CN109874865A - 一种即热式牛奶杀菌机及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种即热式牛奶杀菌机，包括带有灌装口的机架，机架内设有物料罐和杀菌系统，杀菌系统包括第一物料泵、杀菌桶、持温桶和冷却桶，杀菌桶通过水浴控温，杀菌桶水浴温度为75～97℃，杀菌桶水浴中设有杀菌桶盘管，持温桶中设有持温桶盘管，冷却桶中设有冷却桶盘管，物料罐、第一物料泵、杀菌桶盘管、持温桶盘管和冷却桶盘管依次连接，冷却桶盘管的另一端与灌装口连接。本发明还公开了上述即热式牛奶杀菌机的使用方法，包括：将原料奶加入物料罐中，启动第一物料泵，输送原料奶经过杀菌系统实现连续式巴氏杀菌后从灌装口流出得到所需温度的可饮用牛奶。本发明的即热式牛奶杀菌机具有强力的连续式巴氏杀菌能力，具有即热即杀即饮的功能。

Description

一种即热式牛奶杀菌机及其工艺

技术领域

本发明涉及乳业生产技术领域，具体涉及一种即热式牛奶杀菌机及其工艺。

背景技术

原料奶从奶牛身上挤下后，因可能含有肠道杆菌、沙门氏菌等致病菌，需要进行合适的杀菌工艺处理后才能安全饮用。依据公认的杀菌工艺和国家标准规定的产品类型，杀菌后的鲜奶产品可主要分为巴氏杀菌乳和灭菌乳。

灭菌乳采用超高温瞬时杀菌方法(俗称UHT)杀菌，通常杀菌温度在135℃以上，过高的温度会使一些热敏性的有益物质受损同时会使产品颜色加深。考虑到UHT杀菌后需要进行无菌灌装才能保证无菌状态，在微型化应用场景中不适用也没有必要。

巴氏杀菌乳采用温和的巴氏杀菌工艺进行杀菌，杀菌温度72～85℃，杀菌时间约15s，只杀死致病菌和大部分无害菌，最大限度保存营养物质，因有少量无害菌会存活，巴氏杀菌处理后的鲜奶需要4～6℃冷藏保存且保质期短。

常规工厂化的巴氏杀菌机往往是高产量序批式的生产操作，处理量通常为2～20吨/小时，无法做到微量且即用即杀的方式处理原料奶。

公开号为CN105410176A的专利说明书公开了一种可同时对奶瓶和牛奶杀菌的牛奶杀菌器，包括水平的杀菌筒，在杀菌筒的一侧分别连接有进液管和蒸汽进管，杀菌筒的另一侧分别连接有出液管和蒸汽出管，在杀菌筒上位于进液管的一侧还设有进瓶口，杀菌筒位于出液管的一侧还设有出瓶管，在所述杀菌筒内设有水平的转轴，转轴上螺旋缠绕有杀菌管，杀菌管分别与进液管和出液管连通，转轴转动时，杀菌管与转轴构成用于输送奶瓶的螺旋输送器。

公开号为CN103651781A的专利说明书公开了一种牛奶杀菌器，杀菌器大致圆柱形，牛奶经进料口预热至一定温度后进入该设备，牛奶进管程，加热蒸汽通过加热蒸汽进口进壳程，将牛乳加热到杀菌温度，一般杀菌温度为86～92℃，此杀菌温度需保持23秒，经过杀菌的物料经过出料口排出杀菌器，同时产生的废气经冷凝水出口排出此设备。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种即热式牛奶杀菌机，采用连续式巴氏杀菌，实现了巴氏杀菌的设备小型化、生产连续化，可实现微量(低至每秒30mL处理量)、定量、即用即杀，杀菌完毕即等待的运行能力。

一种即热式牛奶杀菌机，包括带有灌装口的机架，所述的机架上设有物料罐和杀菌系统，所述的杀菌系统包括第一物料泵、杀菌桶、持温桶和冷却桶，所述杀菌桶通过水浴控温，杀菌桶水浴温度为75～97℃，杀菌桶水浴中设有杀菌桶盘管；持温桶中设有持温桶盘管，冷却桶中设有冷却桶盘管，所述的物料罐、第一物料泵、杀菌桶盘管、持温桶盘管和冷却桶盘管依次连接，冷却桶盘管的另一端与所述灌装口连接。

原料奶加入物料罐后，在第一物料泵的输送作用下，原料奶流经杀菌桶盘管，被加热后进入持温桶盘管，在持温桶盘管内流动的过程中实现连续式巴氏杀菌得到熟奶，熟奶从持温桶盘管流出进入冷却桶盘管，被冷却后从灌装口流出得到所需温度的可饮用牛奶。

优选地，所述物料罐设有夹层，夹层内填充聚氨酯发泡材料，物料罐顶部带有密封盖，密封盖上设有带有滤网的漏斗和呼吸口，呼吸口通过呼吸口阀门控制，物料罐内设有搅拌桨。漏斗起到过滤和方便原料奶倒入的作用。

