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(shù)領(lǐng)域：
ー種液體懸浮類食品物料加熱裝置，屬于食品加工領(lǐng)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(shè)備的熱處理裝置。
背景技術(shù)：
例如大豆蛋白或淀粉是食品エ業(yè)中的重要原材料，廣泛應(yīng)用于不同食品的加工中。在實(shí)際生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)高溫(120 160°C)、短時(5 60s)處理?xiàng)l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(wěn)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?xiàng)l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，使得例如食品物料在達(dá)到熱處理溫度前即發(fā)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(shè)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(jié)垢。鑒于此，本實(shí)用新型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(shí)現(xiàn)食品物料的瞬間升溫。通過合理設(shè)置自動控制操作単元實(shí)現(xiàn)了裝置運(yùn)行過程中受熱物料溫度穩(wěn)定，并在保留管路上設(shè)置背壓閥提供高壓環(huán)境加速蒸汽冷凝，使物料在進(jìn)入停留管前蒸汽完全冷凝完成換熱過程。進(jìn)而解決了高溫(120 160で)短時(3 60s)熱處理?xiàng)l件具體實(shí)現(xiàn)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(zhì)穩(wěn)定帶來的不利影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型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(shí)現(xiàn)對食品物料的瞬間升溫并在對應(yīng)加熱溫度下短時保留。使得食品物料獲得更穩(wěn)定的功能性質(zhì)。本實(shí)用新型的技術(shù)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、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(zhì)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，距離螺桿泵(112)的出口 1米處的物料管設(shè)置熱電阻(113)，再經(jīng)質(zhì)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(jīng)螺桿泵(112)加壓開始輸送，流經(jīng)質(zhì)量流量計
(114)監(jiān)測質(zhì)量流量；物料質(zhì)量流量不符合設(shè)定值時，流量監(jiān)測控制回路(161)控制三通閥
(115)將不符合質(zhì)量流量設(shè)定值的物料轉(zhuǎn)回物料罐，同時通過轉(zhuǎn)速控制回路(162)作用螺桿泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)螺桿泵轉(zhuǎn)速使物料質(zhì)量流量滿足設(shè)定值；質(zhì)量流量符合設(shè)定值時三通閥(115)不轉(zhuǎn)換流向，物料進(jìn)入蒸汽混合加熱器(131)；[0007]所述蒸汽部包括蒸汽發(fā)生器(121)、汽水分離器(122)、Y型過濾器(123)、蒸汽調(diào)節(jié)閥(124)，它們依次連接；蒸汽調(diào)節(jié)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(fā)生器(121)提供；經(jīng)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(jīng)疏水閥排入下水道(181);干燥后蒸汽通過Y型過濾器(123)經(jīng)蒸汽調(diào)節(jié)閥(124)調(diào)節(jié)注入加熱器(131)的流量；在物料進(jìn)入加熱器前，物料溫度和質(zhì)量流量數(shù)值經(jīng)過前饋控制回路(163)進(jìn)行設(shè)定公式的邏輯計算，將執(zhí)行信號傳遞給調(diào)節(jié)閥預(yù)先調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥(124)開度；所述加熱部即為加熱器(131)(參見圖2)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括圓柱調(diào)節(jié)軸桿(211)、圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)、圓錐噴嘴(213)、蒸汽加速錐形套筒(214);圓柱調(diào) 節(jié)軸桿(211)末端連接圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)，圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)置于圓錐噴嘴(213)內(nèi)，圓錐噴嘴(213)又置于錐形套筒(214)內(nèi)，通過移動圓柱調(diào)節(jié)軸桿(211)改變圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)與圓錐噴嘴(213)間的間隙距離，物料(1)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(jīng)背壓閥(144)背壓的高環(huán)境壓力狹小艙室內(nèi)蒸汽(2)與物料(1)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(dá)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(shè)置在加熱器出口一定距離，監(jiān)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(jīng)過溫度控制回路(164