一种高效、全营养保护连续灭菌系统的制作方法

本实用新型涉及连续灭菌设备技术领域，具体涉及一种高效、全营养保护连续灭菌系统。

背景技术：

在生物制药、食品化工、生物化工等行业，为了避免微生物滋生，常常需要对流体原料或制成品进行高温灭菌。特别是在发酵企业，为了定向培养微生物发酵，需要对微生物赖以生存的“口粮”——培养基，进行百分百无菌化处理。

目前通行的方式不外乎实消和连消两种方式。

实消是在将培养基加入发酵罐内，先利用高温蒸汽长时间“煮熟”，然后利用盘管冷却水慢慢降到常温的过程。这个过程类似家庭“煲粥”的过程，时间极其漫长。这段漫长的“煮熟”过程，培养基中的多种无机盐、蛋白质及其他有机营养物质，会发生无法预知的复杂的化学反应。这些化学反应不仅破坏了菌种所需的营养成分，甚至会产生抑制微生物生长的毒害物质。这种灭菌方式，在上世纪七八十年代，我们国家采用的比较多。随着发酵工业技术的不断进步，实消早已被专业发酵人士所摒弃。

连消是将配料罐的培养基通过泵输送进发酵罐的管路过程中，同时完成升温、高温维持、降温等单元操作。连续灭菌时，培养基能在短时间内加热到保温温度，并能很快被冷却。因此，可以在更高的温度下分批灭菌，而保温时间则很短，这样就有利于减少营养物质的破坏，提高发酵指数。

所以，一种高效、全营养保护连续灭菌系统是生物发酵行业的核心，直接关系到发酵工程的成败。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高效、全营养保护连续灭菌系统，相比传统灭菌系统更加节能，而且灭菌彻底，营养破坏少。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效、全营养保护连续灭菌系统，包括配料罐、预热器、加热器、维持器、分配站和热水罐，其特征在于：所述的配料罐通过进料泵与预热器相连，预热器通过增压泵A与加热器相连，加热器通过增压泵B与维持器相连，维持器的出口经预热器与分配站相连，所述热水罐的入口分别与预热器和维持器相连，热水罐的出口一方面连接增压泵A，另一方面通过热水循环泵与维持器连接形成回路。

作为优选的，所述的预热器为管壳式结构，管是由10-1000股φ10-φ16的细管组成，管长径比为1000:1-10000:1。

优选的，所述的加热器为高压蒸汽喷射器或者低压蒸汽喷射器。

优选的，所述的增压泵A和增压泵B为离心泵或者管道泵。

优选的，所述的维持器为管壳式结构，管是由10-1000股φ10-φ16的细管组成，管长径比为1000:1-10000:1。

进一步的，所述的连续灭菌系统还包括水罐、CIP酸罐和CIP碱罐，水罐、CIP酸罐和CIP碱罐的底部通过管道与进料泵相连，水罐、CIP酸罐和CIP碱罐的顶部通过管道与分配站相连。

本实用新型的与现有技术相比：

节能：采用热水作为系统灭菌介质，可回收循环使用；预热器也兼作冷凝器，换热系数高，热回收95%以上；

灭菌彻底，营养破坏少：百分百保证了原料或者制成品的无菌化，为稳定发酵生产保驾护航，减少企业的直接损失；营养破坏少，全营养保护，可提高单罐发酵指数，如：转化率提高，产酸率提高等等，无形中，大幅提高企业的经济效益；

设备安全可靠，不会因为高温高压带来的应力破坏，导致设备在短周期内出现疲劳、裂纹、穿漏、乃至报废，造成灭菌失败的问题，杜绝因物料灭菌不彻底带来的污染；优良的设备结构，保证设备安全运行的同时，零风险地保障了发酵工程稳定开展，直接提高企业经济效益。

附图说明

图1是现有普通连消系统的工艺流程图。

图2是本实用新型主要组成构件流程图。

图3是本实用新型的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图与实施例，对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，现有普通连消系统，基本工艺流程及组成如下：

其灭菌方法是先用蒸汽进入连消系统进行空消灭菌，疏导出冷凝水。以一定的温度持续一段时间后，利用进料泵将配料罐中的物料泵入加热器，使物料加热到一定的温度，并在维持罐内维持一定时间，再冷却到一定的温度，进入分配站，完成连消流程。