因为原料奶未经过均质，容易分层，静置时间久后还会造成上下层乳成分含量不一样，进而影响口感。通过搅拌桨搅拌，使原料奶始终保持在搅动混合过程中，确保原料奶不会分层。

优选地，所述的搅拌桨连接搅拌电机，所述搅拌电机通过可编程控制器(PLC)控制，可选择自动、手动、停止模式。其中自动模式下，搅拌电机根据预设的间隔频率，间歇性启停。通过搅拌电机间歇性启停，可使原料奶始终保持在搅动混合过程中，确保原料奶不会分层。手动模式和停止模式分别为搅拌常开和常闭控制。

呼吸口阀门通过可编程控制器(PLC)控制，杀菌时电动阀打开，使物料罐和大气连通。

优选地，所述的物料罐和第一物料泵之间设有物料阀门，所述的物料阀门和第一物料泵之间的管路接有液位开关和带有纯净水阀门的纯净水支路。

所述纯净水支路的设置主要用于纯净水顶水模式。纯净水顶水模式下，物料阀门关闭，断开原料奶通路，纯净水阀门打开，开启纯净水通路。在物料顶水模式(非纯净水顶水模式)下，物料阀门打开，纯净水阀门关闭，原料奶充满管路，进行杀菌。纯净水顶水模式主要用于杀菌系统较长时间不走物料时将管路内的牛奶顶出，防止管路中的牛奶品质受到破坏，使用纯净水不会对管路造成二次污染。再次恢复杀菌流程时，自动用牛奶顶出管路中的纯进水，即可恢复使用。

优选地，所述的机架上还设有控制面板和出料按钮，通过控制面板设定牛奶单次出料量，出料按钮控制牛奶出料动作。控制面板上输入出料的时间，PLC控制泵和阀的延时关闭，实现牛奶单次定量出料。控制面板上的参数设置完成后，通过出料按钮控制牛奶的单次出料。

优选地，所述的杀菌系统还包括第一预热桶和第二预热桶，第一预热桶和第二预热桶均通过水浴控温，第一预热桶水浴中设有第一预热盘管，第二预热桶水浴中设有第二预热盘管；

所述的第一物料泵、第一预热盘管、第二预热盘管和杀菌盘管依次连接。

优选地，所述第一预热桶水浴中还设有热回收盘管，所述持温桶盘管、热回收盘管和冷却桶盘管依次连接。所述的熟奶可回流进入热回收盘管进行热回收，然后再从热回收盘管流出，进入冷却桶盘管，从而节约能耗。

为了更精确地控温，优选地，所述第一预热桶内还设有控制第一预热桶水浴温度的第一温度探头和第一加热棒；

所述第二预热桶内还设有控制第二预热桶水浴温度的第二温度探头和第二加热棒；

所述杀菌桶内还设有控制杀菌桶水浴温度的杀菌桶温度探头和杀菌桶加热棒；

所述持温桶盘管的出口处设有持温桶温度探头。

优选地，所述第一预热盘管、第二预热盘管和杀菌桶盘管的外径分别为7.5～8.5mm，壁厚分别为0.8～1.2mm；

所述第一预热盘管的有效换热长度为12～13m；

所述第二预热盘管的有效换热长度为13～14m；

所述杀菌桶盘管的有效换热长度为17～19m。

根据热力学传热计算，在所述即热式牛奶杀菌机的物料流量和换热材质条件下，牛奶从2～6℃加热到72～95℃需要42～46米换热升温管路。将换热升温管路分成三段能实现分段温度控制并提供热回收的温差空间，同时能减小单体换热桶的体积，易于设备微型化。

所述第一预热盘管的管间距为4～6mm。

所述第二预热盘管的管间距为0～2mm。

所述杀菌桶盘管的管间距为0～2mm。

优选地，所述第一预热桶水浴的温度为60～65℃；

所述第二预热桶水浴的温度为65～80℃。

优选地，所述持温桶盘管的外径为7.5～8.5mm，壁厚为0.8～1.2mm，有效换热长度为14～15m。

所述持温桶盘管的管间距为0～2mm。

优选地，所述热回收盘管的外径为7.5～8.5mm，壁厚为0.8～1.2mm，有效换热长度为12～13m。

所述热回收盘管的管间距为0～2mm。

优选地，所述冷却桶盘管的外径为7.5～8.5mm，壁厚为0.8～1.2mm，有效换热长度为17～19m。

所述冷却桶盘管的管间距为0～2mm。

所述冷却桶内可以根据实际情况选择不填充冷却介质、填充市供自来水或提供冰水，来控制最终出料时的出料温度。

优选地，所述冷却桶通过水浴控温，冷却桶盘管设于冷却桶水浴中，冷却桶水浴的温度为4～25℃。

冷却桶水浴有较高的灵活性，可通过冷却水浴的温度调节出料熟奶的温度。冷却水桶内排空可使出料温度在60～65℃，可直接饮用到热牛奶；冷却水采用市水(20～25℃)填充并流动，可使出料温度保持在25～30℃；冷却水采用冰水机制冷(4℃)并循环流入，可使出料温度降至6～10℃。

