無菌冷灌裝技術(shù)以其營養(yǎng)物質(zhì)損失少、運行成本低、能耗少等優(yōu)勢漸漸取代了傳統(tǒng)的熱灌裝技術(shù)。冷灌裝工藝具有很強的科學(xué)性，對環(huán)境、設(shè)備要求嚴格。正確實現(xiàn)果汁、灌裝設(shè)備、灌裝材料的無菌處理以及灌裝環(huán)境的空氣凈化是無菌冷灌裝技術(shù)的關(guān)鍵。
1、無菌冷灌裝的工藝要點
無菌冷灌裝的主要工藝流程如下：
PET瓶果汁飲料冷灌裝工藝流程圖
根據(jù)生產(chǎn)工藝和潔凈等級將果汁車間分區(qū)布置。瓶蓋消毒、沖瓶、灌裝和封蓋過程在無菌灌裝間內(nèi)完成，其空氣凈化級別為5級（原標準為100級）。所有接觸果汁飲料的設(shè)備、物品甚至空間都必須經(jīng)過嚴格的滅菌。
1.1、瓶子無菌：由于PET材料不耐熱，一般采用化學(xué)試劑進行滅菌，且不能讓化學(xué)試劑影響到果汁。無菌灌裝采取了以下措施：要求初吹制的瓶子原始菌落數(shù)不超過5cuf／瓶；瓶子采用250ppm的二氧化氯消毒液浸泡30s；浸泡槽做局部5級凈化；消毒劑有自動回收和濃度測定系統(tǒng)，保證消毒劑濃度穩(wěn)定；瓶子消毒后輸送至灌裝間，用無菌水將瓶中殘留的消毒劑沖洗干凈，再用無菌空氣吹干，保證殘留消毒劑不會對物料產(chǎn)生影響。
1.2、蓋子無菌：蓋子殺菌可采用臭氧熏蒸法，在臭氧消毒柜中進行，臭氧濃度為1％左右，時間為25～30分鐘。臭氧消毒柜放置在無菌間內(nèi)，滅菌后的蓋子直接上灌裝機。
1.3、果汁無菌：與熱灌裝相比，無菌冷灌裝對果汁殺菌是采用UHT超高溫瞬時殺菌溫度135～1500C、時間3～5秒。物料受熱時間短，營養(yǎng)成分損失很少，品質(zhì)和口感也沒有明顯變化。
1.4、灌裝設(shè)備無菌：無菌冷灌裝的主體設(shè)備要求符合衛(wèi)生級設(shè)計，在管道和閥門技術(shù)、材料表面的刨光、重要區(qū)域的表面設(shè)計、選擇抗腐蝕材料等幾方面都有嚴格的要求。目前一般采用將消毒機、沖瓶機、灌裝機和旋蓋機組合成四合一機組，采用隔離罩將臺面以上部分全密封，做局部5級空氣凈化，灌裝間做8級空氣凈化；也可采用三合一機組在灌裝間內(nèi)且不加密封罩，在整個灌裝無菌車間做5級空氣凈化。
沖瓶機一般采用[敏感詞]式噴嘴，可進行多次無菌水沖洗、瀝干，使得殘留濃度小于0.1ppm。灌裝閥采用非接觸式流量計定量灌裝，有效防止二次污染。帶有完整的全自動清洗（CIP）系統(tǒng)、殺菌（SIP）
另外，無菌冷灌裝設(shè)備還會添加一套氮氣（或其他惰性氣）置換系統(tǒng)，上蓋前將灌裝好的瓶子頂部空氣吹走，保證果汁不被氧化。
1.5、操作人員凈化：在整個環(huán)境體系中，操作人員是[敏感詞]的污染源?？照{(diào)系統(tǒng)在凈化空氣的同時，還很好地降低了人員帶來的污染。操作人員在進入5級凈化間時，要經(jīng)過嚴格的消毒程序，使操作人員在不破壞其無菌環(huán)境的情況下進行操作。人員凈化程序：換鞋→更外衣→淋浴→更潔凈工作服→手消毒→風(fēng)淋→進入潔凈室。
