一种无菌液氮机及其制氮工艺流程的制作方法

本发明涉及食品加工设备技术领域，尤其是涉及一种无菌液氮机其制氮工艺流程。

背景技术：

当代，食品饮料生产迅速发展，机电一体化的应用使生产实现自动化。并且当代是一个讲究食品卫生和包装的时代。因此，在饮料生产业有一种设备悠然而生——液氮加注机。液氮加注机的作用是：一、使罐(瓶)内产生内压，不至于待罐(瓶)内液体冷却后发生瘪瓶，甚至可以在包装、运输过程中保证罐(瓶)不易发生变形，从而保证了饮料产品的外观包装；二、把罐(瓶)中的空气(特别是氧气)赶走，也就是脱氧，使产品保质期更久，口感更好。更好地保证饮料产品的质量；三、使铝罐不易生锈，更适宜冷藏。

但是，现有的液氮机在工作时，不能做到完全清除氮气中的细菌，这样使得罐或者瓶内饮料或者食物容易发生变质，不能满足使用要求。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种结构简单、投资成本低、节能环保、充分利用余热和废气处理效率高的低温脱硫和脱硝系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无菌液氮机，包括有无菌液氮储存罐以及分别与所述无菌液氮储存罐连通的无菌液氮制备罐和无菌液氮加注罐，所述无菌液氮制备罐的内部分别设置有热交换仓和第一无菌液氮储存仓，所述热交换仓的内部设置有若干根与所述第一无菌液氮储存仓连通的换热管，所述无菌液氮制备罐的外壁上设置有与所述热交换仓连通的冷媒进液真空管，所述无菌液氮制备罐的顶部分别设置有与所述换热管连通的高温氮气进气管和无菌氮气进气管，所述无菌液氮储存罐的内部设置有第二无菌液氮储存仓以及设置在所述第二无菌液氮储存仓的顶部的进液控制阀，所述第一无菌液氮储存仓与所述第二无菌液氮储存仓连通，所述进液控制阀的下端穿过所述第二无菌液氮储存仓与所述无菌液氮加注罐连通，所述无菌液氮加注罐的顶部设置有加注阀，所述无菌液氮加注罐的内部设置有无菌液氮加注仓，所述加注阀的下端穿过所述无菌液氮加注仓与出料口连通。

优选地，上述的一种无菌液氮机，其中所述无菌液氮制备罐的顶部设置有与所述热交换仓连通的换热氮气排放管和第一液位温度一体传感器，所述无菌液氮制备罐的外壁上设置有第二真空口。

优选地，上述的一种无菌液氮机，其中所述无菌液氮储存罐的顶部设置有与所述第二无菌液氮储存仓连通的第二液位温度一体传感器，所述无菌液氮制备罐的外壁上设置有与所述第二无菌液氮储存仓连通的第一无菌氮气排放管。

优选地，上述的一种无菌液氮机，其中所述进液控制阀包括有控制阀气缸以及与所述控制阀气缸的输出轴连接的控制阀阀针连接件，所述控制阀气缸通过控制阀气缸座固定在所述无菌液氮储存罐内，所述控制阀阀针连接件通过波纹管密封件与所述第二无菌液氮储存仓进行密封处理，所述控制阀阀针连接件的下端的外壁上设置有控制阀阀针杆定位件，所述控制阀阀针连接件的底部连接有控制阀阀针，所述控制阀阀针的底部设置有控制阀阀针底座。

优选地，上述的一种无菌液氮机，其中所述无菌液氮加注罐的顶部分别设置有与所述无菌液氮加注仓连通的第三液位温度一体传感器和第二无菌氮气排放管，所述无菌液氮加注罐的外壁上设置有第一真空口。

优选地，上述的一种无菌液氮机，其中所述加注阀包括有加注阀气缸以及与所述加注阀气缸的输出轴连接的加注阀阀针连接件，所述加液阀气缸分别通过加注阀气缸过渡座和加注阀气缸座固定在所述无菌液氮加注罐的外壁上，所述加注阀阀针连接件的下端连接有加注阀阀针绝缘棒，所述加注阀阀针绝缘棒的下端连接有加注阀阀针杆。

