臥式旋轉(zhuǎn)蒸汽殺菌鍋熱分布的改進(jìn)研究

□ 朱 鵬 浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院；杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司

1 殺菌熱分布概述

1.1 殺菌熱分布的概念

殺菌工序是罐頭食品生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，殺菌操作的規(guī)范與否直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。殺菌鍋的熱分布均勻性是殺菌良好操作規(guī)范的一項重要判定指標(biāo)。熱分布指熱力殺菌設(shè)備內(nèi)不同位置在殺菌過程中溫度分布的情況，其測試的意義在于驗證熱力殺菌設(shè)備在殺菌恒溫過程中各部位溫度均勻一致的程度，以確保殺菌設(shè)備能滿足食品熱力殺菌的要求。殺菌工藝要求殺菌鍋內(nèi)的各點(diǎn)均達(dá)到設(shè)定的溫度后方可進(jìn)行殺菌計時。主要因產(chǎn)品的殺菌規(guī)程是按照鍋內(nèi)所有產(chǎn)品的溫度均處于同一溫度下制定的，如若殺菌鍋內(nèi)的溫度不均勻，鍋內(nèi)每罐產(chǎn)品的殺菌強(qiáng)度將不一致，而其中處于規(guī)定殺菌溫度以下的產(chǎn)品將會出現(xiàn)因殺菌不徹底而引起變質(zhì)的隱患。

1.2 新法規(guī)下殺菌熱分布的要求

蒸汽殺菌熱分布要求：①如果升溫階段結(jié)束，恒溫開始1 min內(nèi)，最慢的測溫頭≤參照溫度（指放置于水銀溫度計旁的測溫頭的測溫值，下同）1.67 ℃（3.0 ℉），被視為可以接受；②如果升溫階段結(jié)束，恒溫3 min內(nèi)，最慢的測溫頭≤參照溫度0.56 ℃（1.0 ℉），被視為可以接受；③恒溫3 min之后至恒溫結(jié)束，各測試點(diǎn)的溫度與參照溫度的差值均在0.56 ℃（1 ℉）以內(nèi)[1]。

2 殺菌熱分布的影響因素

2.1 進(jìn)氣蒸汽管、蒸汽分配管及蒸汽壓力對熱分布的影響

蒸汽進(jìn)入殺菌鍋內(nèi)的管道管徑及進(jìn)氣速度是影響空氣排出的關(guān)鍵因素，通過相關(guān)實(shí)驗證明，進(jìn)氣管徑小于40 mm，進(jìn)氣壓力低于5.5 kgf/cm2，將對熱分布均勻性產(chǎn)生較大的影響。蒸汽分配管開孔率應(yīng)以所有小孔的面積之和為分配管截面積的1.5～2倍。目前，杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司的蒸汽進(jìn)氣管管徑為50 mm，工藝規(guī)定殺菌蒸汽總管壓力大于6.0 kgf/cm2，蒸汽分配管管徑50 mm，開孔數(shù)量420個，孔徑3.2 mm，所有小孔的面積之和為分配管截面積的1.7倍[2]。

2.2 排氣管及泄氣管對熱分布的影響

殺菌鍋熱分布不均勻的重要原因是鍋內(nèi)存在空氣囊，純凈的蒸汽的溫度是均勻一致的，當(dāng)蒸汽中混有空氣時將會導(dǎo)致熱分布不均勻。因空氣是熱源的不良導(dǎo)體，隨著蒸汽的流動，空氣中蒸汽被分割為許多部分，該部分的空氣囊溫度遠(yuǎn)低于蒸汽的溫度。氣囊在蒸汽的沖擊下處于運(yùn)動狀態(tài)，并通過排氣閥排出，從而使鍋內(nèi)的溫度均勻，因此，排氣效果的好壞與熱分布情況密切相關(guān)。合理的排氣管尺寸既可以有效排出空氣，也可以減少排氣時蒸汽的損失。通過相關(guān)實(shí)驗得知，25 mm排氣管符合熱分布均勻性的要求。泄氣管的用途是在恒溫階段促進(jìn)蒸汽的流通，同時，除去蒸汽中帶入的不凝氣體，因此，泄氣管在恒溫階段也是保持熱分布均勻性的重要因素。

2.3 排氣工藝規(guī)程對熱分布的影響

進(jìn)行蒸汽高壓殺菌（＞100 ℃）排氣操作時，要同時滿足“兩個開足”（排氣閥、蒸汽閥必須開足）和“兩個至少”（溫度至少達(dá)到X ℃、時間至少達(dá)到Y(jié) min）的最低條件。同時，要打開排水閥以排除鍋內(nèi)冷凝水，當(dāng)溫度高于等于100 ℃時，可關(guān)閉排水閥，因此，排氣規(guī)程對熱分布的影響也較大[3]。

