PET瓶无菌冷灌装技术与灌装间空调净化

    1无菌冷灌装的工艺要点

    无菌冷灌装的主要工艺流程【1】如下：

PET瓶果汁饮料冷灌装工艺流程图

    根据生产工艺和洁净等级将果汁车间分区布置。瓶盖消毒、冲瓶、灌装和封盖过程在无菌灌装间内完成，其空气净化级别为5级（原标准为100级）。所有接触果汁饮料的设备、物品甚至空间都必须经过严格的灭菌。

    1.1瓶子无菌

    由于PET材料不耐热，一般采用化学试剂进行灭菌，且不能让化学试剂影响到果汁。无菌灌装采取了以下措施：要求zui初吹制的瓶子原始菌落数不超过5cuf／瓶；瓶子采用250ppm的二氧化氯消毒液浸泡30s[2]；浸泡槽做局部5级净化；消毒剂有自动回收和浓度测定系统，保证消毒剂浓度稳定；瓶子消毒后输送至灌装间，用无菌水将瓶中残留的消毒剂冲洗干净，再用无菌空气吹干，保证残留消毒剂不会对物料产生影响。

    1.2盖子无菌

    盖子杀菌可采用臭氧熏蒸法，在*中进行，臭氧浓度为1％左右，时间为25～30分钟。*放置在无菌间内，灭菌后的盖子直接上灌装机。

    1.3果汁无菌

    与热灌装相比，无菌冷灌装对果汁杀菌是采用UHT超高温瞬时杀菌，温度135～1500C、时间3～5秒[2]。物料受热时间短，营养成分损失很少，品质和口感也没有明显变化。

1.4灌装设备无菌

无菌冷灌装的主体设备要求符合卫生级设计，在管道和阀门技术、材料表面的刨光、重要区域的表面设计、选择抗腐蚀材料等几方面都有严格的要求。目前一般采用将消毒机、冲瓶机、灌装机和旋盖机组合成四合一机组，采用隔离罩将台面以上部分全密封，做局部5级空气净化，灌装间做8级空气净化[3]；也可采用三合一机组在灌装间内且不加密封罩，在整个灌装间做5级空气净化。本设计将采用后一种方式。

冲瓶机一般采用插入式喷嘴，可进行多次无菌水冲洗、沥干，使得残留浓度小于0.1ppm。灌装阀采用非接触式流量计定量灌装，有效防止二次污染。带有完整的全自动清洗（CIP）系统、杀菌（SIP）系统以及设备外部泡沫清洗系统（COP）。旋盖机可采用磁悬浮式拧盖头，采用抓盖上盖方式。封盖前用无菌水冲洗瓶螺口，封盖后用无菌水对瓶外表进行冲洗。

另外，无菌冷灌装设备还会添加一套氮气（或其他惰性气）置换系统，上盖前将灌装好的瓶子顶部空气吹走，保证果汁不被氧化。

1.5操作人员净化

在整个环境体系中，操作人员是zui大的污染源。空调系统在净化空气的同时，还很好地降低了人员带来的污染。操作人员在进入5级净化间时，要经过严格的消毒程序，使操作人员在不破坏其无菌环境的情况下进行操作。人员净化程序：换鞋→更外衣→淋浴→更洁净工作服→手消毒→风淋→进入洁净室。

2工程实例

冷灌装的无菌灌装空间主要靠空调系统得以实现，冷灌装车间相对其它产品的生产车间而言，它的空调系统相对比较复杂，而且房间面积小，净化级别要求高，设计和施工难度较大。下面是一个6000b／h的PET果汁饮料灌装线，其灌装间长度为4.5ｍ,宽3.9ｍ,平面呈长方形,净化建筑面积17.55ｍ2；理瓶间长4.5ｍ，宽2.7ｍ，其中浸泡槽做局部5级净化，面积0.96ｍ2，其余做8级净化，建筑面积11.19ｍ2；更衣室（包括走廊等）净化建筑面积共计23.76ｍ2。