优选地，上述的一种无菌液氮机，其中所述出料口的底部连接有加注头，所述加注头内设置有喷嘴，所述喷嘴的底部设置有过滤网，所述加注头的左侧连接有无菌车间外排放气管，所述加注头的右侧连接有加注头保护管，所述加注头的底部设置有加注气缸，所述加注气缸的输出轴连接有对所述喷嘴进行开关的加注口盖头。

本发明还公开了一种无菌液氮机的制氮工艺流程，其特征在于，其工艺步骤如下：

步骤1：放空和吹扫，高温氮气进气管3通入高压氮气快速吹扫机身内部25-50分钟，通过无菌车间外排放气管13带走机身内部的所有水分到无菌车间外；

步骤2：无菌液氮的杀菌，打开高温氮气进气管的阀门通入120℃的高温低压氮气，持续15-40分钟，之后关闭高温氮气进气管3的阀门，打开无菌氮气进气管5的阀门通入已高温杀菌并进行冷却到-25℃的低温氮气，使通入高温氮气后的机身内部降温，降温到-20℃；

步骤3：无菌液氮的制备：(1)由第一液位温度一体传感器4反馈液位温度，开始时，热交换仓23中无作为冷媒22的超低温液氮，然后通过第一液位温度一体传感器4反馈热交换仓23中作为冷媒22的液位不足，再打开冷媒进液真空管1的进液阀门，作为冷媒22的超低温液氮进入热交换仓23中；

(2)第二液位温度一体传感器6所在换热管27中无已发生的无菌液氮，然后通过第二液位温度一体传感器6反馈换热管27中无菌液氮液位不足，再打开无菌氮气进气管5的阀门通入已高温杀菌并进行冷却得到温度为-25℃、压力为3b的无菌氮气，无菌氮气在压力3b的情况下，温度只要达到-182℃就能由气变液，简称无菌液氮的发生，而在热交换仓23中作为冷媒22的超低温液氮压力设置在0到2b，所以作为冷媒22的液氮温度在-196℃到-185℃之间；

步骤4：无菌液氮进液与加注，无菌液氮发生后，当第三液位温度一体传感器11检测到其中无菌液氮液位不足时，进液控制阀7控制阀打开，无菌液氮由无菌液氮储存罐5进入无菌液氮加注罐26中。

本发明具有的优点和有益效果是：包括有无菌液氮储存罐以及分别与无菌液氮储存罐连通的无菌液氮制备罐和无菌液氮加注罐，无菌液氮制备罐的内部分别设置有热交换仓和第一无菌液氮储存仓，热交换仓的内部设置有若干根与第一无菌液氮储存仓连通的换热管，无菌液氮制备罐的外壁上设置有与热交换仓连通的冷媒进液真空管，无菌液氮制备罐的顶部分别设置有与换热管连通的高温氮气进气管和无菌氮气进气管。使用时先通入氮气进行放空和吹扫，除掉各个罐体内残留的空气，其次是通入高温氮气进行消毒杀菌，之后再制取无菌氮气和进行加注，过程中可以将系统中的细菌全部除掉，保障出来的氮气全部是无菌的，安全卫生，较好的满足人们的使用需求，另外操作简单，注氮时生产效率高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中无菌液氮制备罐的结构示意图；