)反饋控制蒸汽調(diào)節(jié)閥(124)使得加熱器溫度回歸目的溫度設(shè)定值；熱電阻(143)設(shè)置在保溫停留管(142)出口，監(jiān)測熱處理后物料溫度，若物料溫度不符合加熱目的溫度設(shè)定值，通過控制回路(165)轉(zhuǎn)換三通閥(145)連接方式，將不符合加熱目的溫度設(shè)定值的產(chǎn)品轉(zhuǎn)入下水道(181)，至溫度值符合設(shè)定時轉(zhuǎn)換三通閥(145)使產(chǎn)品進(jìn)入后續(xù)操作；背壓閥(144)為產(chǎn)品提供滿足加熱目的溫度對應(yīng)飽和蒸汽壓的環(huán)境壓力；保溫停留管(142)內(nèi)壁涂抹聚四氟こ烯降低管壁摩擦力，增強(qiáng)保溫效果；所述閃蒸部包括閃蒸罐(151)、真空泵機(jī)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(jī)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(chǎn)品槽(171)相接；受熱物料進(jìn)入閃蒸罐(151)，處于由真空泵機(jī)組(152)制造的真空負(fù)壓環(huán)境，由于負(fù)壓環(huán)境對應(yīng)沸騰溫度遠(yuǎn)低于物料實(shí)際溫度，物料中的水快速相變?yōu)檎羝怀樽?，同時帶走大量熱量使得物料在短時內(nèi)快速降溫至50-60°C，并實(shí)現(xiàn)稀釋物料一定程度的濃縮；蒸汽調(diào)節(jié)閥(124)用于調(diào)節(jié)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(jī)組(152)用于閃蒸降溫的；熱電阻(113、141、143)用于監(jiān)測溫度；質(zhì)量流量計(114)用于監(jiān)測食品物料的流量；根據(jù)前饋回路(163)與反饋回路(164)共同調(diào)節(jié)溫度的控制系統(tǒng)；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. 5で;設(shè)定保留時間在3 60s內(nèi)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°C。所述加熱器(131)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括圓柱調(diào)節(jié)軸桿(211)、圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)、圓錐噴嘴(213)、蒸汽加速錐形套筒(214);通過軸桿調(diào)整調(diào)節(jié)端頭與噴嘴間距離能夠?qū)⑹称肺锪响F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(diào)節(jié)裝置。所述蒸汽調(diào)節(jié)閥(124):執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(nèi)壁噴涂聚四氟こ烯。所述真空泵機(jī)組(152)采用水噴射泵作為真空動力。本實(shí)用新型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(wěn)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(shè)備相比較在以溫度為縱坐標(biāo)，時間為橫坐標(biāo)的加熱過程圖上(參見圖3)可見，間壁式換熱設(shè)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(zhì)。

圖1顯示出根據(jù)本實(shí)用新型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(zhì)量流量計，115、三通閥；蒸汽部包括121、蒸汽發(fā)生器，122、汽水分離器，123、Y型過濾器，124、蒸汽調(diào)節(jié)閥；131、加熱器，關(guān)鍵部件包括211、圓柱調(diào)節(jié)軸桿，212、圓錐調(diào)節(jié)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(jī)組；161、流量監(jiān)測控制回路，162、轉(zhuǎn)速控制回路，163、前饋回路；164、反饋回路；165、溫度控制回路；171、產(chǎn)品槽；181、下水道。圖2顯示出本實(shí)用新型中加熱器內(nèi)部關(guān)鍵結(jié)構(gòu)示意圖。211、調(diào)節(jié)軸桿；212、圓錐調(diào)節(jié)端頭；213、圓錐噴嘴；214、蒸汽加速錐形套筒。圖3顯示本實(shí)用新型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(shè)備升溫耗時，303所示T1為本實(shí)用新型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(shè)備溫度波動變化，T2為本實(shí)用新型蒸汽直接接觸式換熱設(shè)備溫度波動變化。
具體實(shí)施方式
圖1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(jīng)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(zhì)量流量計(114)將物料的溫度與質(zhì)量流量信息通過前饋控制回路(163)傳遞至蒸汽控制閥(124)調(diào)整其開度，令蒸汽提前通入加熱器(131 )，物料隨即也進(jìn)入加熱器(131)同蒸汽進(jìn)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(jiān)測受熱物料是否達(dá)到目的溫度，根據(jù)受熱物料的溫度檢測值通過反饋控制回路(164)反饋調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)過程中會有部分不符合處理?xiàng)l件的物料進(jìn)入保溫停留管(142)，所以在保溫停留管末端同樣設(shè)有一個熱電阻(143)監(jiān)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(zhuǎn)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(huán)境壓力高于受熱溫度對應(yīng)飽和蒸汽壓1. 