2、工程實例：冷灌裝的無菌灌裝空間主要靠空調(diào)系統(tǒng)得以實現(xiàn)，冷灌裝車間相對其它產(chǎn)品的生產(chǎn)車間而言，它的空調(diào)系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，而且房間面積小，凈化級別要求高，設(shè)計和施工難度較大。[敏感詞]是一個6000b／h的PET果汁飲料灌裝線，其灌裝間長度為4.5ｍ,寬3.9ｍ,平面呈長方形,凈化建筑面積17.55ｍ2；理瓶間長4.5ｍ，寬2.7ｍ，其中浸泡槽做局部5級凈化，面積0.96ｍ2，其余做8級凈化，建筑面積11.19ｍ2；更衣室（包括走廊等）凈化建筑面積共計23.76ｍ2。車間墻體、門、頂均采用50ｍｍ厚的企口型聚苯乙烯泡沫(難燃型)夾心彩鋼板，地面采用環(huán)氧樹脂自流坪，燈具采用不銹鋼凈化日光燈，潔凈區(qū)內(nèi)地漏采用不銹鋼潔凈地漏，更衣室及緩沖間的門，傳遞窗均裝電子連鎖裝置。
2.1、凈化系統(tǒng)劃分
根據(jù)無菌冷灌裝的生產(chǎn)要求，該車間空氣凈化分兩個級別,其劃分按設(shè)計圖；(1)灌裝系統(tǒng)：包括灌裝間和瓶子浸泡槽，凈化級別5級，凈化面積18.51ｍ2。（2）輔助系統(tǒng)：包括理瓶間、換鞋、一次更衣、淋浴、換潔凈工作服、手消毒、無菌通道，凈化級別8級，凈化建筑面積34.95ｍ2。
2.2、室內(nèi)溫濕度
標準規(guī)定一般生產(chǎn)車間：冬季溫度20～22℃，相對濕度30％～50％；夏季溫度24～26℃，相對濕度50％～70％。人員凈化及生活用室：冬季溫度16～20℃，夏季溫度26～30℃。溫濕度的確定主要是根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的要求確定，果汁飲料對溫濕度無特殊要求，所以根據(jù)以上規(guī)范以及車間系統(tǒng)控制程度，確定兩個凈化系統(tǒng)夏季室內(nèi)設(shè)計參數(shù)為ｔ=24±2℃，Φ=60±10%，冬季設(shè)計參數(shù)為ｔ=18±2℃、Φ=40±10%。
2.3、室內(nèi)正壓
為防止外部空氣污染凈化區(qū)，整個凈化系統(tǒng)需對外界保持一定正壓。根據(jù)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，不同等級的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差，應(yīng)不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差，應(yīng)不小于10Pa。對兩個不同級別的凈化系統(tǒng)設(shè)計了壓力梯度，并在適當位置設(shè)置了微壓差計，用于監(jiān)測及控制房間的相對壓差。
2.4、新風(fēng)量
為維持正壓必須補充一定的新風(fēng)量。另一方面，由于凈化區(qū)密封性好，工人在其中工作，必須補充新風(fēng)以滿足衛(wèi)生需求。設(shè)計新風(fēng)量的確定取下列二項中的大值：(1)補償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓之所需新鮮空氣量之和；(2)保證供給潔凈室內(nèi)每人每小時的新鮮空氣量不小于40ｍ3。
3、潔凈空調(diào)系統(tǒng)的計算
3.1、凈化空調(diào)風(fēng)量
系統(tǒng)風(fēng)量根據(jù)負荷計算風(fēng)量和換氣次數(shù)風(fēng)量兩者取大值。
系統(tǒng)換氣次數(shù)按如下確定：
8級：換氣次數(shù)ｎ≥15次/小時。
5級：垂直層流，斷面風(fēng)速V≥0.25m/s
空調(diào)風(fēng)量按如下公式計算：
Q=s×h×n m3/h = 1 \* GB2⑴
Q=s×V×3600 m3/h = 2 \* GB2⑵
式中：n－換氣次數(shù) 次/h s－房間面積 m2
