專利名稱：一種液體懸浮類食品物料加熱裝置的制作方法
技術領域：
ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，屬于食品加工領域。具體涉及ー種能夠精確控制加熱溫度與保留時間的蒸汽直接接觸式換熱設備的熱處理裝置。
背景技術：
例如大豆蛋白或淀粉是食品エ業中的重要原材料，廣泛應用于不同食品的加工中。在實際生產中大豆蛋白與淀粉的熱處理多為濕熱處理，即為ー種液體懸浮類食品物料。該類食品物料的熱處理在實現高溫(120 160°C)、短時(5 60s)處理條件時，由于物料 粘度高，料液本身分散均勻性差，在換熱過程中食品物料的受熱穩定性相對較差，物料受熱溫度波動幅度較大，物料受熱不均勻。而且對于高溫短時的熱處理條件，在已知管板式加熱裝置中這類食品物料的升溫速度相對較慢，使得例如大豆蛋白在達到熱處理溫度前即發生一定程度的變性，影響熱改性條件的精確性；且在間壁式換熱設備中，由于換熱集中于壁面易使食品物料受熱不均勻而引起食品物料掛壁結垢。鑒于此，本發明利用蒸汽與食品物料直接接觸混合的換熱方式，提高換熱效率，實現食品物料的瞬間升溫。通過合理設置自動控制操作単元實現了裝置運行過程中受熱物料溫度穩定，并在保留管路上設置背壓閥提供高壓環境加速蒸汽冷凝，使物料在進入停留管前蒸汽完全冷凝完成換熱過程。進而解決了高溫(120 160で)短時(3 60s)熱處理條件具體實現過程中，升溫速度、受熱物料溫度波動、停留時間不精確對食品物料功能性質穩定帶來的不利影響。

發明內容
本發明目的在于提供ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，利用蒸汽和食品物料快速均勻混合，蒸汽迅速冷凝放熱的換熱方式提高換熱速率，實現對食品物料的瞬間升溫并在對應加熱溫度下短時保留。使得食品物料獲得更好的功能性質。本發明的技術方案ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，包括物料部、蒸汽部、カロ熱部、停留部和閃蒸部組成；
所述物料部包括物料罐(111)、螺桿泵(112)、熱電阻(113)、質量流量計(114)、三通閥(115);用于提供恒速食品物料的物料罐(111)、物料罐(111)的放料ロ與螺桿泵(112)由管道連接，螺桿泵(112)的出口物料管與熱電阻(113)相接加熱物料，再經質量流量計
(114)，連接三通閥(115);三通閥(115)的第2個接ロ接通物料罐(111)，用于食品物料的回流，三通閥(115)的第3個接ロ接通加熱器(131);物料在帶有攪拌裝置的物料罐(111)中維持食品物料的均勻性，均勻物料經螺桿泵(112)加壓開始輸送，流經質量流量計(114)監測質量流量；物料質量流量不符合設定值時，流量監測控制回路(161)控制三通閥(115)將不符合質量流量設定值的物料轉回物料罐，同時通過轉速控制回路(162)作用螺桿泵轉速調節裝置，調節螺桿泵轉速使物料質量流量滿足設定值；質量流量符合設定值時三通閥
(115)不轉換流向，物料進入蒸汽混合加熱器(131)；所述蒸汽部包括蒸汽發生器(121)、汽水分離器(122)、Y型過濾器(123)、蒸汽調節閥(124)，它們依次連接；蒸汽調節閥(124)的另ー接ロ與加熱器(131)連接；加熱器所用潔凈蒸汽，由蒸汽發生器(121)提供；經汽水分離器(122)分離蒸汽中所攜帯的水滴，干燥蒸汽，被分離的冷凝水經疏水閥排入下水道(181);干燥后蒸汽通過Y型過濾器(123)經蒸汽調節閥(124)調節注入加熱器(131)的流量；