2.4 冷凝水對熱分布的影響

冷凝水排除不徹底時會使熱分布不均勻，因升溫過程中，為了與罐頭產(chǎn)品換熱，大量的蒸汽冷凝，當(dāng)冷凝水未排除，積累超過蒸汽分布管時，蒸汽先加熱冷凝水，冷凝水蒸發(fā)成二次蒸汽，二次蒸汽驅(qū)趕空氣的能力較差，空氣較難排盡。蒸汽在流動過程中帶動了冷凝水也將影響鍋內(nèi)的熱分布。

2.5 壓縮空氣對熱分布的影響

殺菌鍋內(nèi)壓縮空氣主要用于壓板在需安裝過程中固定殺菌籠內(nèi)產(chǎn)品，避免產(chǎn)品掉落。同時，在降溫階段，提供壓縮空氣以保持產(chǎn)品內(nèi)外的壓差。如殺菌過程壓縮空氣泄露，將嚴(yán)重影響殺菌熱分布均勻性。

2.6 其他影響因素

殺菌籠底板及殺菌墊板開孔率、殺菌籠內(nèi)產(chǎn)品的排布緊湊程度、產(chǎn)品的初溫等。

3 我司殺菌鍋熱分布主要影響因素分析及改進(jìn)

杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司目前使用的殺菌鍋大多數(shù)為揚(yáng)州綠揚(yáng)食品機(jī)械有限公司生產(chǎn)，其具有近二十年的殺菌鍋生產(chǎn)歷史，在硬件方面基本能夠達(dá)到相關(guān)要求。

對殺菌鍋按照如下狀態(tài)進(jìn)行熱分布檢測試驗：①參數(shù)按照要求設(shè)置，殺菌旋轉(zhuǎn)狀態(tài)更改為靜止，殺菌過程壓板下壓；②參數(shù)按照要求設(shè)置，殺菌旋轉(zhuǎn)狀態(tài)更改為旋轉(zhuǎn)，殺菌過程壓板下壓；③參數(shù)按照要求設(shè)置，殺菌旋轉(zhuǎn)狀態(tài)更改為旋轉(zhuǎn)，殺菌過程壓板下壓。

通過實(shí)驗一確定殺菌鍋蒸汽管、閥門、冷凝水排放、排氣等環(huán)節(jié)有無異常，通過試驗二確定冷點(diǎn)位置，結(jié)合試驗二中發(fā)現(xiàn)的冷點(diǎn)位置開展相關(guān)檢修工作，檢修完成后，通過試驗三驗證檢修效果。

表1 26#殺菌鍋熱分布檢測數(shù)據(jù)匯總

通過試驗對比發(fā)現(xiàn)，靜止殺菌時熱分布均勻性較好，旋轉(zhuǎn)殺菌時熱分布均勻性較差。結(jié)合探頭位置發(fā)現(xiàn)，第一、二、三、四籠二層中心位置相對冷點(diǎn)。結(jié)合冷點(diǎn)位置，檢查殺菌鍋內(nèi)補(bǔ)壓閥密封墊片、壓板密封圈、壓縮空氣罐內(nèi)連接基座及接頭與更換密封圈，通過更換后再次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的熱分布檢測，檢測結(jié)果熱分布均勻性達(dá)到相關(guān)要求。

26#殺菌鍋熱分布檢測數(shù)據(jù)匯總見表1。

4 檢查方法歸納與下一步工作計劃

結(jié)合殺菌鍋熱分布時間，檢測前全面檢查殺菌鍋各閥門、管路有無異常，檢查殺菌鍋壓縮空氣進(jìn)氣管路閥門、基座、密封圈有無破損，可結(jié)合壓縮空氣進(jìn)氣流量計及空壓加壓管路處有無異響等方法，如發(fā)現(xiàn)異常及時進(jìn)行檢修。

熱分布檢測時可在靜止及旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行熱分布檢查，結(jié)合檢測結(jié)果再次開展檢查。如第一次靜止檢測異常，可判定為蒸汽進(jìn)氣、冷凝水排放、閥門異常等原因造成，針對各項進(jìn)行檢查與修復(fù)；如第一次檢測正常，第二次旋轉(zhuǎn)檢測異常，可結(jié)合冷點(diǎn)位置，對壓縮空氣進(jìn)氣管路接頭、基座、補(bǔ)壓閥進(jìn)行檢查與修復(fù)。

日常生產(chǎn)過程中，可結(jié)合操作屏壓力溫度顯示、圖紙溫度顯示等信息的波動，判斷殺菌鍋的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時開展檢修。同時，對密封圈等制定更換臺賬，定期進(jìn)行更換（密封圈每3個月更換一次，蒸汽散布管小孔每6個月疏通一次），做到預(yù)防式維修，不斷提高殺菌鍋運(yùn)行的穩(wěn)定性。針對上述問題，不斷總結(jié)整理了各相關(guān)環(huán)節(jié)的OPL課件，并加強(qiáng)人員操作培訓(xùn)，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

[1]張利奮,謝幼林.殺菌鍋的熱分布測試[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1987(2).

[2]褚弘斌.影響殺菌鍋熱分布因素的研究[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),1997(7).

[3]黃小泳,韓永紅.熱分布與熱穿透試驗的一種測試方法[J].今日藥學(xué),2012(2).