普通连消系统不足之处分别从工艺和设备两方面阐述如下：

一、工艺方面的不足

通入高温高压蒸汽进行系统空消灭菌，容易烧焦设备、管道内残留的物料，留下灭菌死角；蒸汽比热小，死角位无渗透性，难保消毒彻底；蒸汽直接冷凝排走，热量消耗大，不节能。

加热温度低，维持时间太长，营养破坏多，不利于发酵生产上水平。现行典型的工艺参数如下：

最传统的工艺——加热温度：121℃，维持时间：1800秒；

改进的工艺——加热温度：135℃，维持时间：300秒。

换批连消物料，不能有效清洗系统。

二、设备方面不足

预热设备与冷却设备，普遍采用板式换热器或者螺旋板换热器。板式换热器的密封条耐高温能力差，易老化，容易泄露； 螺旋板换热器，体积大，两侧压力不平衡，易产生应力破坏，一般半年到一年就会出现穿漏，导致发酵污染，且无法修复，设备报废率高，使用成本高。

维持器设备结构有多种，现行中典型的有如下两种：

（1）高径比（10:1）圆柱形维持罐。维持罐体积大，物料返混厉害，不能保证先进先出，维持时间长短不一，从而导致部分物料高温时间很长，营养成分破坏大；且死角多，置换时间长，容易结焦碳化；

（2）管道维持。一是热量容易散失，不能维持稳定温度；二是用安装空间大；三是由于边界效应，也会出现维持时间长短不一的问题。

如图2-3所示，本实用新型主要由配料罐（1）、进料泵（2）、预热器（3）、增压泵A（4）、加热器（5）、增压泵B（6）、维持器（7）、分配站（8）、热水循环泵（9）、高温热水罐（10）、水罐（11）、CIP酸罐（12）、CIP碱罐（13）等组成，再辅以工业自动化控制技术进行一键式启停。

第一步，启动热水空消程序。按照设定程序，系统开关好相关阀门组合，进而启动增压泵A（4），将高温热水罐（10）的热水抽出，进入加热器（5）连续不断地进行温度补偿，得到设定的145℃高温热水；145℃的高温热水，经过增压泵B（6）加压后，进入维持器（7），在维持器（7）中保温20秒，进入预热器（3）的管程通道，高温热水被均分成10~1000股细流，匀速通过预热器（3），最后回到高温热水罐（10）。持续20分钟的闭路循环，高温热水经过的每台设备、仪表、阀门、管道内的所有细菌全部被消灭，同时对系统进行了一次冲刷洗涤，保证了灭菌系统本身的洁净和无菌环境。相较于现行的蒸汽空消灭菌，高温热水空消不会烧焦系统残留的物料，避免了消毒死角的生成和累积。对比于蒸汽空消灭菌，蒸汽空消灭菌所用的蒸汽热能，随着蒸汽和冷凝水排出系统外，只有一次利用；而高温热水空消灭菌的热水，最终全部回到高温热水罐贮存，用于下一批次的系统空消，所以高效节能。

第二步，按照连消不同的工艺参数，可选三种工艺条件之一进行具体实施：

灭菌温度为140℃，维持时间40秒；系统热水空消完成后，接受指令可进入一键式切换，启动物料连续灭菌程序。启动进料泵（2），关闭高温热水进入系统的阀门，打开配料罐（1）底阀，配料罐（1）内准备好的待灭菌的流体物料被抽出，进入预热器（3）的壳程通道，与预热器（3）管程通道内的高温热水进行换热，再经过增压泵A（4）加压，进入加热器（5）连续不断地进行温度补偿，达到设定的灭菌温度140℃后，经过增压泵B（6）加压，进入维持器（7）的管程通道，维持器（7）的壳程通道循环流动的140℃的高温热水，不断地对在维持器（7）中流动的灭菌物料进行温度补偿式保温，保温40秒后，进入预热器（3）的管程通道，高温灭菌物料被均分成10~1000股细流，匀速通过预热器（3）管程通道的同时，与预热器（3）的壳程待灭菌物料进行热量交换，被冷却后的消后无菌物料，通过消毒灭菌好的分配站（8），可进入预先准备好的无菌发酵罐或者包装车间。