优选地，所述第一预热盘管和热回收盘管为同轴设置的圆柱形盘管。同轴设计节省空间，只占用一套盘管的体积。热回收盘管在内，第一预热盘管在外，当盘管沿着中心轴水平安装时，热回收盘管交换产生的热量会促使水浴做自下而上的对流运动，提高换热系数。换热盘管和热回收盘管均为圆柱形盘管，较Z字形盘管和同心圆盘管有更小的流体阻力。

优选地，第一预热盘管围成的圆柱形直径为180～220mm，热回收盘管围成的圆柱形直径为100～140mm。

即热式牛奶杀菌机的水浴系统包括所述杀菌系统的各桶中的水浴和进水、出水。

优选地，所述机架内还设有平衡管，所述平衡管底端高于所述第一预热桶、第二预热桶和杀菌桶的顶端，所述平衡管顶部与大气连通；

所述第一预热桶、第二预热桶和杀菌桶的顶部分别设有溢水孔；

所述第一预热桶、第二预热桶和杀菌桶的溢水孔均与所述平衡管底部连通。

所述第一预热桶、第二预热桶和杀菌桶在温度变化过程中桶内的水会热胀冷缩，热胀冷缩产生的溢水和缺水通过平衡管自动调节。平衡管对大气排空，同时起到安全作用，使各桶内不产生压力和真空。

优选地，所述第一预热桶、第二预热桶、杀菌桶和冷却桶的底部分别设有排污口。

优选地，所述第一物料泵的量程不小于25L/min。只有单独的第一物料泵时，因杀菌系统管路较细且转弯较多，管路阻力较大，需要较大量程。

优选地，所述的杀菌系统还包括第二物料泵和第三物料泵，所述第二物料泵连接第一预热桶和第二预热桶，第三物料泵连接第二预热桶和杀菌桶；

所述第一物料泵、第二物料泵和第三物料泵的流量为1.5～1.8L/min。

三台物料泵联用的物料流量在25～30mL/s即可满足即热即饮的流量大小。

优选地，所述的机架内还设有就地清洗系统(CIP清洗系统)。

为了与物料罐、杀菌系统配合，本发明将CIP清洗系统小型化，间歇启停，自动循环清洗各罐、桶和管路，可大大方便清洗过程。

所述CIP清洗系统包括酸罐、碱罐、热水罐、清水罐、CIP清洗泵、三通阀、清洗管路和电导仪，电导仪检测清洗管路中的清洗液的电导率，所述酸罐、碱罐、热水罐和清水罐的出口并联接入CIP清洗泵，回流口并联与三通阀的第一出口连接，所述三通阀的第二出口与排污管道连通，所述CIP清洗泵的出口与所述物料罐连通；

当所述CIP清洗系统工作时，将所述灌装口与所述三通阀的进口连通，CIP清洗系统和所述物料罐、杀菌系统形成回路，进行间歇式循环清洗。

根据电导仪检测的清洗管路中的清洗液的电导率判断进行循环清洗亦或是排污处理，并改变三通阀的阀门方向改变清洗液的流向，使清洗液通过回流口流入酸罐、碱罐、热水罐和清水罐亦或是直接进入排污管道排出。

CIP清洗系统可进行全流程CIP或部分CIP步骤清洗操作，具体可根据实际使用情况按需选择要进行的模式组合；可进行CIP全流程清洗：清水-碱洗-酸洗-热水组合；也可进行部分流程清洗：清水-碱洗-热水组合等。

CIP清洗系统工作时，CIP清洗泵开启，呼吸口阀门关闭，防止清洗液飞溅。CIP清洗泵关闭，呼吸口阀门打开，确保物料罐内液体能流出。

本发明还提供了所述的即热式牛奶杀菌机的使用方法。

当所述的即热式牛奶杀菌机只有第一物料泵，没有第二物料泵和第三物料泵，且没有热回收盘管和冷却桶盘管时，所述的使用方法包括：将原料奶加入物料罐中，启动第一物料泵，输送原料奶经过杀菌系统实现连续式巴氏杀菌后从灌装口流出得到杀菌温度的熟奶。

当所述的即热式牛奶杀菌机只有第一物料泵，没有第二物料泵和第三物料泵，且没有热回收盘管时，所述的使用方法包括：将原料奶加入物料罐中，启动第一物料泵，输送原料奶经过杀菌系统实现连续式巴氏杀菌后从灌装口流出得到所需温度的可饮用牛奶。

