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UHT工艺原理培训可口可乐（东莞）2011年05月30日目录1)原理介绍2）加热原理和条件控制3）脱气原理4）背压的原理5）管路的基本介绍6）加热的分段的介绍，保温管杀菌时间的计算7）泵/阀的介绍（转子泵和离心泵）8）传感器的介绍电导的原理和在关键步的设定9）管路泄露的预防（介质互传）10）cip原理和主要步骤的描述，附加参数，和条件11)反冲洗的原理12）sip原理和主要步骤的描述，附加参数，和条件13）sip时的无菌概念14）无菌缸的cip原理，15）无菌缸的sip原理16）560到700步的易失去无菌的关键点17）uht到无菌缸的进料原理和容易失去无菌的关键点18）进混比器的原理和容易失去无菌的关键点19）十字阀组，末端阀组的配合和无菌条件20）混比的原理和控制方式，调整方法，如何识别21）针对uht影响果肉含量的关键因素第一章原理介绍UHT（UltraHighTemperaturetreated）超高温瞬时处理UHT产品是指将物料在连续流动的状态下通过热交换器加热135～150℃，并在这一温度下保持一定的时间以使其达到商业无菌的水平；灭菌后的产品应在无菌状态下灌装于无菌包装容器中，以使产品能够在非冷藏的条件下进行储存，运输和销售。UHT产品已从最初的牛奶拓展到了其它不同品种的饮料，如各类果汁、茶饮料等，灭菌温度一般为100~135℃。热处理通常发生两种反应1.杀死微生物而在微生物体内产生的反应（细胞内蛋白质，酶等的变性）太低而不能使蛋白质，酶等的变性而杀死微生物太高产生美拉德反应而褐变，焦糊而使品质劣化2.食品成分发生化学的，物理的反应（色，香，味，营养成分，质构（TEXTURE）等的变化UHT生产既要考虑灭菌效果，同时也要考虑到化学效果，如营养素的破坏和对风味的影响。按换热器结构和传热面形式分为管式和板式两大类，管式包括蛇管式、套管式、列管式、翅片管式等，板式包括板（片）式、螺旋板式、夹套式。目前，可乐使用的是套管式和板式换热器。管式热交换器板式热交换器套管式换热器的优点是结构简单，能耐高压，可保证逆流操作，排数和程数可任意添加或拆除，伸缩性大。缺点是管子接头多，易泄漏，每单位管长的传热面积有限，占地空间大。板式换热器优点有传热效率高，结构紧凑，操作灵活，适用于热敏物料，卫生条件可靠，缺点是密封周边长，需要较多的密封垫圈，且垫圈需要常检修清洗，所以易于损坏，且不耐高压，流体流动的阻力损失大。超高温灭菌的一些问题产品在加热过程中不能有沸腾现象发生：产品沸腾后所产生的蒸汽将占据系统流路，从而减少了产品的灭菌时间，使灭菌效率降低。产品在沸腾后，流路中由于蒸汽气泡的作用，会产生较强的湍流现象，造成系统中流量及温度的极不稳定产品在加工过程中，沸腾所产生的气泡将增加产品在加热表面变性及结垢的机会，影响热传递及产品的品质。加热保温时间的计算加热保持段1.预热段温度一般控制在50-70℃，以增加脱气效果。2.保持管的温度任何时候必须满足产品混比规程（MI）规定的的最低要求，并且不影响产品风味和稳定性。即UHT生产既要考虑灭菌效果，同时也要考虑到温度对产品风味和稳定性的影响。在正常生产过程中，控制保持管温度与设定温度差±1.1ºC3.连续测量并记录保持管出口饮料温度，且出口饮料温度有低温预报警和丢失无菌两个温度报警限值。如：酸性产品杀菌温度为98±1℃，低温预报警为96.9℃，丢失无菌报警温度为95.8℃。4.产品温度必须冷却到≤38℃。第二章节：加热的原理按用途分1.加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。2.预热器：用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率。3.过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。4.蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。5.再沸器：用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽化。