图3是本发明中无菌液氮储存罐的结构示意图；

图4是本发明中无菌液氮加注罐的结构示意图；

图5是本发明中波纹管密封件的结构示意图；

图6是本发明中控制阀阀针杆定位件的结构示意图。

图中：1、冷媒进液真空管；2、换热氮气排放管；3、高温氮气进气管；4、第一液位温度一体传感器；5、无菌氮气进气管；6、第二液位温度一体传感器；7、进液控制阀；71、控制阀气缸；72、控制阀气缸座；73、控制阀阀针连接件；74、波纹管密封件；75、控制阀阀针杆定位件；76、控制阀阀针；77、控制阀阀针底座；8、加注阀；81、加注阀气缸；82、加液阀阀针连接件；83、加注阀气缸座；84、加注阀气缸过渡座；85、加注阀阀针绝热棒；86、加注阀阀针杆；9、第一无菌氮气排放管；10、第二无菌液氮储存仓；11、第三液位温度一体传感器；12、第二无菌氮气排放管；13、无菌车间外排放气管；14、加注气缸；15、过滤网；16、喷嘴；17、加注头保护管；18、无菌液氮加注仓；19、第一真空口；20、第二真空口；21、第一无菌液氮储存仓；22、冷媒；23、热交换仓；24、无菌液氮制备罐；25、无菌液氮储存罐；26、无菌液氮加注罐；27、换热管；28、加注口盖头；29、出料口；30、加注头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，一种无菌液氮机，包括有无菌液氮储存罐25以及分别与无菌液氮储存罐25连通的无菌液氮制备罐24和无菌液氮加注罐26，无菌液氮制备罐24的内部分别设置有热交换仓23和第一无菌液氮储存仓21，热交换仓23的内部设置有二十五根与第一无菌液氮储存仓21连通的换热管27，无菌液氮制备罐24的外壁上设置有与热交换仓23连通的冷媒进液真空管1，无菌液氮制备罐24的顶部分别设置有与换热管27连通的高温氮气进气管3和无菌氮气进气管5，无菌液氮制备罐24的顶部设置有与热交换仓23连通的换热氮气排放管2和第一液位温度一体传感器4，无菌液氮制备罐24的外壁上设置有第二真空口20。无菌液氮机有多个部分组成，其中最核心部分为无菌液氮制备罐24，无菌液氮制备罐24的结构主要由热交换仓23和第一无菌液氮储存仓21组成，热交换仓23内有二十五根换热管27，换热管27与第一无菌液氮储存仓21连通，换热管27中通入无菌氮气，液化后进入第一无菌液氮储存仓21，热交换仓23内通入-196℃的液氮作为冷媒，浸泡二十五根换热管27进行热交换。

如图1和图3所示，无菌液氮储存罐25的内部设置有第二无菌液氮储存仓10以及设置在第二无菌液氮储存仓10的顶部的进液控制阀7，第一无菌液氮储存仓21与第二无菌液氮储存仓10连通，进液控制阀7的下端穿过第二无菌液氮储存仓10与无菌液氮加注罐26连通，作为本申请的进一步改进，无菌液氮储存罐25的顶部设置有与第二无菌液氮储存仓10连通的第二液位温度一体传感器6，无菌液氮制备罐25的外壁上设置有与第二无菌液氮储存仓10连通的第一无菌氮气排放管9，其中进液控制阀7包括有控制阀气缸71以及与控制阀气缸71的输出轴连接的控制阀阀针连接件73，控制阀气缸71通过控制阀气缸座72固定在无菌液氮储存罐25内，控制阀阀针连接件73通过波纹管密封件74与第二无菌液氮储存仓10进行密封处理，控制阀阀针连接件73的下端的外壁上设置有控制阀阀针杆定位件75，控制阀阀针连接件73的底部连接有控制阀阀针76，控制阀阀针76的底部设置有控制阀阀针底座77。

如图1和图3所示，无菌液氮加注罐26的顶部设置有加注阀8，无菌液氮加注罐26的内部设置有无菌液氮加注仓18，加注阀8的下端穿过无菌液氮加注仓18与出料口29连通，无菌液氮加注罐26的顶部分别设置有与无菌液氮加注仓18连通的第三液位温度一体传感器11和第二无菌氮气排放管12，无菌液氮加注罐26的外壁上设置有第一真空口19。

作为本申请的进一步改进，加注阀8包括有加注阀气缸81以及与加注阀气缸81的输出轴连接的加注阀阀针连接件82，加液阀气缸81分别通过加注阀气缸过渡座84和加注阀气缸座83固定在无菌液氮加注罐26的外壁上，加注阀阀针连接件82的下端连接有加注阀阀针绝缘棒85，加注阀阀针绝缘棒85的下端连接有加注阀阀针杆86，出料口29的底部连接有加注头30，加注头30内设置有喷嘴16，喷嘴16的底部设置有过滤网15，加注30的左侧连接有无菌车间外排放气管13，加注头30的右侧连接有加注头保护管17，加注头30的底部设置有加注气缸14，加注气缸14的输出轴连接有对喷嘴进16行开关的加注口盖头28。