在物料進入加熱器前，物料溫度和質量流量數值經過前饋控制回路(163)進行設定公式的邏輯計算，將執行信號傳遞給調節閥預先調節蒸汽調節閥(124)開度；
所述加熱部即為加熱器(131)(參見圖2)，其內部結構包括圓柱調節軸桿(211)、圓錐調節端頭(212)、圓錐噴嘴(213)、蒸汽加速錐形套筒(214);圓柱調節軸桿(211)末端連接圓錐調節端頭(212)，圓錐調節端頭(212)置于圓錐噴嘴(213)內，圓錐噴嘴(213)又置于錐形套筒(214)內，通過移動圓柱調節軸桿(211)改變圓錐調節端頭(212)與圓錐噴嘴(213)間的間隙距離，物料⑴在螺桿泵提供的壓カ下被剪切霧化成小液滴；同時圓錐噴嘴
(213)與錐形套筒(214)間逐漸縮小的間隙能夠不斷提高蒸汽(2)注入的速度，在錐形套筒(214)末端經背壓閥(144)背壓的高環境壓力狹小艙室內劇烈湍動混合冷凝，從而使蒸汽(2)和霧化物料(I)均勻混合，在瞬間完成換熱達到目的溫度；
所述停留部包括熱電阻(141)、保溫停留管(142)、熱電阻(143)、背壓閥(144)、三通閥(145)，它們依次連接；熱電阻(141)設置在加熱器出口一定距離，監測加熱器出口物料溫度，物料溫度若不符合加熱目的溫度，經過溫度控制回路(164)反饋控制蒸汽調節閥(124)使得加熱器溫度回歸目的溫度設定值；熱電阻(143)設置在保溫停留管(142)出口，監測熱處理后物料溫度，若物料溫度不符合加熱目的溫度設定值，通過控制回路(165)轉換三通閥(145)連接方式，將不符合加熱目的溫度設定值的產品轉入下水道(181)，至溫度值符合設定時轉換三通閥(145)使產品進入后續操作；背壓閥(144)為產品提供滿足加熱目的溫度對應飽和蒸汽壓的環境壓力；保溫停留管(142)內壁涂抹聚四氟こ烯降低管壁摩擦力，同時增加保溫效果；
所述閃蒸部包括閃蒸罐(151)、真空泵機組(152);三通閥(145)的第2個接ロ接通閃蒸罐(151)，閃蒸罐(151)罐頂出口與真空泵機組(152)相接，三通閥(145)的第3個接ロ接通下水道(181);閃蒸罐(151)的罐底由管道與產品槽(171)相接；
受熱物料進入閃蒸罐(151)，處于由真空泵機組(152)制造的真空負壓環境，由于負壓環境對應沸騰溫度遠低于物料實際溫度，物料中的水快速相變為蒸汽被抽走，同時帶走大量熱量使得物料在短時內快速降溫至50-60°C，并實現稀釋物料一定程度的濃縮；
蒸汽調節閥(124)用于調節蒸汽的流量；加熱器(131)用于將飽和水蒸汽與食品物料的混合；停留管(142)用于保溫停留食品物料；背壓閥(144)用于背壓；閃蒸罐(151)及真空泵機組(152)用于閃蒸降溫的；熱電阻(113、141、143)用于監測溫度；質量流量計(114)用于監測食品物料的流量；根據前饋回路(163)與反饋回路(164)共同調節溫度的控制系統；
能夠瞬間提升物料溫度至最高160°C ;受熱物料溫度波動幅度不超過±0. 50C ;設定保留時間在3 60s內停留時間誤差不超過土 1%;真空閃蒸能夠瞬間使食品物料降溫至50 60。。。所述加熱器(131)內部結構包括圓柱調節軸桿(211)、圓錐調節端頭(212)、圓錐、噴嘴(213)、蒸汽加速錐形套筒(214);通過軸桿調整調節端頭與噴嘴間距離能夠將食品物料霧化，液滴直徑0. 17 mm-lmm。所述蒸汽加速錐形套筒(214):其上半部為錐角為30°的圓錐管，下半部為圓柱管。所述螺桿泵(112)為單螺桿泵，配有變速調節裝置。所述蒸汽調節閥(124):執行機構動カ方式為氣動，流量特性為百分比。所述保溫停留管(142)其特征在于內壁噴涂聚四氟こ烯。所述真空泵機組(152)采用水噴射泵作為真空動力。 本發明的有益效果在于大幅縮短了升溫耗時，提高了受熱物料的溫度穩定性及受熱均勻性，同時提升了保溫停留管路的停留時間精確性。同間壁式高溫短時處理設備相比較在以溫度為縱坐標，時間為橫坐標的加熱過程圖上(參見圖3)可見，間壁式換熱設備升溫耗時(301)明顯大于蒸汽直接接觸式升溫耗時(303)，瞬間的升溫速度和良好的受熱均勻及保溫停留時間精確使蛋白獲得更佳的功能性質。


