意图。A和B中11圆平板；12小圆孔。
具体实施例方式
以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式
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在附图1中，原料罐8的出口处设置有泵1，泵1的出口与主管路2连通；主管路2上装有孔板5，孔板5的入口与泵1的出口连通，孔板5的出口与原料罐8连通，孔板5的入口处装有压力表3；在泵1的出口处设置一旁路9，旁路9上装有阀门10，阀门10的入口与泵1的出口连通，阀门10的出口与原料罐8连通。
从原料罐8出来的液体原料通过泵1加压至操作压力后被送入主管路2，该压力由压力表3测示。处于该操作压力下的液体原料流经孔板5时，截面突然缩小，流速骤然增大，压力骤然减小，在孔板5附近的局部区域里形成负压区和压力恢复区，在负压区产生空化泡，该空化泡在压力恢复区分散后发生溃灭，将高度集中的能量释放出来，产生局部高温高压，达到杀菌消毒的效果。孔板5用法兰4固定在主管路上，法兰4与孔板5之间用密封垫6密封，然后用螺栓7拧紧。主管路的操作压力可通过调节旁路9中液体原料的流量来调节，这可通过调节旁路9上阀门10的开度来实现。增加阀门10的开度，会降低主管路的操作压力；减小阀门10的开度，会提高主管路的操作压力。
在附图2中，A为单孔孔板，圆平板11是一个圆形薄平板，在其中心加工有一个圆小孔；B为多孔孔板，圆平板11是一个圆形薄平板，在其中心加工有多个小圆孔，这些小圆孔以圆平板11的圆心为对称中心，均匀地分布在圆平板11上。
权利要求
1.一种水力空化灭菌装置，该装置主要由泵、管路、孔板、法兰、原料罐、阀门和压力表组成，其特征在于(1)原料罐的出口处设置有泵，该泵的出口与主管路连通；(2)主管路上装有孔板，该孔板的入口与泵的出口连通，孔板的出口与原料罐连通，孔板的入口处装有压力表；(3)在泵的出口处设置一旁路，该旁路上装有阀门，该阀门的入口与泵的出口连通，该阀门的出口与原料罐连通。
2.根据权利要求1所述的水力空化灭菌装置，其特征在于孔板中心位置处开有一个小圆孔，开孔率的范围是0.01～0.04。
3.根据权利要求1所述的水力空化灭菌装置，其特征在于孔板上以圆心为对称中心，开有均匀分布的多个小圆孔，开孔率的范围是0.02～0.3。
全文摘要
本发明属于化工流体机械技术领域，涉及一种利用水力空化灭菌的装置。该装置主要由泵1、管路2、3、孔板4、法兰5、原料罐6、阀门7和压力表8等组成。该装置的特征是利用孔板的节流作用产生水力空化现象，利用空化发生时产生的瞬间高温高压来对液体原料进行灭菌消毒。该装置的效果是具有产量大、效率高、操作方便、瞬间灭菌、局部高温、整体常温等特点，从而避免了液体原料中有效成分的破坏和过热分解，广泛适用于水、牛奶、果汁等液体饮料、食品和营养品的灭菌消毒。
文档编号A23L3/015GK1557230SQ200410021098
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月29日 优先权日2004年1月29日
发明者张晓冬, 李志义, 刘学武 申请人:大连理工大学