[发明专利]强化换热的饮料灭菌装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种饮料的灭菌装置。特点是利用流体在管道中的流动和转动相结合大的方法来增强换热，节约灭菌过程中的热能。

背景技术

随着科技的发展，能源问题越来越突出。对于饮料加工业，生产过程都需要灭菌，现有的技术通常是在灭菌过程中把饮料注入管道或者灭菌桶中加热一段时间，利用高温使饮料升温后达到灭菌温度，最后进行罐装。

目前国内外的研究主要集中在饮料的灭菌方式和灭菌效果方面，涉及到有关能耗方面的公开的文献很少。目前还没有公开的文献研究关于饮料灭菌的节能问题。但是饮料的灭菌过程的能耗是非常可观的，这部分能耗成为企业生产成本中重要的组成部分，因此在能源日益紧张的形式下，有必要降低饮料生产中灭菌工艺的能耗，降低企业的生产成本，提高企业的竞争力。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供一种节能的灭菌装置，可以充分利用流体在管内的流动和管道灭菌段的转动增加流体分子的动能，增强流体与管外蒸汽的换热以缩短灭菌时间从而实现灭菌的节能。

本发明采取的技术方案是：一种管道转动的饮料灭菌装置，其特征在于：该装置包括饮料入口、管道增压泵、密封橡胶圈、电机、转轴、管道转动套件、转动带、蒸汽入口、蒸汽出口、饮料出口、蒸汽灭菌桶、检修门、温度检测仪、管道固定轴承、流量控制阀和冷凝水出口；管道增压泵和管道上的流量控制阀连接在饮料入口的管道上，转轴连接在电机上，管道转动套件焊接在饮料出口段管道上从而带动管道转动，灭菌段在高温蒸汽灭菌桶中进行；该装置的利用饮料流体在流动过程中增加的转动增强液体分子的动能，增强换热，同时由于管道转动的作用破坏了管内换热边界层，提高了传热速度和管内温度场的均匀性。

该装置由饮料入口、管道增压泵、密封橡胶圈、电机、转轴、管道转动套件、转动带、蒸汽入口、蒸汽出口、饮料出口、蒸汽灭菌桶、检修门、温度检测仪、管道固定轴承、流量控制阀和冷凝水出口组成。管道增压泵连接在饮料入口的管道上，转轴连接在电机上，管道转动套件焊接在饮料出口段管道上以带动管道转动，灭菌过程在高温蒸汽灭菌桶中进行。

本发明的特点：灭菌段管道的匀速的转动，和流体在灭菌管道中的流动一起增加灭菌饮料液体的动能，使流体从层流流动发展为湍流流动。随着转速和流速的上升，流体的雷诺数(Re)不断上升，而根据湍流中的性质：Nu＝0.0395Re3/4，流体本身的努赛尔数(Nu)也会上升，根据公式，在材料长度和导热系数不变的情况下，流体分子表面的换热系数会上升；同时液体在流动过程中由于动量扩散能力的加强势必要加强热扩散能力以确保普朗特数(Pr)的恒定，这样，流体本身的热流密度提高，结合这两点就可以加强流体与管外蒸汽之间的换热效果，大大缩短加热灭菌时间，节约灭菌能源的同时为饮料生产企业提高了生产效率。传统的加热灭菌系统由于换热边界层的存在导致热量无法迅速传递至中心，靠近加热壁的区域温升相对中心区域会更快，往往导致中心温度到达灭菌温度时近壁区的饮料流体温度过高而造成对灭菌饮料营养的破坏，而转动的作用破坏了管道中加热灭菌流体的换热边界层，强化换热，使灭菌管道内温度更快均匀，保证灭菌后饮料的品质。

本发明中，管道增压泵提供的压力能确保流体在管道内顺利的流动，增压泵旁的管道上需设有流量控制阀用来阻止维修时管道内流体的流动。流体在管道内流动速度和管道转动转速的调整必须满足饮料出口段的温度达到灭菌温度；如调整后饮料出口段的温度还不满足灭菌标准，可适当加长灭菌桶中灭菌管道的长度和缩小灭菌管道的直径。灭菌管道在灭菌桶中转动，在伸入灭菌桶和伸出灭菌桶的两端必须套有高耐磨同时又耐高温的橡胶圈材料，既保证灭菌桶中蒸汽不泄露又避免转动时不锈钢灭菌管和不锈钢灭菌桶直接接触造成的设备磨损和噪声，同时管道在桶内伸入和伸出段装有轴承，以固定管道保证系统正常运行。管道的转动由一个装有转轴的电机带动转动带，同时管道上焊接一个齿轮状管道转动套件，转动带带动套件使管道一起转动。灭菌桶中上方设有一个蒸汽入口，温度为100℃至140℃的高温蒸汽从入口进入与管道换热，从而把热量传递给管道中流动的流体饮料，蒸汽冷凝下来的冷凝液由灭菌桶下方的蒸汽出口排出，灭菌桶底部设置10°的坡度以便于冷凝水的流出，同时灭菌桶顶部和底部设计成弧形以方便水垢的清洗。

本发明所涉及的装置必须按时清洗、定时检修以确保正常地使用。

本发明具有节约能源、构造简单、操作方便、成本低廉以及占用空间少等优点，特别适用于批量化生产的的饮料灭菌工艺。

附图说明

附图1是本发明的节能饮料灭菌装置的示意图。