当所述的即热式牛奶杀菌机只有第一物料泵，没有第二物料泵和第三物料泵，且有热回收盘管时，所述的使用方法包括：

(1)将原料奶加入物料罐中，启动第一物料泵，输送原料奶依次经过第一预热盘管、第二预热盘管和杀菌桶盘管，被加热后流经持温桶盘管实现连续式巴氏杀菌得到熟奶；

(2)所述的熟奶回流经过热回收盘管进行热回收，最后经过冷却桶盘管，被冷却后从灌装口流出得到所需温度的可饮用牛奶。

当所述的即热式牛奶杀菌机有第一物料泵、第二物料泵、第三物料泵以及热回收盘管时，所述的使用方法包括：

(1)将原料奶加入物料罐中，启动第一物料泵、第二物料泵和第三物料泵，输送原料奶依次经过第一预热盘管、第二预热盘管和杀菌桶盘管，被加热后流经持温桶盘管实现连续式巴氏杀菌得到熟奶；

(2)所述的熟奶回流经过热回收盘管进行热回收，最后经过冷却桶盘管，被冷却后从灌装口流出得到所需温度的可饮用牛奶。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：原料奶加热迅速，快速实现连续式巴氏杀菌，按需加热，且不会出现结块、焦化等过热反应，即热即饮；一键定量出料；出料温度可调；结构紧凑，具有很强的活动性；只需接入220V市电即可完成所有操作；低维护成本；可就地清洗。

附图说明

图1为实施例的即热式牛奶杀菌机的正面剖示图；

图2为实施例的即热式牛奶杀菌机的杀菌系统的正面剖示图；

图3为实施例的即热式牛奶杀菌机的水浴系统的正面剖示图；

图4为实施例的即热式牛奶杀菌机的第一预热桶的侧面剖视图；

图中：1-物料罐；101-漏斗；102-搅拌电机；103-搅拌桨；104-呼吸口电动阀；105-呼吸口；2-第一物料泵；3-第一预热桶；301-第一加热棒；302-第一温度探头；303-第一排污口；304-第一预热盘管；305-热回收盘管；4-第二物料泵；5-第二预热桶；501-第二加热棒；502-第二温度探头；503-第二排污口；6-第三物料泵；7-杀菌桶；701-杀菌桶加热棒；702-杀菌桶温度探头；703-杀菌桶排污口；8-持温桶；9-持温桶温度探头；10-冷却桶；1001-冷却桶排污口；11-灌装口；12-CIP回接口；13-CIP清洗系统；14-喷淋球；15-物料电动阀；16-纯净水电动阀；17-液位开关；18-出料电动阀；19-弯管；20-平衡管；21-CIP清洗泵；22-清水罐；23-机架。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，本发明的实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

本实施例的即热式牛奶杀菌机如图1所示，包括侧面带有灌装口11的机架23，所述的机架23内设有物料罐1、控制系统、杀菌系统和CIP清洗系统13。灌装口11可接一弯管19，便于盛奶。所述控制系统包括设于机架侧面的控制面板和出料按钮，控制即热式牛奶杀菌机的各水浴温度、出料时间、泵的启停等，从而控制出料牛奶的出料量和出料温度。出料按钮控制牛奶出料动作。

如图2所示，所述的杀菌系统包括第一物料泵2、第一预热桶3、第二物料泵4、第二预热桶5、第三物料泵6、杀菌桶7、持温桶8和冷却桶10。杀菌系统的各桶均为横向放置的圆柱形桶，夹层为聚氨酯发泡保温层。杀菌系统的各桶内均设有换热盘管，各换热盘管组成的圆柱形均与所属桶同轴设置。第一预热桶3、第二预热桶5和杀菌桶7内还均设有加热棒，加热棒位于换热盘管组成的圆柱形内。

物料罐1采用食品级304不锈钢制成，夹层为聚氨酯发泡保温层，圆柱型，容量25L。物料罐1顶部设有密封盖，与桶身采用8个羊角螺栓紧固，确保密封的同时方便拆卸。密封盖上焊有口径的螺纹快接口，倒入原料奶时连接带有滤网的不锈钢漏斗101，起到过滤和方便原料奶倒入的作用；进行CIP清洗时，连接的封盖，使物料罐1形成密封状态。物料罐1中加入的原料奶温度一般为4℃。

物料罐1密封盖中心位置焊接DN20喷淋球14，罐体外留有螺纹快装接口，与CIP清洗系统13的管线连接后，形成CIP清洗通路，对物料罐1内部结构进行清洗。

物料罐1密封盖上还装有搅拌电机102，搅拌电机上装有搅拌桨103伸入物料罐1内。搅拌电机102通过PLC控制，可选择自动、手动、停止模式。其中自动模式下，搅拌电机102根据预设的间隔频率，间歇性启停。因原料奶未经过均质，容易分层，在物料罐1内静置时间久后还会造成上下层乳成分含量不一样，进而影响口感。通过搅拌电机102间歇性启停，使原料奶始终保持在搅动混合过程中，确保原料不会分层。手动模式和停止模式分别为搅拌常开和常闭控制。

物料罐1密封盖上还装有呼吸口电动阀104，呼吸口电动阀104上连接有呼吸口105，呼吸口105通过呼吸口电动阀104控制开闭，从而控制物料罐1内与外界大气的接通状态。呼吸口电动阀104通过PLC控制。原料奶倒入和杀菌出料过程时，呼吸口电动阀104打开，确保物料罐1内不形成真空；CIP清洗泵13运行期间，呼吸口电动阀104关闭，防止清洗液从呼吸口105溅出；CIP清洗泵13停止、杀菌系统持续CIP清洗回流期间，呼吸口电动阀104打开，防止罐内形成真空，阻碍清洗进行。