其中第一液位温度一体传感器4、第二液位温度一体传感器6和第三液位温度一体传感器11均与外部的控制器进行电性连接，液位温度一体传感器为一种可以同时检测液位和温度的复合传感器，型号为wh311。

在杀菌和发生无菌液氮前，需放空和吹扫，此步骤非常重要，假如此步骤没有正确实行，将会影响到杀菌和加注生产。

首先把进液控制阀7完全打开，并打开加注阀8和无菌车间外排放气管13的阀门，但是加注口盖头28必须通过加注气缸14压紧喷嘴16，防止细菌进入无菌的生产车间中，然后关闭第一无菌氮气排放管8、第二无菌氮气排放管12、加注头保护管17的阀门。最后高温氮气进气管3通入高压氮气快速吹扫机身内部35分钟。通过无菌车间外排放气管13带走机身内部的所有水分到无菌车间外，从而保证在发生无菌液氮后，通入无菌超低温液氮(-196℃)时结冰，堵住进液控制阀7、第二无菌氮气排放管12无法进液或出液。

杀菌过程。

放空和吹扫完成后，进入杀菌阶段。除高温氮气进气管3上的阀门外，其阀门的状况与放空和吹扫一样，再打开高温氮气进气管的阀门通入120℃的高温低压氮气，持续25分钟，最后关闭高温氮气进气管3的阀门，打开无菌氮气进气管5的阀门通入已高温杀菌并进行冷却到-25℃的低温氮气，使通入高温氮气后的机身内部降温，降温到-20℃，这样，杀菌过程才算完成。

无菌液氮制备过程。

首先，确保打开第一无菌氮气排放管9、第二无菌氮气排放管12的阀门，然后确保关闭高温氮气进气管3、无菌车间外排放气管13、进液控制阀7、加注阀8。再启动生产发生程序：1、由第一液位温度一体传感器4反馈液位温度，开始时，热交换仓23中无作为冷媒22的超低温液氮，然后通过第一液位温度一体传感器4反馈热交换仓23中作为冷媒22的液位不足，再打开冷媒进液真空管1的进液阀门，作为冷媒22的超低温液氮进入热交换仓23中。2、开始时，第二液位温度一体传感器6所在换热管27中无已发生的无菌液氮，然后通过第二液位温度一体传感器6反馈换热管27中无菌液氮液位不足，再打开无菌氮气进气管5的阀门通入已高温杀菌并进行冷却得到温度为-25℃、压力为3b的低温氮气(下面简称无菌氮气)，无菌氮气在压力3b的情况下，温度只要达到-182℃就能由气变液，简称无菌液氮的发生。而在热交换仓23中作为冷媒22的超低温液氮压力设置在0到2b，所以作为冷媒22的液氮温度在-196℃到-185℃之间。使无菌氮气液化成无菌液氮。此为无菌液氮发生过程。(作为冷媒的液氮液位到达热交换仓23的4/5时，冷媒进液真空管1的液氮进液阀关闭，停止进液。当液位低于热交换仓23的4/5时，冷媒进液真空管1的进液阀再次打开进液。以此循环工作。同样，无菌液氮液位到达换热管27的2/3时，无菌氮气进气管5的的阀门关闭，停止进无菌氮气。当液位低于换热管27的2/3时，无菌氮气进气管5的的阀门再次打开进无菌氮气。以此循环工作。)

无菌液氮进液与加注过程。

无菌液氮发生后，当第三液位温度一体传感器11检测到其中无菌液氮液位不足时，进液控制阀7控制阀打开，无菌液氮由无菌液氮储存罐5进入无菌液氮加注罐26中。加注时，加注头保护管17内通入0.6b的冷媒，加注气缸14把加注口盖头28拉开，露出加注头进行加注，加注头保护管17中通入氮气的作用是，赶走加注头中的空气，使加注头中的过滤网15和喷嘴16不易结冰，影响加注效果。

使用时先通入氮气进行放空和吹扫，除掉各个罐体内残留的空气，其次是通入高温氮气进行消毒杀菌，之后再制取无菌氮气和进行加注，过程中可以将系统中的细菌全部除掉，保障出来的氮气全部是无菌的，安全卫生，较好的满足人们的使用需求，另外操作简单，注氮时生产效率高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。