h－房間凈高度 m V－層流控制速度 m/s
表1 灌裝系統(tǒng)各功能間計算風(fēng)量
編號 | 房間名稱 | 長(ｍ) | 寬(ｍ) | 凈高(ｍ) | 面積(ｍ2) | 體積(ｍ3) | 人員(位) | 設(shè)備功率(KW) | 調(diào)試送風(fēng)量(ｍ3/h) |
1 | 浸泡槽 | 1.20 | 0.80 | 1.50 | 0.96 | 1.44 | 0 | 0 | 2000 |
2 | 灌裝間 | 4.50 | 3.90 | 3.50 | 17.55 | 61.43 | 1 | 2.4 | 18000 |
3 | 合計 | 18.51 | 62.87 | 1 | 2.4 | =SUM(ABOVE)20000 | |||
表2 輔助系統(tǒng)各功能間計算風(fēng)量
編號 | 房間名稱 | 長(ｍ) | 寬(ｍ) | 凈高(ｍ) | 面積(ｍ2) | 體積(ｍ3) | 人員(位) | 設(shè)備功率(KW) | 調(diào)試送風(fēng)量(ｍ3/h) |
1 | 換鞋 | 1.40 | 1.80 | 2.60 | 2.52 | 6.55 | 0 | 0 | 100 |
2 | 一次更衣 | 1.60 | 1.80 | 2.60 | 2.88 | 7.49 | 0 | 0 | 150 |
3 | 淋浴 | 1.50 | 1.80 | 2.60 | 2.70 | 7.02 | 0 | 0 | 150 |
4 | 更潔凈工作服 | 2.10 | 1.80 | 2.60 | 3.78 | 9.83 | 0 | 0 | 200 |
5 | 無菌通道 | 6.60 | 1.80 | 2.60 | 11.88 | 30.89 | 0 | 0 | 600 |
6 | 理瓶間 | 4.50 | 2.70 | 3.50 | 12.15 | 42.53 | 2 | 1.50 | 800 |
7 | 合計 | 35.91 | 104.31 | 2 | 1.50 | 2000 | |||
3.2、冷熱負荷
根據(jù)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)、新風(fēng)比例、濟南地區(qū)室外氣象參數(shù)計算系統(tǒng)冷熱負荷。夏季總冷負荷為25.5Kw,冬季總熱負荷為8.5Kw。
根據(jù)負荷計算風(fēng)量均小于根據(jù)換氣次數(shù)計算的風(fēng)量，故兩個系統(tǒng)分別選用了20000ｍ3/ｈ、2000ｍ3/ｈ風(fēng)量組合式空調(diào)機組各一臺。
4、凈化空氣系統(tǒng)
4.1、凈化空氣的過濾
凈化空氣過濾方式采用初效、中效、高效三級過濾，其中初效、中效過濾器設(shè)于組合式空調(diào)機組箱體內(nèi)，高效過濾器設(shè)于送風(fēng)系統(tǒng)末端。8級室內(nèi)潔凈空氣系統(tǒng)采用亂流型,氣流組織為上送下側(cè)回；5級房間采用垂直層流，頂棚滿布百級高效過濾器。設(shè)計時曾考慮灌裝間的灌裝設(shè)備加密封罩做局部5級層流，后考慮到氣流組織比較困難，而且灌裝間面積也不是很大，根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，決定采取全室性5級凈化，層流面積達到18.51ｍ2。為使該系統(tǒng)安裝簡單、控制方便、效果更佳，決定采用集中送風(fēng)垂直層流方式。在層流房間頂棚內(nèi)設(shè)送風(fēng)管道，管道側(cè)開口裝5級高效過濾器，頂部采用微孔板并加阻尼層，使空氣經(jīng)高效過濾器后送入凈化區(qū)?；仫L(fēng)口設(shè)在側(cè)墻下側(cè)，通過回風(fēng)夾墻與回風(fēng)總管相連后通過回風(fēng)總管回至空調(diào)機組。