物料罐1内的原料奶通过物料罐1底部开口进入杀菌系统中。

物料罐1底部开口通过物料电动阀15与第一物料泵2连接，物料电动阀15和第一物料泵2之间的管路接有带有纯净水电动阀16的纯净水支路。

原料奶进入杀菌系统通过物料电动阀15和纯净水电动阀16控制。在非纯净水顶水模式下，物料电动阀15常开，纯净水电动阀16常闭，使原料奶能进入杀菌系统。当杀菌系统没有进行出料操作时，物料电动阀15关闭，纯净水电动阀16打开，杀菌系统断开原料奶通路，打开纯净水通路，进入纯净水顶水模式。

液位开关17感应物料罐1是否排空，当检测到物料罐1排空、杀菌系统内为无液状态时，控制系统强制停止第一物料泵2、第二物料泵4和第三物料泵6，停止供料，防止管路内出现空气段。

第一物料泵2、第二物料泵4和第三物料泵6为同一型号，均为微型直流离心泵，泵头为耐酸碱耐高温的陶瓷转子。

本实施例的即热式牛奶杀菌机的水浴系统如图3所示，包括杀菌系统的各桶中的水浴、平衡管20和进水、出水。平衡管20底端高于第一预热桶3、第二预热桶5和杀菌桶6的顶端，平衡管20顶部与大气连通。

第一预热桶3顶端设有进水孔和溢水孔，分别用于进水和出水，出水从平衡管20的底部进入平衡管20。第一预热桶3底端设有第一排污口303。

如图4所示，第一预热盘管304和热回收盘管305为同轴设置的圆柱形盘管。第一预热盘管304采用卫生级304不锈钢，外径8mm，壁厚1mm，有效换热长度12.6m，管间距5mm。第一预热盘管304围成的圆柱形直径为200mm。热回收盘管305采用卫生级304不锈钢，外径8mm，壁厚1mm，有效换热长度12.6m，管间距0mm。热回收盘管305围成的圆柱形直径为120mm。

原料奶首先由第一物料泵2泵入第一预热桶3内的第一预热盘管304。第一预热盘管304置于第一预热桶3内的水浴里，水浴通过3个第一加热棒301和热回收盘管305共同加热。

第一预热桶3内水浴的加热温度通过第一温度探头302反馈并由控制系统控制第一加热棒301的加热。通过热回收盘管305的加热，可以减少第一加热棒301的加热输出，从而降低能耗。

第一物料泵2的流量控制为1.8L/min，第一预热桶3内水浴的温度控制为60～65℃，原料奶通过第一预热桶3后，可以从4℃预热到60～62℃。

从第一预热桶3出来的原料奶，通过第二物料泵4泵入第二预热桶5内的第二预热盘管。第二预热盘管采用卫生级304不锈钢，外径8mm，壁厚1mm，有效换热长度13.5m，管间距0mm。第二预热盘管围成的圆柱形直径为130mm。第二预热盘管置于第二预热桶5内的水浴里，水浴通过1个第二加热棒501加热，水浴的加热温度通过第二温度探头502反馈并由控制系统控制第二加热棒501的加热。

第二物料泵4的流量控制为1.8L/min，第二预热桶5内水浴的温度控制为65～80℃，原料奶通过第二预热桶5后，可以预热到77～79℃。第二预热桶5的底端还设有第二排污口503。

从第二预热桶5出来的原料奶，通过第三物料泵6泵入杀菌桶7内的杀菌桶盘管。杀菌桶盘管采用卫生级304不锈钢，外径8mm，壁厚1mm，有效换热长度18m，管间距0mm。杀菌桶盘管围成的圆柱形直径为130mm。杀菌桶盘管置于杀菌桶7内的水浴里，水浴通过1个杀菌桶加热棒701加热，水浴的加热温度通过杀菌桶温度探头702反馈并由控制系统控制杀菌桶加热棒701的加热。

第三物料泵4的流量控制为1.8L/min，杀菌桶7内水浴的温度控制为75～97℃，原料奶通过杀菌桶7后，可以加热到93～95℃。杀菌桶7底端还设有杀菌桶排污口703。

杀菌桶7出来的原料奶通过管道直接进入持温桶8的持温桶盘管。持温桶盘管采用卫生级304不锈钢，外径8mm，壁厚1mm，有效换热长度14.7m，管间距0mm。持温桶盘管围成的圆柱形直径为130mm。

原料奶流经持温桶8的持温桶盘管需要15秒，以此实现巴氏杀菌15秒的杀菌时长。持温桶8的出口处装有持温桶温度探头9，用以检测最终的杀菌温度。经过第一预热桶3、第二预热桶5和杀菌桶7的温度提升，进入持温桶8的牛奶温度可以通过控制系统控制在72～95℃范围内变化，以满足不同菌落含量的原料奶对不同杀菌温度的需求。经过持温桶8的牛奶即为杀过菌的熟奶，可饮用。

