列管、盤管超高溫殺菌設備對比分析

嚴 曼

交流

列管、盤管超高溫殺菌設備對比分析

/海南椰家樂食品飲料有限公司

隨著社會進步、生活水平提高、健康意識提升，消費者對乳品質量要求越來越高。基于這種需求大趨勢，對乳品加工企業加工工藝提出了更高的要求。盤管超高溫殺菌設備是一種先進的高品質無菌產品的超高溫處理技術，相比傳統列管超高溫殺菌技術來說，可以使物料在更短時間升高到殺菌溫度，還能最大限度地避免原料過度加熱而引起營養物質流失，原料本有的自然風味能夠被很好地保留下來。能在有效殺菌的同時鎖住原料的新鮮與營養，帶來了高品質的口感，受到眾多消費者的認可。

一、結構及工作原理

列管多管式殺菌機基本結構為：多管式換熱器是由一根殼管內套多根平行小管而成復合管，再將多段復合管連接起來。每一段稱為一程，各程的內管用U形管相連接。外管則用支管相連接。這種換熱器的程數較多，一般都是上下排列，固定于支架上。

物料用高壓泵送入不銹鋼多管式換熱器，物料在內管中流動，加熱介質在外管中逆向流動，通過內管壁進行熱交換。物料在管內往返數次后達到殺菌所需的溫度和保持時間后成產品送出。

盤管殺菌機是管中套管，用一支長管一次拉伸成型。流體在螺旋盤管中，由于離心力作用產生了二次流，又因連續性的緣故，二次流不僅影響邊界層，還影響到流動的“核心”。在直管中，當流體作層流流動時，管內流動流線是相互平行的直線。而在螺旋盤管中，由于二次流作用，使流線在空間發生彎曲，不再是一束互相平行的直線束了，可視作將管內流線平分為兩部分，各自反作用的扭轉，扭轉后又使兩部分流線合并起來，扭轉流線呈螺旋形，猶如彈簧圈一樣，在核心交界面處流線呈直線形，而沿壁邊界處流線呈圓形。因此，螺旋盤管中平行于管中心線要疊加上一個與之垂直的二次流，二次流在管中心都是向外外側流動，而在管壁附近則是向內側流動。盤管殺菌機正是利用這一湍流現象進行超高溫滅菌工作。相對于傳統管式殺菌機，在湍流的作用下，物料在內管中熱量交換更加快速均勻，流體對管壁沖刷力更大，物料在更短時間升高到殺菌溫度同時大大減少了管壁的結垢。

盤管殺菌機工作原理：物料從平衡桶出來輸送至預加熱段與經過超高溫滅菌并進行初段降溫后的物料進行熱交換，預加熱至70度進入脫氣罐脫氣，物料進行脫氣后利于后續的均質等工序，同時防止物料氧化、延長儲存期。脫氣后物料經過均質機一級均質進入第二加熱段，在此段與超高溫滅菌后的物料熱交換，溫度達到121℃，接著進入主加熱段進行超高溫滅菌。主加熱段由蒸汽直接加熱，熱交換效率高，物料能在更短時間升高到殺菌溫度。物料加熱至工藝要求的溫度進行8秒滅菌溫度保持后進入第一、二加熱段熱交換降溫，最后物料進行二級均質后送至最終冷卻段冷卻進行產品灌裝。

二、兩種殺菌機對產品質量的影響

列管殺菌機生產中常出現的兩個問題：一是列管殺菌機因考慮產品管道泄漏的風險，為了確保產品安全性，產品滅菌過程三段升溫全部使用熱水進行換熱，一臺18噸/時的列管殺菌機整個升溫的過程只需要90秒，熱交快過程比較迅速。產品中蛋白質的易變性造成涂壁結垢，隨著連續生產時間的增長，殺菌機內管管壁的結垢程度增厚，產品流速增大，則會影響熱交換效率，實際殺菌溫度降低，導致產品F0值降低，從而影響殺菌的效果。根據生產管道的結垢情況，1、當△t達到6-7℃或△p達到1.0-1.5 bar時；需要進行無菌中間清洗，2、當△t達到9-11℃或△p達到3.0bar時，出現以上情況應立即停機做CIP的清洗。二是因列管殺菌機中的內管不能承受太大壓力，故它的一、二級均質集中在預加熱（85℃左右），但往往產品中的脂肪顆粒會經過殺菌冷卻又重新積集在一起，使產品在保質期形成輕微的脂肪上浮，影響賣相。

盤管殺菌機恰恰能較好地解決。一是盤管殺菌機采用的是一條管中套管的結構，而且產品管壁厚是列管的2.5倍，不存在產品泄漏的風險，產品殺菌過程121℃之前的升溫全部使用物料換熱，一臺18噸/時的盤管殺菌機整個升溫的過程需要263秒，熱交換比較緩和，再加上湍流結構，連續生產的時間會大大延長。二是盤管殺菌機的套管耐壓性更高，二級均質在無菌冷卻后段，把產品中經過殺菌冷卻又重新積集的脂肪顆粒再次均質，產品口感更佳，更好地延長產品的保質期。

三、盤管殺菌機的優缺點

優點包括，1、相對于傳統管式熱水間接加熱方式，加熱效率高速度快，更加節能，降低能耗成本。2、高的殺菌溫度和短的加熱時間相結合，確保微生物和孢子被去活，而對產品的口感和顏色的影響達到最小，能最大限度地避免原料過度加熱而引起營養物質流失，在有效殺菌的同時鎖住原料的新鮮與營養。3、一、二級均質集中在預加熱后段，盤管殺菌機二級均質在無菌冷卻后段，均質效果更好，產品口感更佳。4、特有的湍流效應能大大減少生產中管壁的結垢，這意味著更長的連續生產時間，更少的停機清洗時間以及更低的整體清洗成本。5、結構簡單，管道密封件少，維修和保養簡單，維護成本低。6、螺旋盤管結構具有更好的抗震動性，內管耐壓更高，大大減少了管體破裂而帶來的損害風險，從而避免了對無菌產品的污染。除了延長使用壽命，還能提高食品安全性。7、配備了反向清洗程序，使清洗更徹底，對產品的質量控制更有效。

缺點一是盤管制造工藝比較復雜，是管中套管，是一支長管一次拉伸成型，材料厚度要求更高，所以造價比列管昂貴。二是盤管是一次性拉伸成型，主體管道長度相對固定，無法像列管通過增減換熱器的程數而生產不同產品，生產靈活性比較單一。

Comparison and Analysis of the Super-high Temperature Sterilization Equipment for Tube nest vs Coil Type