卧式旋转蒸汽杀菌锅热分布的改进研究

□ 朱 鹏 浙江大学生物系统工程与食品科学学院；杭州娃哈哈集团有限公司

1 杀菌热分布概述

1.1 杀菌热分布的概念

杀菌工序是罐头食品生产的关键工序，杀菌操作的规范与否直接影响产品质量。杀菌锅的热分布均匀性是杀菌良好操作规范的一项重要判定指标。热分布指热力杀菌设备内不同位置在杀菌过程中温度分布的情况，其测试的意义在于验证热力杀菌设备在杀菌恒温过程中各部位温度均匀一致的程度，以确保杀菌设备能满足食品热力杀菌的要求。杀菌工艺要求杀菌锅内的各点均达到设定的温度后方可进行杀菌计时。主要因产品的杀菌规程是按照锅内所有产品的温度均处于同一温度下制定的，如若杀菌锅内的温度不均匀，锅内每罐产品的杀菌强度将不一致，而其中处于规定杀菌温度以下的产品将会出现因杀菌不彻底而引起变质的隐患。

1.2 新法规下杀菌热分布的要求

蒸汽杀菌热分布要求：①如果升温阶段结束，恒温开始1 min内，最慢的测温头≤参照温度（指放置于水银温度计旁的测温头的测温值，下同）1.67 ℃（3.0 ℉），被视为可以接受；②如果升温阶段结束，恒温3 min内，最慢的测温头≤参照温度0.56 ℃（1.0 ℉），被视为可以接受；③恒温3 min之后至恒温结束，各测试点的温度与参照温度的差值均在0.56 ℃（1 ℉）以内[1]。

2 杀菌热分布的影响因素

2.1 进气蒸汽管、蒸汽分配管及蒸汽压力对热分布的影响

蒸汽进入杀菌锅内的管道管径及进气速度是影响空气排出的关键因素，通过相关实验证明，进气管径小于40 mm，进气压力低于5.5 kgf/cm2，将对热分布均匀性产生较大的影响。蒸汽分配管开孔率应以所有小孔的面积之和为分配管截面积的1.5～2倍。目前，杭州娃哈哈集团有限公司的蒸汽进气管管径为50 mm，工艺规定杀菌蒸汽总管压力大于6.0 kgf/cm2，蒸汽分配管管径50 mm，开孔数量420个，孔径3.2 mm，所有小孔的面积之和为分配管截面积的1.7倍[2]。

2.2 排气管及泄气管对热分布的影响

杀菌锅热分布不均匀的重要原因是锅内存在空气囊，纯净的蒸汽的温度是均匀一致的，当蒸汽中混有空气时将会导致热分布不均匀。因空气是热源的不良导体，随着蒸汽的流动，空气中蒸汽被分割为许多部分，该部分的空气囊温度远低于蒸汽的温度。气囊在蒸汽的冲击下处于运动状态，并通过排气阀排出，从而使锅内的温度均匀，因此，排气效果的好坏与热分布情况密切相关。合理的排气管尺寸既可以有效排出空气，也可以减少排气时蒸汽的损失。通过相关实验得知，25 mm排气管符合热分布均匀性的要求。泄气管的用途是在恒温阶段促进蒸汽的流通，同时，除去蒸汽中带入的不凝气体，因此，泄气管在恒温阶段也是保持热分布均匀性的重要因素。

2.3 排气工艺规程对热分布的影响

进行蒸汽高压杀菌（＞100 ℃）排气操作时，要同时满足“两个开足”（排气阀、蒸汽阀必须开足）和“两个至少”（温度至少达到X ℃、时间至少达到Y min）的最低条件。同时，要打开排水阀以排除锅内冷凝水，当温度高于等于100 ℃时，可关闭排水阀，因此，排气规程对热分布的影响也较大[3]。

2.4 冷凝水对热分布的影响

冷凝水排除不彻底时会使热分布不均匀，因升温过程中，为了与罐头产品换热，大量的蒸汽冷凝，当冷凝水未排除，积累超过蒸汽分布管时，蒸汽先加热冷凝水，冷凝水蒸发成二次蒸汽，二次蒸汽驱赶空气的能力较差，空气较难排尽。蒸汽在流动过程中带动了冷凝水也将影响锅内的热分布。

2.5 压缩空气对热分布的影响

杀菌锅内压缩空气主要用于压板在需安装过程中固定杀菌笼内产品，避免产品掉落。同时，在降温阶段，提供压缩空气以保持产品内外的压差。如杀菌过程压缩空气泄露，将严重影响杀菌热分布均匀性。

2.6 其他影响因素

杀菌笼底板及杀菌垫板开孔率、杀菌笼内产品的排布紧凑程度、产品的初温等。

3 我司杀菌锅热分布主要影响因素分析及改进

杭州娃哈哈集团有限公司目前使用的杀菌锅大多数为扬州绿扬食品机械有限公司生产，其具有近二十年的杀菌锅生产历史，在硬件方面基本能够达到相关要求。

对杀菌锅按照如下状态进行热分布检测试验：①参数按照要求设置，杀菌旋转状态更改为静止，杀菌过程压板下压；②参数按照要求设置，杀菌旋转状态更改为旋转，杀菌过程压板下压；③参数按照要求设置，杀菌旋转状态更改为旋转，杀菌过程压板下压。

通过实验一确定杀菌锅蒸汽管、阀门、冷凝水排放、排气等环节有无异常，通过试验二确定冷点位置，结合试验二中发现的冷点位置开展相关检修工作，检修完成后，通过试验三验证检修效果。

表1 26#杀菌锅热分布检测数据汇总

通过试验对比发现，静止杀菌时热分布均匀性较好，旋转杀菌时热分布均匀性较差。结合探头位置发现，第一、二、三、四笼二层中心位置相对冷点。结合冷点位置，检查杀菌锅内补压阀密封垫片、压板密封圈、压缩空气罐内连接基座及接头与更换密封圈，通过更换后再次进行旋转状态下的热分布检测，检测结果热分布均匀性达到相关要求。

26#杀菌锅热分布检测数据汇总见表1。

4 检查方法归纳与下一步工作计划

结合杀菌锅热分布时间，检测前全面检查杀菌锅各阀门、管路有无异常，检查杀菌锅压缩空气进气管路阀门、基座、密封圈有无破损，可结合压缩空气进气流量计及空压加压管路处有无异响等方法，如发现异常及时进行检修。

热分布检测时可在静止及旋转状态下进行热分布检查，结合检测结果再次开展检查。如第一次静止检测异常，可判定为蒸汽进气、冷凝水排放、阀门异常等原因造成，针对各项进行检查与修复；如第一次检测正常，第二次旋转检测异常，可结合冷点位置，对压缩空气进气管路接头、基座、补压阀进行检查与修复。

日常生产过程中，可结合操作屏压力温度显示、图纸温度显示等信息的波动，判断杀菌锅的运行状态，发现异常及时开展检修。同时，对密封圈等制定更换台账，定期进行更换（密封圈每3个月更换一次，蒸汽散布管小孔每6个月疏通一次），做到预防式维修，不断提高杀菌锅运行的稳定性。针对上述问题，不断总结整理了各相关环节的OPL课件，并加强人员操作培训，指导实际生产。

[1]张利奋,谢幼林.杀菌锅的热分布测试[J].食品与发酵工业,1987(2).

[2]褚弘斌.影响杀菌锅热分布因素的研究[J].现代化农业,1997(7).

[3]黄小泳,韩永红.热分布与热穿透试验的一种测试方法[J].今日药学,2012(2).