持温桶8出来的熟奶回流进入第一预热桶3内的热回收盘管305，将余热传递给第一预热桶3内的水浴，从而加热新进的原料奶，同时自身得到降温，熟奶温度可降至66～68℃。

热回收盘管305出来的熟奶进入冷却桶10内的冷却桶盘管。冷却桶盘管采用卫生级304不锈钢，外径8mm，壁厚1mm，有效换热长度18m，管间距0mm。冷却桶盘管围成的圆柱形直径为130mm。冷却桶10底端还设有冷却桶排污口1001。

冷却桶10内的环境可以根据实际情况选择不填充冷却介质、填充市供自来水(市水)或填充冰水，来控制最终出料时的出料温度。选择不填充时，灌装口11的出料温度在60～65℃；选择市水冷却，灌装口11的出料温度在20～25℃；选择4℃冰水，灌装口11的出料温度可控制在6℃。冷却桶10内填充冰水时，采用循环冷却水。

冷却后的熟奶通过出料电动阀18和灌装口19，最终作为成品巴氏杀菌乳流出。

控制系统控制出料电动阀18、第一物料泵2、第二物料泵4和第三物料泵6开启，实现即时供料加热和出料。通过控制系统计量出料时间从而实现定量的目的，到达预设出料时间后，出料电动阀18、第一物料泵2、第二物料泵4和第三物料泵6关闭，供料系统处于暂停状态。暂停状态中，加热系统依旧工作，保证随开随用。

暂停状态在不超过1小时的时间内，杀菌系统内的牛奶仍处于安全状态。在上述预热温度范围内，牛奶中的微生物得到抑制不会产生因微生物过度繁殖造成牛奶变质。但过长的时间处于这个温度范围内，会引起酯类物质的破坏和美拉德反应，从而造成口感变差和颜色变深。所以控制系统在暂停预设时间后，进入纯净水顶水模式，物料电动阀15关闭，纯净水电动阀16、出料电动阀18、第一物料泵2、第二物料泵4和第三物料泵6打开，利用纯净水将杀菌系统中的牛奶排出系统之外。排出结束后，纯净水电动阀16、出料电动阀18、第一物料泵2、第二物料泵4和第三物料泵6关闭，同时控制系统的状态指示灯变化。纯净水顶水时间可在控制系统中设置。纯净水顶水模式后的第一次按供料按钮，控制系统做换回正常杀菌出料模式准备，进入物料顶水模式，物料电动阀15、出料电动阀18、第一物料泵2、第二物料泵4和第三物料泵6打开，用原料奶将杀菌系统中的纯净水排出系统之外，之后进入正常杀菌出料模式，状态指示灯再次变化，提示可正常杀菌。

CIP清洗结束后的首次使用，控制系统先进行一次使用原料奶的物料顶水操作，用原料奶将将杀菌系统中的清洗液排出系统之外，之后进入正常杀菌出料模式，状态指示灯提示可正常杀菌。

上述换热盘管均按照最大需要的换热面积设计和加工(95℃杀菌15秒，冷却至6℃)。95℃以下的杀菌温度通过控制系统控制加热温度实现，6℃以上冷却温度通过控制冷却介质的温度来实现。

如图1所示，CIP清洗系统13包括酸罐、碱罐、热水罐、清水罐22、CIP清洗泵21、三通阀、清洗管路和电导仪。酸罐、碱罐、热水罐和清水罐22的出口并联接入CIP清洗泵21，CIP清洗泵21的出口与物料罐1内的喷淋球14连通。图1中，酸罐、碱罐和热水罐位于清水罐22同一侧，同轴重叠设置。

酸罐、碱罐、热水罐和清水罐22均采用304食品级不锈钢制成，外型尺寸均为直径230mm、高600mm的圆柱桶。酸罐、碱罐和热水罐有聚氨酯发泡保温层，清水罐22无保温层。酸罐、碱罐和热水罐的容积均为18L，清水罐容积为25L。酸罐、碱罐和热水罐各配有加热棒和温度探头。

酸罐和碱罐中分别装有浓酸和浓碱，需手动倒入。

在机架23上灌装口11的上方的位置设有CIP清洗系统13的CIP回接口12，酸罐、碱罐、热水罐和清水罐22的回流口并联与三通阀的第一出口连接。

三通阀的第二出口与排污管道连通。三通阀的进口与CIP回接口12连通。

CIP清洗系统13的电导仪检测清洗管路中的清洗液的电导率，根据电导率判断CIP清洗系统13进行循环清洗亦或是排污处理，并改变三通阀的阀门方向改变清洗液的流向，使清洗液通过回流口流入酸罐、碱罐、热水罐和清水罐亦或是直接进入排污管道排出。