灭菌温度为142℃，维持时间30秒；系统热水空消完成后，接受指令可进入一键式切换，启动物料连续灭菌程序。启动进料泵（2），关闭高温热水进入系统的阀门，打开配料罐（1）底阀，配料罐（1）内准备好的待灭菌的流体物料被抽出，进入预热器（3）的壳程通道，与预热器（3）管程通道内的高温热水进行换热，再经过增压泵A（4）加压，进入加热器（5）连续不断地进行温度补偿，达到设定的灭菌温度142℃后，经过增压泵B（6）加压，进入维持器（7）的管程通道，维持器（7）的壳程通道循环流动的142℃的高温热水，不断地对在维持器（7）中流动的灭菌物料进行温度补偿式保温，保温30秒后，进入预热器（3）的管程通道，高温灭菌物料被均分成10~1000股细流，匀速通过预热器（3）管程通道的同时，与预热器（3）的壳程待灭菌物料进行热量交换，被冷却后的消后无菌物料，通过消毒灭菌好的分配站（8），可进入预先准备好的无菌发酵罐或者包装车间。

灭菌温度为145℃，维持时间20秒；系统热水空消完成后，接受指令可进入一键式切换，启动物料连续灭菌程序。启动进料泵（2），关闭高温热水进入系统的阀门，打开配料罐（1）底阀，配料罐（1）内准备好的待灭菌的流体物料被抽出，进入预热器（3）的壳程通道，与预热器（3）管程通道内的高温热水进行换热，再经过增压泵A（4）加压，进入加热器（5）连续不断地进行温度补偿，达到设定的灭菌温度145℃后，经过增压泵B（6）加压，进入维持器（7）的管程通道，维持器（7）的壳程通道循环流动的145℃的高温热水，不断地对在维持器（7）中流动的灭菌物料进行温度补偿式保温，保温20秒后，进入预热器（3）的管程通道，高温灭菌物料被均分成10~1000股细流，匀速通过预热器（3）管程通道的同时，与预热器（3）的壳程待灭菌物料进行热量交换，被冷却后的消后无菌物料，通过消毒灭菌好的分配站（8），可进入预先准备好的无菌发酵罐或者包装车间。

第三步，配料罐的待灭菌物料被连消系统处理完后，打开水罐（11）的底阀，关闭配料罐（1）的底阀，水罐（1）中的工艺水可以走上述灭菌通道，将连消系统设备和管道内的物料全部顶出分配站，单批物料连消完成。

第四步，经过一定批次或时间周期后，可以通过切换阀门，进行系统的CIP清洗程序。

首先，进入CIP碱洗，关闭水罐（11）的底阀，开启CIP碱罐（13）的底阀，CIP碱罐（13）内的弱碱溶液，经过进料泵（2）的加压，依次经过预热器（3）的壳程通道、增压泵A（4）、加热器（5）、增压泵B（6）、维持器（7）的管程通道、预热器（3）的管程通道、回到CIP碱罐（13），形成一个闭路循环，经过较短时间的CIP碱洗后，切换阀门，利用水罐（10）中的工艺水进行顶洗，将系统内的弱碱溶液全部顶回CIP碱罐（13）。

其次，再进入CIP酸洗，通过切换阀门，关闭水罐（11）的底阀，开启CIP酸罐（12）的底阀，CIP酸罐（12）内的弱酸溶液，经过进料泵（2）的加压，依次经过预热器（3）的壳程通道、增压泵A（4）、加热器（5）、增压泵B（6）、维持器（7）的管程通道、预热器（3）的管程通道、回到CIP酸罐（12），形成一个闭路循环，经过较短时间的CIP酸洗后，切换阀门，利用水罐（10）中的工艺水进行顶洗，将系统内的弱酸溶液全部顶回CIP酸罐（12）。

CIP清洗工作全部完成，系统内的设备、管道内壁恢复到最佳的工作状态，为始终如一的灭菌效果保驾护航。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应落在本实用新型的保护范围之内。