一种瓶体灌装前的在线连续灭菌装置及瓶体灭菌方法与流程

本发明涉及瓶体的灭菌技术领域，具体涉及一种瓶体灌装前的在线连续灭菌装置及瓶体灭菌方法。

背景技术：

瓶装饮料在灌装前对饮料空瓶进行灭菌是保证饮料质量安全的重要步骤。

但是目前的大部分灭菌设备不能够实现对饮料瓶空瓶如pet瓶输送线的连续灭菌。一般是一批如十几个进入灭菌单元，利用高压蒸汽、过氧化氢蒸汽或过氧乙酸蒸汽，在灭菌单元中静置数十秒，或者将超音速喷嘴插入到瓶内通气数秒，注射蒸汽或者喷淋。因此设备需要较多动作，喷头进瓶，喷射，再出瓶，且需要控制动作时间。这样在生产上会产生数秒至数十秒的间断，无法实现真正的连续灭菌。

少数能够对pet瓶输送线连续灭菌的专法，需要大量的灭菌单元，每个灭菌单元与每个瓶子一一对应，灭菌单元随着饮料瓶输送线一同运动。这种方法设备较为复杂，灭菌单元需要数量较多。

中国专利申请cn00108110.1公开了一种利用高压进线灭菌的饮料瓶连续灭菌设备，但是该专利申请中需要设置多个加压箱，每个加压箱中通过液体和凸轮产生高压，瓶子在加压箱中需要静置60s，因此连续性效率不高。

技术实现要素：

针对现有灌装瓶灭菌连续性不强的问题，本发明的目的在于提供一种瓶体灌装前的在线连续灭菌装置，实现瓶体的在线连续灭菌，在保证充分灭菌的基础上提高了灭菌效率。

本发明的另一目的在于提供使用上述在线连续灭菌装置的瓶体灭菌方法。

本发明提供如下的技术方案：

一种瓶体灌装前的在线连续灭菌装置，包括持续传送瓶体的输送线、将灭菌蒸汽喷在瓶体内或瓶体表面的若干个超音速喷嘴，所述超音速喷嘴沿输送线依次排列，所述超音速喷嘴相对输送线上的瓶体固定设置，所述超音速喷嘴和瓶体的瓶口之间设有间距。

现有技术中利用喷嘴喷出高压或者灭菌蒸汽灭菌时，需要将喷嘴伸入到瓶体内，以使灭菌蒸汽能够完全分布在瓶内壁上，这样会产生一定的静置时间，不能称得上连续灭菌。若喷嘴不伸入瓶体内，灭菌蒸汽不容易到达瓶底。喷入的气流进入狭小的受限空间，受到内部压力和瓶壁阻力的干扰，普通的喷注气流很容易到瓶内中间区域就已经完全衰减，将导致灭菌不够充分，此时需要将喷嘴随瓶体传送，从而增加持续性的灭菌时间，这时候整个灭菌装置较为复杂。同时现有的灭菌方法中重点关注的是喷入到瓶体内的总量，没有注意到灭菌蒸汽的喷出速度和灭菌效果之间可能存在一定关系，而且目前也没有这方面的研究。发明人的研究发现，当灭菌蒸汽的气流速度达到450m/s以上时，可以有较好的冲击效果，能够直接到达瓶底并布满瓶体内壁。本发明的在线连续灭菌装置，设置超音速喷嘴，将灭菌蒸汽如过氧化氢蒸汽从超音速喷嘴中高速喷出，为保持足够的气流速度，要求超音速喷嘴的全压≥25kpa，孔口流速为450～470m/s，从而允许超音速喷嘴相对瓶体固定设置，即瓶体随输送线连续传输，而超音速喷嘴则保持位置不动，从超音速喷嘴内喷出的蒸汽间距的喷在瓶体内和瓶体的表面，对单个瓶子而言形成脉冲式杀菌，这样利用超音速喷嘴的高压超音速和多个超音速喷嘴沿输送线顺序排列设置实现对瓶子的充分灭菌，适用于瓶内深度不超过30cm的瓶体灭菌，喷嘴不需要伸入瓶体内且能实现连续灭菌，与现有技术中瓶子批量灭菌明显的不同。