4.2、凈化空氣的處理
空氣處理是將室外引入的新鮮空氣和回風(fēng)經(jīng)過一系列的制冷、加熱、除濕或加濕處理，使之調(diào)整到能滿足潔凈室內(nèi)生產(chǎn)工藝的要求。
4.3 系統(tǒng)消毒
根據(jù)工藝要求,潔凈生產(chǎn)區(qū)必須定期消毒滅菌。故本設(shè)計采用了臭氧消毒。在每個組合式空調(diào)機箱內(nèi)的中效出風(fēng)段中都放置了一臺臭氧發(fā)生器，通過整個空調(diào)送回風(fēng)系統(tǒng)使臭氧充滿整個凈化空調(diào)系統(tǒng)，起到消毒、滅菌、除異味等功能。這不僅改變了潔凈室常見的消毒設(shè)計模式即紫外燈和甲醛熏消的方法，而且還能對組合空調(diào)機內(nèi)腔、風(fēng)管的內(nèi)壁、和初、中、高效過濾器等進行消毒，有效地遏止了其內(nèi)部的微生物生長，提高了高效過濾器的過濾效率和使用壽命，減輕了初、中、高效過濾器的風(fēng)阻，降低了潔凈空調(diào)的能耗。
4.4 潔凈區(qū)保障措施
為減少外界對潔凈區(qū)內(nèi)潔凈度、濕度的影響，設(shè)計需采取以下措施：
(1)潔凈區(qū)內(nèi)的排風(fēng)均設(shè)置止回閥，防止室外空氣倒灌；
(2)人員進出的更衣系統(tǒng)，物料進出的傳遞窗等的門窗均安裝電子連鎖裝置，避免凈化區(qū)與外界直接聯(lián)通；
(3)潔凈空調(diào)系統(tǒng)的送、回風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)的啟閉連鎖，防止室內(nèi)產(chǎn)生負壓；
(4)為保證潔凈區(qū)內(nèi)不同凈化級別的房間以及潔凈區(qū)對非凈化區(qū)有一定的壓差，在適當位置均安裝0－60Pa指針圓盤式微壓差計，能隨時監(jiān)測、調(diào)整、控制系統(tǒng)或房間的壓差。
5 結(jié)束語
通過對多個果汁飲料冷灌裝無塵車間設(shè)計、安裝調(diào)試和生產(chǎn)經(jīng)驗的分析后得到以下幾點體會：
(1)凈化空調(diào)系統(tǒng)潔凈級別的高低以及室內(nèi)設(shè)計參數(shù)的確定將直接影響到工程冷熱負荷的計算量和配套公用工程消耗量，進而對整個工程的造價和系統(tǒng)的運行費用產(chǎn)生巨大影響。因此，在符合[敏感詞]規(guī)范和滿足生產(chǎn)要求的情況下，選擇合適的潔凈級別和合理確定室內(nèi)設(shè)計參數(shù)是工程前期工作的重要環(huán)節(jié)。
(2)凈化空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置變頻裝置，以降低風(fēng)機的運行費用，便于系統(tǒng)調(diào)節(jié)，降低能耗。
(3)與灌封間灌裝設(shè)備局部層流罩5級凈化相比，集中送風(fēng)垂直層流使室內(nèi)參數(shù)控制更嚴格，更易保證5級凈化要求；對灌裝設(shè)備采用局部層流罩將使室內(nèi)噪音、溫濕度很難控制，實踐證明采取對整個灌裝間作凈化處理的方案是經(jīng)濟合理的。
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