圖I顯示出根據本發明所述裝置工作示意圖。物料部包括111、物料罐，112、螺桿泵，113、熱電阻，114、質量流量計，115、三通閥；蒸汽部包括121、蒸汽發生器，122、汽水分離器，123、Y型過濾器，124、蒸汽調節閥；131、加熱器，關鍵部件包括211、圓柱調節軸桿，212、圓錐調節端頭，213、圓錐噴嘴，214、蒸汽加速錐形套筒；停留部包括141、熱電阻，142、保溫停留管，143、熱電阻，144、背壓閥，145、三通閥；閃蒸部包括151、閃蒸罐，152、真空泵機組；161、流量監測控制回路，162、轉速控制回路，163、前饋回路；164、反饋回路；165、溫度控制回路；171、產品槽；181、下水道。圖2顯示出本發明中加熱器內部關鍵結構示意圖。211、調節軸桿；212、圓錐調節端頭；213、圓錐噴嘴；214、蒸汽加速錐形套筒；1、食品物料；2、潔凈蒸汽。圖3顯示本發明與已知套管式熱改性裝置物料溫度-時間變化比較示意圖。301所示tl為間壁式換熱設備升溫耗時，303所示Tl為本發明蒸汽直接接觸式升溫耗時。302所示為溫度波動變化，t2為間壁式換熱設備溫度波動變化，T2為本發明蒸汽直接接觸式換熱設備溫度波動變化。
具體實施例方式圖I顯示的液體懸浮類食品物料加熱裝置中，液體懸浮類食品物料首先被注入物料罐(111)中，然后物料經過螺桿泵(112)被加壓可獲得100 - 5000 L/h的流量以及4 -25巴的壓力，并通過熱電阻(113)與質量流量計(114)將物料的溫度與質量流量信息通過前饋控制回路(163)傳遞至蒸汽控制閥(124)調整其開度，令蒸汽提前通入加熱器(131 )，物料隨即也進入加熱器(131)同蒸汽進行混合傳熱，可以令食品物料獲得120 - 160で的受熱溫度。加熱器(131)出口的熱電阻(141)會監測受熱物料是否達到目的溫度，根據受熱物料的溫度檢測值通過反饋控制回路(164)反饋調節蒸汽控制閥開度増加或減小，直至溫度值符合處理要求。在調節過程中會有部分不符合處理條件的物料進入保溫停留管(142)，所以在保溫停留管末端同樣設有一個熱電阻(143)監測停留管末端的食品物料溫度，溫度不滿足要求時會通過溫度控制回路(165)轉換三通閥(145)的流向，將不符合處理要求的物料排入下水道(181 )。在此過程中，需要利用背壓閥(144)提高停留管(142)中環境壓力高于受熱溫度對應飽和蒸汽壓I. 2巴，當停留管首末端檢測的溫度值差別不超過0. 2°C吋，表明在加熱器出口蒸汽已實現完全冷凝，停留管長度對應的停留時間即為精確的保溫停留時間，通過改變其長度可以獲得3 - 60 s不同的停留時間。物料經過加熱停留后進入閃蒸罐(151)，在真空度為-I巴的環境壓力下，受熱物料中的水能夠快速蒸發離開，將物料溫度快速降至50 - 60°C，完成整個熱改性操作。圖3中顯示的已知套管式熱改性裝置在相同目的溫度下，食品物料的溫度時間曲線。包括物料在套管式熱改性裝置中的升溫過程(301)及本發明中的升溫過程(303)，以及裝置達到熱平衡時在加熱器出ロ熱電阻(141)在30分鐘內檢測到的溫度波動變化(302)。 通過比較可以明顯看出升溫過程中套管式熱改性裝置的升溫時間tl大于本發明裝置中物料升溫時間Tl，tl>Tl。而溫度波動變化情況中可見本發明所述熱改性裝置的溫度穩定性優于已知套管式熱改性裝置。