作为本发明的优选，超音速喷嘴与瓶体的瓶口之间的间距≤0.005m。超音速喷嘴正对瓶体设置，并且可与瓶体的瓶口相对应，为保证充分灭菌，需保证超音速喷嘴和瓶体的瓶口之间的间距不能过大。

作为本发明的优选，所述相邻两超音速喷嘴间的中心间距为na，单位为m，其中a为瓶体的瓶口内径，n为倍数且n≥1。以保证任一瓶子任一时间注入过氧化氢气体的喷头数不超过1个，且为保证被注入过氧化氢蒸汽后在被下一个喷嘴注入前有足够的扩散时间，n≥1。

作为本发明的优选，所述超音速喷嘴的数量n≤25个。在实践中，超音速喷嘴的数量并非越多越好，以保证能够实现瓶体经输送线运输后充分灭菌即可。

作为本发明的优选，还包括使输送线连续穿过的灭菌室，所述超音速喷嘴设置在灭菌室内。利用喷在瓶体表面的灭菌蒸汽形成一个小的无菌环境，保证灭菌效果。

作为本发明的优选，所述输送线在灭菌室内的传输长度大于(n-1)na，单位m，a为饮料瓶的瓶口内径，n为倍数且n≥1，n为超音速喷嘴的数量。以保证灭菌充分。

作为本发明的优选，所述瓶体的总灭菌时间大于3s。以保证瓶体的充分灭菌。

一种使用上述在线连续灭菌装置的瓶体灭菌方法，所述瓶体灭菌方法包括：将瓶体在输送线上连续输送，当瓶体进入设置超音速喷嘴的区域后，超音速喷嘴保持固定，超音速喷嘴朝向瓶体喷出灭菌蒸汽，灭菌蒸汽经瓶口进入瓶体内或者喷涂在瓶体的表面，实现瓶体的内部和表面灭菌。

作为本发明方法的优选，所述超音速喷嘴的孔口处的全压≥25kpa，孔口流速为450～470m/s。

作为本发明方法的优选，所述瓶体的内部深度≤30cm。

本发明的有益效果如下：

本发明的灭菌装置利用超音速喷嘴喷出灭菌蒸汽和多个超音速喷嘴设置，允许超音速喷嘴不需要伸入瓶体内即可实现充分灭菌，从而实现瓶体的在线连续灭菌，灭菌过程伴随瓶体的传送同时完成，灭菌不干扰瓶体的运动轨迹和摆放姿态；而且不需要一一对应的灭菌单元，能够简化设备形式；不需要插入式的喷嘴，在瓶子外部就可以实现对瓶子内外的灭菌。同时由于本发明不干扰原有传送路径，允许在瓶体传送轨迹上灵活布置，特别适合在已有设备上进行加装改造。

附图说明

图1是本发明的在线连续灭菌装置的结构示意图。

图2是瓶体穿过端部的灭菌室挡板的示意图。

图3是s型输送线的布置示意图。

图中，1、超音速喷嘴，11、灭菌蒸汽主管路，12、灭菌蒸汽支管路，2、灭菌蒸汽发生装置，3、输送线，4、瓶体，5、灭菌室，51、灭菌室挡板，52、冷凝水排管。

具体实施方式

下面结合附图就本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，一种瓶体灌装前的在线连续灭菌装置，利用灭菌蒸汽对灌装前的空瓶如pet瓶进行灭菌，包括用于持续传送瓶体的输送线3和超音速喷嘴1。一般而言，超音速喷嘴的数量n≤25个，本实施方式中喷嘴数量22个。该输送线直线式布置，待灭菌的瓶体4在输送线上传输，超音速喷嘴设置在瓶体的上方，相对输送线独立设置，即超音速喷嘴不跟随瓶体传送，超音速喷嘴和瓶体的瓶口之间设有间距，超音速喷嘴的全压≥25kpa，孔口流速为450～470m/s，超音速喷嘴的孔径为0.002～0.005m。这样允许超音速喷嘴可以在设置间距的情况下将灭菌蒸汽以超音速的速度喷在瓶体的表面或经瓶口喷入瓶体内。

超音速喷嘴所喷出的灭菌蒸汽由灭菌蒸汽发生装置2提供，灭菌蒸汽发生装置与超音速喷嘴依次经灭菌蒸汽主管路11和连接到灭菌蒸汽主管路上的灭菌蒸汽支管路12连通，超音速喷嘴沿输送线依次排列。

