蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统及杀菌控制方法与流程

本发明涉及灭菌，尤其是涉及一种蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统及杀菌控制方法。

背景技术：

1、多功能杀菌系统因为杀菌温度差异大，根据物料产品的不同对应的杀菌温度也不同，例如：杀菌温度可能为较高的137℃，也有可能为较低的85℃。由于预热段的预热热量主要来自于杀菌段的热量，当杀菌温度在低温时（如85℃时）要求的较高的预热温度进均质机，会造成杀菌段提供的换热热量不够，杀菌温度只有85℃，用于热量回收和预热段进行热交换的热量严重不足。

2、因此使现有的多功能杀菌系统无法满足杀菌温度137℃、121℃、85℃等多类型产品多温度杀菌要求，尤其是在杀菌温度85℃等低温杀菌时，当杀菌温度在低温时（如85℃时）要求的预热温度进均质机的温度60-65℃无法满足，导致均质效果不佳，影响产品质量，进而影响物料杀菌效果。因此，亟需一种蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统及杀菌控制方法，以满足多功能杀菌系统能满足各种杀菌需求，尤其是在实现杀菌的同时能满足低温杀菌需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统及杀菌控制方法，以解决现有多功能杀菌系统在低温杀菌时无法满足预热段热交换需求的问题。

2、第一个方面，本发明实施例还提供一种蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统，包括：进料管路和排料管路；所述进料管路上沿着进料方向依次设置有第一预热管段、第一辅助预热管段、第二换热杀菌管段、第三换热杀菌管段以及第四换热杀菌管段；所述排料管路上沿着排料方向依次设置有第一冷却管段、第二冷却管段、第三冷却管段以及第四冷却管段；均质机设置在所述第一辅助预热管段与所述第二换热杀菌管段之间的进料管路上，用于对从所述第一辅助预热管段流出的物料进行均质化处理；所述均质机的均质温度需要满足预设温度要求；第一蒸汽预热模块用于为所述第一预热管段和/或所述第一辅助预热管段进行换热，以使得从所述第一辅助预热管段换热后的物料温度满足预设温度要求 ；所述第一蒸汽预热模块包括第一蒸汽进气管路、第一蒸汽换热器、热水增压泵、换热管切换阀以及第一储水罐；所述第一储水罐的上部通过第一液体管路与所述第二换热杀菌管段的换热循环管路连接，所述第一储水罐的底端通过第二液体管路与所述第一蒸汽换热器的进液口连接，所述热水增压泵设置在所述第二液体管路上，用于将所述第一储水罐中的水输送至第一蒸汽换热器，所述第一蒸汽换热器的出液口通过第三液体管路与所述第一辅助预热管段的换热循环管路连接，所述第一辅助预热管段的换热循环管路上设置有所述换热管切换阀，所述换热管切换阀通过第四液体管路与所述第一预热管段的换热循环管路连接，用于控制所述第三液体管路与所述第一预热管段的换热循环管路的直连；所述蒸汽进气管路的一端与所述第一蒸汽换热器的进气口连接，另一端与蒸汽源连接；所述第一预热管段通过第五液体管路与所述第二冷却管段的冷却管路连接，所述第一冷却管段的冷却管路通过第六液体管路与所述第二冷却管段的冷却管路连接，所述第一冷却管段的冷却管路通过第七液体管路与所述第三换热杀菌管段和所述第四换热杀菌管段的换热循环管路连接。

3、可选地，所述的蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统还包括：第二蒸汽换热杀菌模块，所述第二蒸汽换热杀菌模块包括：第二蒸汽进气管路、第二蒸汽换热器和第二储水罐；所述第二蒸汽换热器的进气口通过所述第二蒸汽进气管路与蒸汽源连接，所述第二蒸汽换热器通过第八液体管路与所述第四换热杀菌管段的换热循环管路连接，所述第二储水罐通过第九液体管路与所述第三换热杀菌管段和所述第四换热杀菌管段的换热循环管路连接，从而与所述第七液体管路连通。

4、可选地，所述的蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统还包括：蒸汽调节阀和物料温度检测部件；所述物料温度检测部件设置在所述第一辅助预热管段与所述第二换热杀菌管段之间的进料管路上，用于检测从所述第一辅助预热管段换热后的物料温度；所述蒸汽调节阀设置在所述第一蒸汽进气管路上，所述蒸汽调节阀与所述物料温度检测部件联动控制，从而根据所述第一辅助预热管段换热后的物料温度调节进入所述第一蒸汽换热器的蒸汽流量。

5、可选地，所述的蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统还包括：旁通阀；所述第一预热管段的循环管路之间设置有旁通管路，所述旁通阀设置在所述旁通管路上，所述旁通阀与所述物料温度检测部件电性连接，用于根据所述第一辅助预热管段流出的物料温度调节所述旁通管路的流量大小。

6、可选地，所述的蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统还包括：保持管模块；所述保持管模块的一端与所述进料管路连接，另一端与所述排料管路连接，用于根据物料的不同确定对应的管路走向，从而实现不同的杀菌时间控制。

7、可选地，所述的蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统还包括：平衡缸和第三储水罐；所述平衡缸和所述第三储水罐均与所述第一预热管段前端的所述进料管路连接。

8、可选地，所述的蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统还包括：塔水冷却模块和冰水冷却模块；