当CIP清洗系统13进行间歇式循环清洗时，灌装口11与CIP回接口12连接，三通阀的进口与其第一出口连通，酸罐、碱罐、热水罐和清水罐22中的清洗液在CIP清洗泵21的输送下从喷淋口14喷出依次充满、流经物料罐1和杀菌系统后从灌装口11、CIP回接口12回流至酸罐、碱罐、热水罐和清水罐22，CIP清洗系统13和物料罐1、杀菌系统形成清洗回路。清洗完毕后，断开灌装口11与CIP回接口12的连接，即热式牛奶杀菌机即可待命使用。

CIP清洗系统13可进行全流程CIP或部分CIP步骤清洗操作，具体可根据实际使用情况按需选择要进行的模式组合；可进行CIP全流程清洗：清水-碱洗-酸洗-热水组合；也可进行部分流程清洗：清水-碱洗-热水组合等。

CIP清洗系统13的出水量一般不能太小，CIP清洗泵21的流量过小会达不到想要的清洗效果，为了保证物料罐1和杀菌系统的清洗，一般需要达到1m/s的清洗速度才能保证清洗效果。

本实施例的CIP清洗泵21的流量为3T/h的，杀菌系统的物料输送能力较小，为100kg/h。如果CIP清洗系统13连续工作，就会造成CIP清洗系统闷住，且无法达到想要的清洗效果，所以为了使CIP清洗系统13、物料罐1和杀菌系统配合，CIP清洗系统13采用间歇启停，例如开启10秒、暂停15秒的间歇式工作，但杀菌系统仍持续运行。

上述即热式牛奶杀菌机的使用方法，采用巴氏杀菌原理，包括：

(1)将原料奶加入物料罐1中，启动第一物料泵2、第二物料泵4和第三物料泵6，输送原料奶依次经过第一预热盘管304、第二预热盘管和杀菌桶盘管，被加热后流经持温桶盘管实现连续式巴氏杀菌得到熟奶；

(2)所述的熟奶回流经过热回收盘管305进行热回收，最后经过冷却桶盘管，被冷却后从灌装口11流出得到所需温度的可饮用牛奶。

正常杀菌出料时，可在控制系统设置好出料时间，即可实现单次定量出料。

此外，上述即热式牛奶杀菌机还可在第一预热桶3和第二预热桶5之间外接小型均质设备，如带剪切能力的剪切输送泵，可实现原料-预热-均质-杀菌-冷却-出料的完整鲜奶巴氏杀菌处理工艺。

通过上述即热式牛奶杀菌机处理后的牛奶实测指标如表1所示。

表1即热式牛奶杀菌机的杀菌处理能力

检测项	菌落数量(cfu/mL)
		原料奶菌落总数	15000
首次杀菌出料时出料奶菌落总数	23
		暂停出料1小时后恢复出料时出料奶菌落总数	24
长期连续出料时出料口菌落总数	40
		大肠菌群	未检出
沙门氏菌	未检出
		金黄色葡萄球菌	未检出

暂停出料1小时后恢复出料时出料奶菌落总数和首次杀菌出料时出料奶菌落总数非常接近，说明本发明的即热式牛奶杀菌机即停即用，一定时间内仍能有效抑制牛奶中的菌落繁殖，维持牛奶的安全可饮。

GB19645-2010国家标准中可接受的巴氏杀菌乳的菌落总数的要求是不大于50000cfu/mL，大肠菌群小于1cfu/mL，金黄色葡萄球菌和沙门氏菌不得检出。由此可见，本发明的即热式牛奶杀菌机具有强力的连续式巴氏杀菌能力，具有即热即杀即饮的功能，可一次性、短时间地将原料奶加工成可饮奶，方便、高效。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (20)

1.一种即热式牛奶杀菌机，包括带有灌装口的机架，其特征在于，所述的机架上设有物料罐和杀菌系统，所述的杀菌系统包括第一物料泵、杀菌桶、持温桶和冷却桶，所述杀菌桶通过水浴控温，杀菌桶水浴温度为75～97℃，杀菌桶水浴中设有杀菌桶盘管；持温桶中设有持温桶盘管，冷却桶中设有冷却桶盘管，所述的物料罐、第一物料泵、杀菌桶盘管、持温桶盘管和冷却桶盘管依次连接，冷却桶盘管的另一端与所述灌装口连接。

2.根据权利要求1所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述物料罐设有夹层，夹层内填充聚氨酯发泡材料，物料罐顶部带有密封盖，密封盖上设有带有滤网的漏斗和呼吸口，呼吸口通过呼吸口阀门控制，物料罐内设有搅拌桨。

3.根据权利要求1所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述的物料罐和第一物料泵之间设有物料阀门，所述的物料阀门和第一物料泵之间的管路接有液位开关和带有纯净水阀门的纯净水支路。

4.根据权利要求1所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述的机架上还设有控制面板和出料按钮，通过控制面板设定牛奶单次出料量，出料按钮控制牛奶出料动作。

5.根据权利要求1所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述的杀菌系统还包括第一预热桶和第二预热桶，第一预热桶和第二预热桶均通过水浴控温，第一预热桶水浴中设有第一预热盘管，第二预热桶水浴中设有第二预热盘管；