为蒸馏过程专用设备。6.冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。7.冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化按传热面形状和结构分通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。2.板式换热器通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。3.特殊形式换热器根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式、热管、同流式换热器等按所用材料分1.金属材料换热器由金属材料加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。2.非金属材料换热器有非金属材料制成的换热器。常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小，故此类换热器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系管式换热器的结构形式它结构紧凑，单位体积所具有的传热面积较大(40～150m2/m3)，传热效果好，适应性强，操作弹性大，尤其适用于高温、高压和大型装置中，是管式换热器中应用最普遍的换热器。在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，使管束和壳体的受热程度不同，导致它们的热膨胀程度出现差别。若两流体温差较大，就可能由于热应力而引起设备的变形，管子弯曲甚至破裂，严重时从管板上脱落。因此当两流体的温度差超过50℃时，就应从结构上考虑热膨胀的影响，采取相应的热补偿措施。GEA管式换热器每段套管称为一程，长约4～6m，每程的内管依次与下一程的内管用U型弯头连接，外管之间也由管子连通，可同时几排并列，每排与总管相连。换热时一种流体走管内，另一种流体走环隙，而且两种流体可始终保持逆流换热，Δtm大。适当选择两管的直径，两流体可得到较高的流速，故一般具有较高的传热系数。其优点是结构简单，能耐高压，传热面积易于增减；缺点是设备结构不紧凑，金属耗用量大，一般用于换热板式换热器1.平板式换热器由一组长方形的金属薄板平行排列在一起，采用夹紧装置组装于支架上而构成，见图。而相邻板间的边缘衬有垫片(橡胶或压缩石棉等)，压紧后板内形成密封的液体通道。每块板的4个角上有圆孔，其中一对圆孔和板间相通，而另外一对圆孔通过加装垫片和板内相隔，在相邻板上错开以分别形成两流体通道，从而使两流体交错地流过板片两侧通过板片进行换热。板厚通常为0.5～3mm，板面压制成波纹状，两板间距4～6mm，材质一般为不锈钢。板式换热器的主要特点是：(1)总传热系数高。因板面压制成波纹状，流动湍动程度大，污垢热阻小，在低雷诺数(Re=200左右)下即达到湍流，而且板薄，因而K值可达到1200～1500W/m2·K(2)结构紧凑。由于板薄而且两板间距小，因而单位体积提供的传热面积大，可达到250～1000m2/m3(3)操作灵活性大。因具有可拆结构，根据生产需要通过调节板数增减传热面积，检(4)两流体严格成逆流，Δtm主要缺点是允许的操作压强和温度低。因板薄压强高容易变形，垫片压强高时容易渗漏，所以操作压强不超过2MPa，因受垫片材料的耐热性限制，操作温度对橡胶垫不超过130℃，石棉垫不超过250℃。此外流通截面积小，故处理量小。加热热置换控制图：GEA交换器加热流程图热交换器加热方式控制原理PID调节控制原理模型图调整方法第三章节：脱气原理脱气塔原理是利用在负压情况下，液体的沸点会降低的物理现象，在一定的温度，一定负压情况下，液体达到准沸腾状态，排除液体中含存的气泡，在液体的表面，由于负压而爆裂A:脱气缸的液位控制原理：ＥＡＴ１ＶＣ０１比例阀和液位计构成闭环控制（ｐｉｄ调节）真空泵脱气塔冷却消泡位置液位比例控阀香气回收冷凝管抽料泵，B:向脱气缸供应的流量由Ｔ１ＰＵ０１供应，一般情况下都是固定输出９０％左右，原则是该泵的总流量要大于ＥＡＴＩＰＵ０１的流量Ｃ：脱气缸的温度控制，一般情况下为５５度－－６５度之间，利乐系统的设定温度可以调节，利用前面的加热器来控温。