9、所述塔水冷却模块与所述第三冷却管段的冷却管路连接，用于为流经所述第三冷却管段的物料进行降温；

10、所述冰水冷却模块与所述第四冷却管段的冷却管路连接，用于为流经所述第四冷却管段的物料进行降温。

11、第二个方面，本发明实施例还提供一种蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌方法，基于如第一个方面所述的蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统，所述列管式换热杀菌方法包括以下步骤：

12、s100，系统启动，对进料管路和排料管路进行清洗和137℃杀菌处理；

13、s200，将循环水供应至平衡缸内，使得平衡缸中的循环水液位保持在缸体积的50%以上；

14、s300，将平衡缸中的循环水依次输送至第一预热管段、第一辅助预热管段、第二换热杀菌管段、第三换热杀菌管段以及第四换热杀菌管段中，控制第一蒸汽预热模块启动以将从第四换热杀菌管段流出的循环水加热至对应的灭菌温度；

15、s400，循环水经过保持管模块保持预设杀菌时间后流入排料管路中，并依次经第一冷却管段和第二冷却管段进行热量回收；

16、s500，排料管路中的水依次经第三冷却管段进行塔水冷却以及经第四冷却管段进行冰水冷却后引入至平衡缸实现循环；

17、s600将平衡缸中的循环水排出至剩余15%~25%液位，将物料从进料管路供应至平衡缸进行料顶水，从而将平衡缸中的循环水顶入进料管路，并从排料出口排出；

18、s700，平衡缸排空后，物料开始进入平衡缸，同时在末端排料管路排出，当料顶水时间和料顶水量中的任意一个达到设定值时，将排料管路的物料出料到目标罐；

19、s800，对从进料管路中进入的物料进行蒸汽换热杀菌。

20、可选地，步骤s800中，所述对从进料管路中的物料进行蒸汽换热杀菌，包括：

21、s810，对于第一杀菌温度的物料，换热管切换阀动作，从而将第一预热管段和第一辅助预热管段的换热循环管路连通，以使得经第一蒸汽换热器换热后的热水能够通入第一辅助预热管段进行换热，以满足均质机的均质温度要求；

22、s820，对于第二杀菌温度的物料，关闭蒸汽调节阀，换热管切换阀不动作，第二换热杀菌管段的换热循环管路通过第一蒸汽换热器直接与第一预热管段的换热循环管路连通；其中，第二杀菌温度高于第一杀菌温度。

23、可选地，在步骤s800之后还包括：

24、s900，在结束生产时，排空平衡缸中的物料；

25、s1000，将循环水再次通入平衡缸中对进料管路和排料管路中的物料进行顶料，等待水顶料时间和水顶料量中的任意一个达到设定值时，将排料管路的物料排出；

26、s1100，待水顶料结束之后进行水冲洗，按照水冲量和水冲洗最大时间进行管道冲洗，清洗结束后进入水循环等待下次生产。

27、可选地，步骤s600中，当产品物料从进料管路供应至平衡缸进行料顶水时，提前控制预热温度，使预热温度控制温度提前增加1.8℃-2.2℃，通过调节pid的设定值缓慢增加来达到要求，并且控制温度的增加速率为0.8℃/min-1.2℃/min。

28、可选地，步骤s810中，通过控制蒸汽调节阀的开度调节预热温度，通过热水增压泵控制预热段热水流量，旁通阀根据参数设定开启固定开度控制；步骤s820中，蒸汽调节阀调节处于关闭状态，通过旁通阀调节预热温度，通过热水增压泵控制预热段热水流量。

29、可选地，旁通阀根据参数设定开启固定开度以水循环模拟模式下固定开度作为参考值进行设定；旁通阀根据参数设定开启固定开度时，对应设定允许的预热温度波动调节范围。

30、可选地，设定允许的预热温度波动调节范围为3℃-8℃，预热温度波动在设定允许的预热温度波动调节范围内，则旁通阀不调节，以固定开度控制；预热温度波动大于设定允许的预热温度波动调节范围，对旁通阀进行调节，旁通更多的热水至第二冷却管段；预热温度波动小于设定允许的预热温度波动调节范围，旁通阀关闭，热水更多的进入第一预热管段和第一辅助预热管段。

31、可选地，当生产准备结束，先排空平衡缸，控制预热温度减小1.8℃-2.2℃，通过调节pid的设定值缓慢减小来达到要求，并且控制温度的降低速率为0.8℃/min-1.2℃/min；当设备已经排空物料完成开始水顶料时，再将预热温度缓慢控制回设定预热温度，通过调节pid的设定值缓慢增加来达到要求，并且控制温度的增加速率为0.8℃/min-1.2℃/min。

32、本发明实施例至少具有以下技术效果：

33、本发明实施例提供的蒸汽辅助预热的列管式换热杀菌系统及方法，通过在第一预热管段与均质机之间的进料管路上增加第一辅助预热管段，同时配合第一蒸汽预热模块对第一预热管段、第一辅助预热管段进行换热，从而稳定物料的预热温度，尤其是稳定低温杀菌模式下进入均质机的物料的预热温度，以解决在低温杀菌时由于预热温度不足无法满足均质温度要求的问题，从而有利于提升均质效果，进而提升物料的杀菌效果，以提升物料品质水平；此外，在高温杀菌时，由于液体管路中的水温能够满足第一预热管段的换热要求，可停止向第一蒸汽换热器供应蒸汽，使得从第二换热杀菌管段换热后流出的水直接进入到第一预热管段的换热循环管路对物料进行预热即可满足均质温度要求，从而实现不同杀菌温度要求的多功能杀菌系统。