所述的第一物料泵、第一预热盘管、第二预热盘管和杀菌桶盘管依次连接。

6.根据权利要求5所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述第一预热桶水浴中还设有热回收盘管，所述持温桶盘管、热回收盘管和冷却桶盘管依次连接。

7.根据权利要求6所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述第一预热桶内还设有控制第一预热桶水浴温度的第一温度探头和第一加热棒；

所述第二预热桶内还设有控制第二预热桶水浴温度的第二温度探头和第二加热棒；

所述杀菌桶内还设有控制杀菌桶水浴温度的杀菌桶温度探头和杀菌桶加热棒；

所述持温桶盘管的出口处设有持温桶温度探头。

8.根据权利要求6所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述第一预热盘管、第二预热盘管和杀菌桶盘管的外径分别为7.5～8.5mm，壁厚分别为0.8～1.2mm；

所述第一预热盘管的有效换热长度为12～13m；

所述第二预热盘管的有效换热长度为13～14m；

所述杀菌桶盘管的有效换热长度为17～19m。

9.根据权利要求8所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述第一预热桶水浴的温度为60～65℃；

所述第二预热桶水浴的温度为65～80℃。

10.根据权利要求9所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述持温桶盘管的外径为7.5～8.5mm，壁厚为0.8～1.2mm，有效换热长度为14～15m。

11.根据权利要求9所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述热回收盘管的外径为7.5～8.5mm，壁厚为0.8～1.2mm，有效换热长度为12～13m。

12.根据权利要求11所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述第一预热盘管和热回收盘管为同轴设置的圆柱形盘管，第一预热盘管围成的圆柱形直径为180～220mm，热回收盘管围成的圆柱形直径为100～140mm。

13.根据权利要求11所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述冷却桶盘管的外径为7.5～8.5mm，壁厚为0.8～1.2mm，有效换热长度为17～19m。

14.根据权利要求13所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述冷却桶通过水浴控温，冷却桶盘管设于冷却桶水浴中，冷却桶水浴的温度为4～25℃。

15.根据权利要求6所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述机架内还设有平衡管，所述平衡管底端高于所述第一预热桶、第二预热桶和杀菌桶的顶端，所述平衡管顶部与大气连通；

所述第一预热桶、第二预热桶和杀菌桶的顶部分别设有溢水孔；

所述第一预热桶、第二预热桶和杀菌桶的溢水孔均与所述平衡管底部连通；

所述第一预热桶、第二预热桶、杀菌桶和冷却桶的底部分别设有排污口。

16.根据权利要求6所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述的杀菌系统还包括第二物料泵和第三物料泵，所述第二物料泵连接第一预热桶和第二预热桶，第三物料泵连接第二预热桶和杀菌桶；

所述第一物料泵、第二物料泵和第三物料泵的流量为1.5～1.8L/min。

17.根据权利要求1～16任一权利要求所述的即热式牛奶杀菌机，其特征在于，所述的机架内还设有CIP清洗系统，所述CIP清洗系统包括酸罐、碱罐、热水罐、清水罐、CIP清洗泵、三通阀、清洗管路和电导仪，电导仪检测清洗管路中的清洗液的电导率，所述酸罐、碱罐、热水罐和清水罐的出口并联接入CIP清洗泵，回流口并联与三通阀的第一出口连接，所述三通阀的第二出口与排污管道连通，所述CIP清洗泵的出口与所述物料罐连通；

当所述CIP清洗系统工作时，将所述灌装口与所述三通阀的进口连通，CIP清洗系统和所述物料罐、杀菌系统形成回路，进行间歇式循环清洗。

18.一种根据权利要求1～5任一权利要求所述的即热式牛奶杀菌机的使用方法，包括：

将原料奶加入物料罐中，启动第一物料泵，输送原料奶经过杀菌系统实现连续式巴氏杀菌后从灌装口流出得到所需温度的可饮用牛奶。

19.一种根据权利要求6～15任一权利要求所述的即热式牛奶杀菌机的使用方法，包括：

(1)将原料奶加入物料罐中，启动第一物料泵，输送原料奶依次经过第一预热盘管、第二预热盘管和杀菌桶盘管，被加热后流经持温桶盘管实现连续式巴氏杀菌得到熟奶；

(2)所述的熟奶回流经过热回收盘管进行热回收，最后经过冷却桶盘管，被冷却后从灌装口流出得到所需温度的可饮用牛奶。

20.一种根据权利要求16所述的即热式牛奶杀菌机的使用方法，包括：

(1)将原料奶加入物料罐中，启动第一物料泵、第二物料泵和第三物料泵，输送原料奶依次经过第一预热盘管、第二预热盘管和杀菌桶盘管，被加热后流经持温桶盘管实现连续式巴氏杀菌得到熟奶；

(2)所述的熟奶回流经过热回收盘管进行热回收，最后经过冷却桶盘管，被冷却后从灌装口流出得到所需温度的可饮用牛奶。