车间墙体、门、顶均采用50ｍｍ厚的企口型聚苯乙烯泡沫（难燃型）夹心彩钢板，地面采用环氧树脂自流坪，灯具采用不锈钢净化日光灯，洁净区内地漏采用不锈钢洁净地漏，更衣室及缓冲间的门，传递窗均装电子连锁装置。工艺平面布置如图2所示。



工艺平面布置图



根据无菌冷灌装的生产要求,该车间空气净化分两个级别,其划分如下（送回风平面图见图2、图3）:（1）灌装系统:包括灌装间和瓶子浸泡槽，净化级别5级，净化面积18.51ｍ2。（2）辅助系统：包括理瓶间、换鞋、一次更衣、淋浴、换洁净工作服、手消毒、无菌通道，净化级别8级，净化建筑面积34.95ｍ2。 

空调送风平面图

    2.2室内温湿度

    文献[4]规定一般生产车间：冬季温度20～22℃，相对湿度30％～50％；夏季温度24～26℃，相对湿度50％～70％。人员净化及生活用室：冬季温度16～20℃，夏季温度26～30℃。温湿度的确定主要是根据生产产品的要求确定,果汁饮料对温湿度无特殊要求,所以根据以上规范以及车间系统控制程度,确定两个净化系统夏季室内设计参数为ｔ=24±2℃、Φ=60±10%，冬季设计参数为ｔ=18±2℃、Φ=40±10%。

    2.3室内正压

    为防止外部空气污染净化区，整个净化系统需对外界保持一定正压。根据文献[4]规定，不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的压差，应不小于5Pa，洁净区与室外的压差，应不小于10Pa。对两个不同级别的净化系统设计了压力梯度，并在适当位置设置了微压差计，用于监测及控制房间的相对压差。

    2.4新风量

    为维持正压必须补充一定的新风量。另一方面，由于净化区密封性好，工人在其中工作，必须补充新风以满足卫生需求。本设计新风量的确定取下列二项中的大值:（1）补偿室内排风量和保持室内正压之所需新鲜空气量之和；（2）保证供给洁净室内每人每小时的新鲜空气量不小于40ｍ3[5]。

    3洁净空调系统的计算

    3.1净化空调风量

    系统风量根据负荷计算风量和换气次数风量两者取大值。

    系统换气次数按如下确定:

    8级:换气次数ｎ≥15次/小时。

    5级：垂直层流，断面风速V≥0.25m/s

    3.2冷热负荷

    根据室内设计参数、新风比例、济南地区室外气象参数计算系统冷热负荷。夏季总冷负荷为25.5Kw,冬季总热负荷为8.5Kw。

    根据负荷计算风量均小于根据换气次数计算的风量，故两个系统分别选用了20000ｍ3/ｈ、2000ｍ3/ｈ风量组合式空调机组各一台。

    4净化空气系统

    4.1净化空气的过滤

    净化空气过滤方式采用初效、中效、三级过滤，其中初效、中效过滤器设于组合式空调机组箱体内，过滤器设于送风系统末端。8级室内洁净空气系统采用乱流型,气流组织为上送下侧回；5级房间采用垂直层流，顶棚满布百级过滤器。设计时曾考虑灌装间的灌装设备加密封罩做局部5级层流，后考虑到气流组织比较困难，而且灌装间面积也不是很大，根据生产工艺需要，决定采取全室性5级净化，层流面积达到18.51ｍ2。为使该系统安装简单、控制方便、效果更佳，决定采用集中送风垂直层流方式。在层流房间顶棚内设送风管道，管道侧开口装5级过滤器，顶部采用微孔板并加阻尼层，使空气经过滤器后送入净化区。回风口设在侧墙下侧，通过回风夹墙与回风总管相连后通过回风总管回至空调机组。