2巴，當(dāng)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(shí)現(xiàn)完全冷凝，停留管長度對應(yīng)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 - 60s不同的停留時間。物料經(jīng)過加熱停留后進(jìn)入閃蒸罐(151)，在真空度為-1巴的環(huán)境壓力下，受熱物料中的水能夠快速蒸發(fā)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)及本實(shí)用新型中的升溫過程(303)，以及裝置達(dá)到熱平衡時在加熱器出ロ熱電阻(141)在30分鐘內(nèi)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大于本實(shí)用新型裝置中物料升溫時間Tl，tl > Tl。而溫度波動變化情況中可以本實(shí)用新型所述熱改性裝置的溫度穩(wěn)定性優(yōu)于已知套管式熱改性裝置?！?br> 權(quán)利要求1.一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； 所述物料部包括物料罐(111)、螺桿泵(112)、第一熱電阻(113)、質(zhì)量流量計(114)、第一三通閥(115);用于提供恒速食品物料的物料罐(111)、物料罐(111)的放料口與螺桿泵(112)由管道連接，距離螺桿泵(112)的出口物料管I米處設(shè)置第一熱電阻(113)，再經(jīng)質(zhì)量流量計(114)，連接第一三通閥(115);第一三通閥(115)的第2個接口接通物料罐(111)，用于食品物料的回流，第一三通閥(115)的第3個接口接通加熱器(131)； 所述蒸汽部包括蒸汽發(fā)生器(121)、汽水分離器(122)、Y型過濾器(123)、蒸汽調(diào)節(jié)閥(124)，它們依次連接；蒸汽調(diào)節(jié)閥(124)的另一接口與加熱器(131)連接； 所述加熱部即為加熱器(131)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括圓柱調(diào)節(jié)軸桿(211)、圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)、圓錐噴嘴(213)、蒸汽加速錐形套筒(214);圓柱調(diào)節(jié)軸桿(211)末端連接圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)，圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)置于圓錐噴嘴(213)內(nèi)，圓錐噴嘴(213)又置于蒸汽加速錐形套筒(214)內(nèi)，通過移動圓柱調(diào)節(jié)軸桿(211)改變圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)與圓錐噴嘴(213)間的間隙距離； 所述停留部包括第二熱電阻(141)、保溫停留管(142)、第三熱電阻(143)、背壓閥(144)、第二三通閥(145)，第二熱電阻與第三熱電阻分置保溫停留管的首末端，保溫停留管前端與加熱器末端連接，保溫停留管末端與背壓閥連接； 所述閃蒸部包括閃蒸罐(151)、真空泵機(jī)組(152);第二三通閥(145)的第2個接口接通閃蒸罐(151)，閃蒸罐(151)罐頂部出口與真空泵機(jī)組(152)相接，第二三通閥(145)的第3個接口接通下水道(181);閃蒸罐(151)的罐底由管道與產(chǎn)品槽(171)相接； 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(shè)定保留時間在3 60s內(nèi)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(jù)權(quán)利要求I所述一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(nèi)部結(jié)構(gòu)包括圓柱調(diào)節(jié)軸桿(211)、圓錐調(diào)節(jié)端頭(212)、圓錐噴嘴(213)、蒸汽加速錐形套筒(214);通過軸桿調(diào)整圓錐調(diào)節(jié)端頭與圓錐噴嘴間距離能夠?qū)⑹称肺锪响F化，液滴直徑 O. 17 mm-lmm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一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(jù)權(quán)利要求I所述一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(diào)節(jié)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于蒸汽調(diào)節(jié)閥(124):執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力方式為氣動，流量特性為百分比。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于停留管(142)內(nèi)壁噴涂聚四氟乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種液體懸浮類食品物料加熱裝置，其特征在于真空泵機(jī)組(152)采用水噴射泵作為真空動力。
專利摘要一種液體懸浮類食品物料加熱裝置，屬于食品加工設(shè)備領(lǐng)域。本實(shí)用新型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(diào)節(jié)，使受熱后物料溫度穩(wěn)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。本實(shí)用新型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?xiàng)l件在具體實(shí)現(xiàn)過程中，受熱物料溫度不穩(wěn)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(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能性質(zhì)穩(wěn)定具有重要意義。
文檔編號A23J3/22GK202750656SQ2012202304
公開日2013年2月27日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者華欲飛, 孔祥珍, 王博, 張彩猛 申請人:江南大學(xué)