ＧＥＡ系统的只能由产品预热来实现，一般情况下不可调节，除非改动前面预热管的根数第四章节背压阀的原理由于在线杀菌的温度一般情况下会大于95度，在常压情况下，会汽化，导致管路里面会有爆鸣的声音，同时由于杀菌温度在常压时达到临界沸腾点，造成温度的波动，利用一定的背压可以保证送料泵维持较高的速度，利于控制流量（如图）背压阀的名词来源于，BackPressureValve。它代表的意思是说由于阀的功能而形成一定的压力，压力一般可以调节。背压阀通过内置弹簧的弹力来实现动作：当系统压力比设定压力小时，膜片在弹簧弹力的作用下堵塞管路；当系统压力比设定压力大时，膜片压缩弹簧，管路接通，液体通过背压阀。在管路或是设备容器压力不稳的状态下，背压阀能保持管路所需压力，使泵能正常输出流量。另在泵的出端由于重力或其它作用常会出现虹吸现象，此时背压阀能消减由于虹吸产生的流量及压力的波动。而对于计量泵等容积泵在低系统压力下工作时，都会出现过量输送。为防止类似问题，必须使计量泵的出口至少有0.7Bar的背压，一般通过在计量泵出口安装背压阀来达到目的。二，背压阀的原理流体从背压阀进口进入，被膜片阻挡，于是流体对膜片产生向上的压力。当压力足够大时，弹簧被压缩，流体顶起膜片形成通道，从背压阀出口流出；若流体压力不够，就会形成憋压，使进口压力上升直到达到额定压力，顶起膜片形成通路背压阀的额定压力可调节，一般通过调节弹簧上端的顶杆，从而调节弹簧的长度来实现。三，背压阀的作用1.出口管道上的单向阀用于防止液体回流，背压阀用于保持泵出口有一恒定压力。2.在要求不是很严格的系统中可作为安全阀使用。3.和脉动阻尼器配合使用减小水锤对系统的危害，减小流速波动的峰值，保护管路、弯头、接头不受压力波动的冲击。4.为计量泵创造良好的工作环境并改善泵的工作性能。5.保证水泵出水流量的稳定性，如某些泵的流量随压力变化较大，可在泵的出口处设置背压阀，使泵的输出流量稳定，这时一般选择背压阀的压力为泵的实际使用压力或略小于泵的使用压力。6.在管路或是设备容器压力不稳的状态下，能保持管线所需压力，使泵能正常输出流量。7.在泵的出水口由于重力或其它作用常会出现自流或虹吸现象，背压阀能消减由于虹吸产生的流量及压力的波动，这时候一般选用大于液体自身压力即可，如防止液位为2米药箱中的液体自流,可选用压力大于0.02MPa的背压阀，一般选用0.1MPa即可。压力和温度关系根据理想气体状态方程的函数关系pV=nRT，压强p，体积V，绝对温度T，物质的量n，气体常量R，可知，如果温度升高，相应的压力会随着升高。水的膨胀系数在0度到100度之间的范围是0.00013---0.04342，很小，通常的温度变化对压力影响极小，除非极精密的仪器，一般场合可不予考虑（要增加利乐和gea的两个背压阀的剖面和不同之处）第五章节：管路的基本介绍UHT料液管道走向（如图：→）：糖房-缓冲缸-T3VA02-T1PU01-预热-脱气缸-预热-杀菌保持-冷却-十字阀组-无菌罐（图中棕色管道线）脱气缸料液管道走向（如图：→）：预热-EAT1VA01-EAT1VA02-EAT1VC02-脱气缸-EAT1PU10-EAT1VA01-螺杆泵（T1PU30）-预热处理水/RO水管道走向（如图：→）：1、进料后推水：T1VA71-T1VA05-T1VA03-糖房回收缸；2、水顶料或料顶水时补水切换：T3VA01-小缓冲缸-T3VA02；3、送料泵冷却水：WAVA03-T1PU01-回收塔水/冰水/蒸汽管道走向（如图：→）：1、塔水：E2VA10-UAE2HE01/2-E2VA11；2、冰水：E2VA40-UAE2HE01/1-E2VA41；3、蒸气a（做SIP时）：E2VA20-UAE2HE01/1-E2VA21-冷凝水回收;蒸气B:E1VC01-E1HE01-调压阀-冷凝水回收（如果内循环水小于调压阀压力补水，反之则排掉）内循环水管道1（如图：→）：1、小缓冲缸-T4PU01-UAW1-UAE2HE01/1-UAE2HE01/2-UAW6-UAW2-小缓冲缸；2、内循环水管道2（如图黑色虚线内）：补水交接-E1PU01-E1HE01-UA