權利要求
1.ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于包括物料部、蒸汽部、加熱部、停留部和閃蒸部組成； 所述物料部包括物料罐(111)、螺桿泵(112)、熱電阻(113)、質量流量計(114)、三通閥(115);用于提供恒速食品物料的物料罐(111)、物料罐(111)的放料ロ與螺桿泵(112)由管道連接，螺桿泵(112)的出口物料管與熱電阻(113)相連，再經質量流量計(114)，連接三通閥(115);三通閥(115)的第2個接ロ接通物料罐(111)，用于食品物料的回流，三通閥(115)的第3個接ロ接通加熱器(131);物料在帶有攪拌裝置的物料罐(111)中維持食品物料的均勻性，均勻物料經螺桿泵(112)加壓開始輸送，流經質量流量計(114)監測質量流量；物料質量流量不符合設定值時，流量監測控制回路(161)控制三通閥(115)將不符合質量流量設定值的物料轉回物料罐，同時通過轉速控制回路(162)作用螺桿泵轉速調節裝置，調節螺桿泵轉速使物料質量流量滿足設定值；質量流量符合設定值時三通閥(115)不轉換流向，物料進入蒸汽混合加熱器(131)； 所述蒸汽部包括蒸汽發生器(121)、汽水分離器(122)、Y型過濾器(123)、蒸汽調節閥(124)，它們依次連接；蒸汽調節閥(124)的另ー接ロ與加熱器(131)連接；加熱器所用潔凈蒸汽，由蒸汽發生器(121)提供；經汽水分離器(122)分離蒸汽中所攜帯的水滴，干燥蒸汽，被分離的冷凝水經疏水閥排入下水道(181);干燥后蒸汽通過Y型過濾器(123)經蒸汽調節閥(124)調節注入加熱器(131)的流量； 在物料進入加熱器前，物料溫度和質量流量數值經過前饋控制回路(163)進行設定公式的邏輯計算，將執行信號傳遞給調節閥預先調節蒸汽調節閥(124)開度； 所述加熱部即為加熱器(131)，其內部結構包括圓柱調節軸桿(211)、圓錐調節端頭(212)、圓錐噴嘴(213)、蒸汽加速錐形套筒(214);圓柱調節軸桿(211)末端連接圓錐調節端頭(212)，圓錐調節端頭(212)置于圓錐噴嘴(213)內，圓錐噴嘴(213)又置于錐形套筒(214)內，通過移動圓柱調節軸桿(211)改變圓錐調節端頭(212)與圓錐噴嘴(213)間的間隙距離，物料在螺桿泵提供的壓カ下被剪切霧化成小液滴；同時圓錐噴嘴(213)與錐形套筒(214)間逐漸縮小的間隙能夠不斷提高蒸汽注入的速度，在錐形套筒(214)末端經背壓閥(144)背壓的高環境壓力狹小艙室內劇烈湍動混合冷凝，從而使蒸汽和霧化物料均勻混合，在瞬間完成換熱達到目的溫度； 所述停留部包括熱電阻(141)、保溫停留管(142)、熱電阻(143)、背壓閥(144)、三通閥(145)，它們依次連接；熱電阻(141)設置在加熱器出口一定距離，監測加熱器出口物料溫度，物料溫度若不符合加熱目的溫度，經過溫度控制回路(164)反饋控制蒸汽調節閥(124)使得加熱器溫度回歸目的溫度設定值；熱電阻(143)設置在保溫停留管(142)出口，監測熱處理后物料溫度，若物料溫度不符合加熱目的溫度設定值，通過溫度控制回路(165)轉換三通閥(145)連接方式，將不符合加熱目的溫度設定值的產品轉入下水道(181)，至溫度值符合設定時轉換三通閥(145)使產品進入后續操作；背壓閥(144)為產品提供滿足加熱目的溫度對應飽和蒸汽壓的環境壓力；保溫停留管(142)內壁涂抹聚四氟こ烯降低管壁摩擦力同時增強保溫效果； 