为实现瓶体的充分灭菌，超音速喷嘴与瓶体的瓶口之间的间距≤0.005m，同时相邻两超音速喷嘴之间的中心间距为na，单位为m，其中a为饮料瓶的瓶口内径，n为倍数且n≥1。超音速喷嘴的孔径为0.002～0.005m。

为实现高浓度灭菌蒸汽氛围，在线连续灭菌装置还包括灭菌室5，该灭菌室由位于输送线左右、上方以及前后的灭菌室挡板围绕得到，超音速喷嘴、灭菌蒸汽主管路和灭菌蒸汽支管路内设置在灭菌室内，如图2所示，灭菌室端部的灭菌室挡板51设有进出口，输送线经两端的进出口连续穿过灭菌室，为保证瓶体在灭菌室内充分灭菌，灭菌时间要求大于3s，输送线在灭菌室内的传输长度大于(n-1)nam，n为超音速喷嘴的数量，当n为22时，输送线的灭菌区的传输长度即大于21nam。

具体的n的值可通过以下过程确定：

瓶体的瓶口处线速度为vm/s，任一小瓶经过灭菌区的时间为不低于(n-1)na/v，在要求灭菌时间大于3s的情况下，即(n-1)na/v>3，则n>3v/(n-1)a，比如当n=22个，a=0.03m，v=0.5m/s时，n>2.4，即两超音速喷嘴之间的间距大于0.072m，输送线在灭菌室内的传输长度大于1.58m。

本发明的在线连续灭菌装置允许随瓶体传送轨迹灵活布置，如图3所示，输送线可以为s线型布置，相应的灭菌室、灭菌蒸汽主管路也为s线型布置。为及时排出灭菌室内液化的灭菌蒸汽，输送线的底部设有坡度，底部内设有冷凝水排管52。

本发明的在线连续灭菌装置的瓶体灭菌方法应用例一：

敞口的pet空瓶在输送线上连续输送，pet空瓶的内部深度为20cm，pet空瓶的瓶口内径为3cm，超音速喷嘴为22个，超音速喷嘴相对输送线保持固定，超音速喷嘴与瓶口的间距保持3mm，超音速喷嘴的孔径为3mm，当瓶体进入设置超音速喷嘴的区域后，超音速喷嘴朝向瓶体喷出灭菌蒸汽，超音速喷嘴的孔口处的全压25kpa，孔口流速为450m/s，该灭菌蒸汽为质量分数1.4wt%的过氧化氢蒸汽，过氧化氢蒸汽经瓶口进入瓶体内以及喷涂在瓶体的表面，实现瓶体的内部和表面灭菌，瓶体经过灭菌区域的时间为6s。

本发明的在线连续灭菌装置的瓶体灭菌方法应用例二：

与应用例一不同之处在于，超音速喷嘴的孔口处的孔口流速为470m/s。

本发明的在线连续灭菌装置的瓶体灭菌方法应用例三：

与应用例一不同之处在于，超音速喷嘴的孔口处的孔口流速为400m/s。

本发明的在线连续灭菌装置的瓶体灭菌方法应用例四：

与应用例一不同之处在于，超音速喷嘴的孔口处的孔口流速为350m/s。

本发明的在线连续灭菌装置的瓶体灭菌方法应用例五：

与应用例一不同之处在于，超音速喷嘴的孔口处的孔口流速为300m/s。

灭菌效果考察

培养活化后的枯草杆菌芽孢菌液0.2ml滴加到无菌的敞口待灭菌的pet瓶中，用旋涡混匀器混匀，使得瓶内表面均匀沾有细菌悬液并分层三组，分别按照应用例一、二、三的方法进行灭菌，然后测量pet瓶底部的灭菌效果，即杀菌数量的对数值，对数值越大，表示杀菌效果越佳，结果为：应用例一中杀菌数量的对数值为5.20，应用例二中为5.23，应用例三中为4.88、应用例四中为4.76、应用例五中为4.70；相应的采用现有的伸入暂停式的灭菌的对数值为4.95（喷出速度为100m/s）、4.99（喷出速度为130m/s）。