列管、盘管超高温杀菌设备对比分析

严 曼

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列管、盘管超高温杀菌设备对比分析

/海南椰家乐食品饮料有限公司

随着社会进步、生活水平提高、健康意识提升，消费者对乳品质量要求越来越高。基于这种需求大趋势，对乳品加工企业加工工艺提出了更高的要求。盘管超高温杀菌设备是一种先进的高品质无菌产品的超高温处理技术，相比传统列管超高温杀菌技术来说，可以使物料在更短时间升高到杀菌温度，还能最大限度地避免原料过度加热而引起营养物质流失，原料本有的自然风味能够被很好地保留下来。能在有效杀菌的同时锁住原料的新鲜与营养，带来了高品质的口感，受到众多消费者的认可。

一、结构及工作原理

列管多管式杀菌机基本结构为：多管式换热器是由一根壳管内套多根平行小管而成复合管，再将多段复合管连接起来。每一段称为一程，各程的内管用U形管相连接。外管则用支管相连接。这种换热器的程数较多，一般都是上下排列，固定于支架上。

物料用高压泵送入不锈钢多管式换热器，物料在内管中流动，加热介质在外管中逆向流动，通过内管壁进行热交换。物料在管内往返数次后达到杀菌所需的温度和保持时间后成产品送出。

盘管杀菌机是管中套管，用一支长管一次拉伸成型。流体在螺旋盘管中，由于离心力作用产生了二次流，又因连续性的缘故，二次流不仅影响边界层，还影响到流动的“核心”。在直管中，当流体作层流流动时，管内流动流线是相互平行的直线。而在螺旋盘管中，由于二次流作用，使流线在空间发生弯曲，不再是一束互相平行的直线束了，可视作将管内流线平分为两部分，各自反作用的扭转，扭转后又使两部分流线合并起来，扭转流线呈螺旋形，犹如弹簧圈一样，在核心交界面处流线呈直线形，而沿壁边界处流线呈圆形。因此，螺旋盘管中平行于管中心线要叠加上一个与之垂直的二次流，二次流在管中心都是向外外侧流动，而在管壁附近则是向内侧流动。盘管杀菌机正是利用这一湍流现象进行超高温灭菌工作。相对于传统管式杀菌机，在湍流的作用下，物料在内管中热量交换更加快速均匀，流体对管壁冲刷力更大，物料在更短时间升高到杀菌温度同时大大减少了管壁的结垢。

盘管杀菌机工作原理：物料从平衡桶出来输送至预加热段与经过超高温灭菌并进行初段降温后的物料进行热交换，预加热至70度进入脱气罐脱气，物料进行脱气后利于后续的均质等工序，同时防止物料氧化、延长储存期。脱气后物料经过均质机一级均质进入第二加热段，在此段与超高温灭菌后的物料热交换，温度达到121℃，接着进入主加热段进行超高温灭菌。主加热段由蒸汽直接加热，热交换效率高，物料能在更短时间升高到杀菌温度。物料加热至工艺要求的温度进行8秒灭菌温度保持后进入第一、二加热段热交换降温，最后物料进行二级均质后送至最终冷却段冷却进行产品灌装。

二、两种杀菌机对产品质量的影响

列管杀菌机生产中常出现的两个问题：一是列管杀菌机因考虑产品管道泄漏的风险，为了确保产品安全性，产品灭菌过程三段升温全部使用热水进行换热，一台18吨/时的列管杀菌机整个升温的过程只需要90秒，热交快过程比较迅速。产品中蛋白质的易变性造成涂壁结垢，随着连续生产时间的增长，杀菌机内管管壁的结垢程度增厚，产品流速增大，则会影响热交换效率，实际杀菌温度降低，导致产品F0值降低，从而影响杀菌的效果。根据生产管道的结垢情况，1、当△t达到6-7℃或△p达到1.0-1.5 bar时；需要进行无菌中间清洗，2、当△t达到9-11℃或△p达到3.0bar时，出现以上情况应立即停机做CIP的清洗。二是因列管杀菌机中的内管不能承受太大压力，故它的一、二级均质集中在预加热（85℃左右），但往往产品中的脂肪颗粒会经过杀菌冷却又重新积集在一起，使产品在保质期形成轻微的脂肪上浮，影响卖相。

盘管杀菌机恰恰能较好地解决。一是盘管杀菌机采用的是一条管中套管的结构，而且产品管壁厚是列管的2.5倍，不存在产品泄漏的风险，产品杀菌过程121℃之前的升温全部使用物料换热，一台18吨/时的盘管杀菌机整个升温的过程需要263秒，热交换比较缓和，再加上湍流结构，连续生产的时间会大大延长。二是盘管杀菌机的套管耐压性更高，二级均质在无菌冷却后段，把产品中经过杀菌冷却又重新积集的脂肪颗粒再次均质，产品口感更佳，更好地延长产品的保质期。

三、盘管杀菌机的优缺点

优点包括，1、相对于传统管式热水间接加热方式，加热效率高速度快，更加节能，降低能耗成本。2、高的杀菌温度和短的加热时间相结合，确保微生物和孢子被去活，而对产品的口感和颜色的影响达到最小，能最大限度地避免原料过度加热而引起营养物质流失，在有效杀菌的同时锁住原料的新鲜与营养。3、一、二级均质集中在预加热后段，盘管杀菌机二级均质在无菌冷却后段，均质效果更好，产品口感更佳。4、特有的湍流效应能大大减少生产中管壁的结垢，这意味着更长的连续生产时间，更少的停机清洗时间以及更低的整体清洗成本。5、结构简单，管道密封件少，维修和保养简单，维护成本低。6、螺旋盘管结构具有更好的抗震动性，内管耐压更高，大大减少了管体破裂而带来的损害风险，从而避免了对无菌产品的污染。除了延长使用寿命，还能提高食品安全性。7、配备了反向清洗程序，使清洗更彻底，对产品的质量控制更有效。

缺点一是盘管制造工艺比较复杂，是管中套管，是一支长管一次拉伸成型，材料厚度要求更高，所以造价比列管昂贵。二是盘管是一次性拉伸成型，主体管道长度相对固定，无法像列管通过增减换热器的程数而生产不同产品，生产灵活性比较单一。

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