所述閃蒸部包括閃蒸罐(151)、真空泵機組(152);三通閥(145)的第2個接ロ接通閃蒸罐(151)，閃蒸罐(151)罐頂出口與真空泵機組(152)相接，三通閥(145)的第3個接ロ接通下水道(181);閃蒸罐(151)的罐底由管道與產品槽(171)相接；受熱物料進入閃蒸罐(151)，處于由真空泵機組(152)制造的真空負壓環境，由于負壓環境對應沸騰溫度遠低于物料實際溫度，物料中的水快速相變為蒸汽被抽走，同時帶走大量熱量使得物料在短時內快速降溫至50-60°C，并實現稀釋物料一定程度的濃縮； 蒸汽調節閥(124)用于調節蒸汽的流量；加熱器(131)用于將飽和水蒸汽與食品物料的混合；停留管(142)用于保溫停留食品物料；背壓閥(144)用于背壓；閃蒸罐(151)及真空泵機組(152)用于閃蒸降溫的；熱電阻(113、141、143)用于監測溫度；質量流量計(114)用于監測食品物料的流量；根據前饋回路(163)與反饋回路(164)共同調節溫度的控制系統； 能夠瞬間提升物料溫度至最高160°C ;受熱物料溫度波動幅度不超過±0. 50C ;設定保留時間在3 60s內停留時間誤差不超過土 1%;真空閃蒸能夠瞬間使食品物料降溫至50 60。。。
2.根據權利要求I所述ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于所述加熱器(131)內部結構包括圓柱調節軸桿(211)、圓錐調節端頭(212)、圓錐噴嘴(213)、蒸汽加速錐形套筒(214);通過軸桿調整調節端頭與噴嘴間距離能夠將食品物料霧化，液滴直徑0.17 Him-Imm0
3.根據權利要求I所述ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于所述蒸汽加速錐形套筒(214):其上半部為錐角為30°的圓錐管，下半部為圓柱管。
4.根據權利要求I所述ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于螺桿泵(112)為單螺桿泵，配有變速調節裝置。
5.根據權利要求I所述ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于蒸汽調節閥(124):執行機構動カ方式為氣動，流量特性為百分比。
6.根據權利要求I所述ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于保溫停留管(142)內壁噴涂聚四氟こ烯。
7.根據權利要求I所述ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于真空泵機組(152)采用水噴射泵作為真空動力。
全文摘要
一種液體懸浮類食品物料加熱裝置，屬于食品加工設備領域。本發明裝置采用蒸汽與食品物料直接接觸混合換熱，使食品物料瞬間升溫至加熱溫度，并通過自動控制回路精確調節，使受熱后物料溫度穩定，波動幅度減小，并在保溫停留后閃蒸降溫，令食品物料冷卻。本發明裝置解決了液體懸浮類食品物料加熱處理中，高溫(120~160℃)短時(3~60s)熱處理條件在具體實現過程中，受熱物料溫度不穩定，波動幅度大，停留時間不精確的問題。對于精確控制熱處理強度，實現產品功能性質穩定具有重要意義。
文檔編號A23J3/22GK102652543SQ201210159438
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者華欲飛, 孔祥珍, 張彩猛, 王博 申請人:江南大學