连续灭菌自动化控制系统
技术领域
本发明属于消毒灭菌技术领域，更具体地说是涉及一种用于对各种流体物料进行灭菌及其自动控制的系统。
背景技术
我国是生物制药、生物化工和食品工业的大国，各种相关制品的生产和销售在国际市场占据很大的份额，有的甚至处于垄断地位。但这些行业又是高能耗、高污染的大户，其中灭菌蒸汽的消耗是仅次于电力消耗的第二大能源消耗，约占总能源消耗的10%~20%。伴随蒸汽消耗的同时是用于灭菌后物料冷却的冷却水大量消耗和用于蒸汽发生的石化能源的大量消耗，造成环境治理的不堪重负。
另外，灭菌工作历来由人工操作，由于高温、高湿和高噪声，所在操作环境十分恶劣。而且人工操作参数控制波动大，容易出现失误，致使灭菌不彻底或灭菌过度，不是招致外界微生物的污染就是降低灭菌料液的质量，从而造成生产损失并影响产品质量。
有鉴于此，迫切需要降低灭菌与冷却能耗、减少外界微生物污染、提高灭菌质量的新型灭菌技术。近年来，通过引进和消化国外技术，利用换热器回收灭菌余热的节能型连续灭菌装备在我国已经出现并呈现快速发展之势，但由于国外技术本身存在一些缺陷，加上消化不力及缺乏理论指导，这种装备在国内生产及应用过程中出现不少问题：
1、换热器选型不当，里面存在存料死角，灭菌过程中容易出现物料结垢，料垢内部灭菌不易彻底，从而造成微生物污染；
2、利用蒸汽喷射器进行加热时需要高压蒸汽，不但噪音和震动大，而且容易造成局部过热，使灭菌物料产生焦煳颗粒，降低灭菌质量；
3、用维持罐进行保温维持，维持精度差，罐中心流速快，容易灭菌不彻底；罐壁处流速慢，受热时间长，影响灭菌料液质量，且容易结垢；
4、用管路进行保温维持，占地面积大，散热面积大，造成能源浪费，而且管壁处也容易结垢，结垢后清洗困难；
5、通过节流式阀门进行控制，动力消耗大；
6、整个连续灭菌设备要么自动化程度不高，操作复杂，操作环境恶劣，劳动强度大，要么自动化装置过于复杂，投资大，可靠性差，还容易在连接管路时形成死角，造成染菌隐患；
7、使用过的设备需要用蒸汽对整个管路进行空灭菌，容易将内部存料烤干，造成通道梗阻，换热器的换热效果下降。
有鉴于此，迫切需要一种新型的结构更加紧凑、节能效果更好以及自动化简单易行、运行更可靠的连续灭菌系统。
发明内容
本发明提供了一种自动化程度高、操作简单的连续灭菌自动化控制系统。
本发明采用如下技术方案：
一种连续灭菌自动化控制系统，包括：控制器以及与所述控制器电连接的温度控制单元，并引入不同温度下的等效灭菌时间数学模型，通过编制计算与执行程序，由蒸汽压力所能达到的灭菌温度，确定最佳灭菌时间；所述控制器用于信号采集、转换、计算和程序的执行，并显示灭菌过程数据的图表和执行信号，所述温度控制单元以反馈物料流量的变频调节为主，调节阀调节为辅，进行物料温度的自动控制；所述温度控制单元包括：流量传感器、温度传感器、第二物料压力传感器、蒸汽压力传感器、无菌出料调节阀以及变频器；所述流量传感器，设置在换热保温器预热料管路进料口的管路上，用于物料流量的测量，并将测量信号送入所述控制器；所述温度传感器，设置在换热保温器的保温管路进料口管路或保温管路出料口管路上，用于灭菌温度的测量，并将测量信号送入所述控制器；所述第二物料压力传感器设置在换热保温器预热料管路出料口与喷射泵进料口之间的管路上，用于检测增压泵出料口压力，并将测量信号送入所述控制器，实施增压泵超压时的变频控制；所述蒸汽压力传感器设置在蒸汽减压阀与喷射泵之间的蒸汽管路上，用于检测蒸汽压力，并将测量信号送入所述控制器，根据压力信号计算可能达到的灭菌温度，作为灭菌温度控制的设定点温度，并由此计算灭菌时间，确定打料泵所需的流量，实施增压泵转速的变频控制或无菌出料调节阀的调节控制；所述无菌出料调节阀设置在换热保温器保温管路出料口的管路上，所述变频器设置在增压泵电动机的电源输入线路上；所述无菌出料调节阀以及所述变频器均用于调节物料的流量，从而使灭菌蒸汽压力、温度以及对应的灭菌时间相匹配，实施稳定的灭菌温度控制。
进一步地，还包括用于管路高温清洗的管路清洗控制单元，所述管路清洗控制单元与所述控制器电连接；所述管路清洗控制单元包括：饱和热水罐液位传感器、饱和热水罐压力传感器、饱和热水罐排气阀以及第二转向阀；所述饱和热水罐液位传感器设置在饱和热水罐内部，用于检测饱和热水罐的液位，并将测量信号送入控制器，实施自动供水；所述饱和热水罐压力传感器设置在饱和热水罐排气口，用于检测饱和热水罐内部压力，并将测量信号送入控制器，实施饱和热水罐内部压力控制；所述饱和热水罐排气阀设置在饱和热水罐排气口，用于调节饱和热水罐内部压力进而控制饱和热水罐内清洗剂的温度；所述第二转向阀设置在换热保温器保温管路出料口的管路上，用于清洗剂升温、无菌出料以及管路循环清洗。
进一步地，还包括用于无菌清洗剂保压的清洗剂保压控制单元，所述清洗剂保压控制单元与所述控制器电连接；所述清洗剂保压控制单元包括:蒸汽旁路阀以及第一蒸汽阀；所述蒸汽旁路阀设置在喷射泵蒸汽进气口，用于控制蒸汽进气量，通过蒸汽旁路阀的间歇开关，对整个系统设备和管路内的无菌清洗剂保压；所述第一蒸汽阀设置在蒸汽减压阀进气口一侧，用于系统切换到无菌清洗剂保压状态时关闭蒸汽减压阀进气。
进一步地，还包括用于辅助功能单元，所述辅助功能单元用于排出管路中的空气，所述辅助功能单元与所述控制器电连接；所述辅助功能单元包括：第一物料压力传感器、第一物料回流阀、第二物料回流阀以及分配站排污阀；所述第一物料压力传感器设置在所述打料泵出料口与换热保温器换热单元预热料管路进料口之间的管路上，用于检测所述打料泵出料口压力，并将测量信号送入所述控制器，实施所述第一物料回流阀的开关控制；所述第一物料回流阀设置在换热保温器预热料管路出料口管路上，用于排出管路中的气体；所述第二物料回流阀设置在增压泵出料口管路上，用于排出管路中的气体；所述分配站排污阀设置在无菌物料分配站出料口管路上，用于清洗过程中排出残余物料。
进一步地，所述第一物料压力传感器、所述流量传感器、所述饱和热水罐液位传感器、所述饱和热水罐压力传感器、所述中转罐液位传感器、所述温度传感器、所述第二物料压力传感器以及所述蒸汽压力传感器均包含有变送器模块。
进一步地，所述控制器包括可编程逻辑控制器PLC以及触摸屏，所述触摸屏用于设置运行过程参数，所述可编程逻辑控制器PLC接收所述触摸屏的参数，并根据参数进行自动控制，所述触摸屏与所述可编程逻辑控制器PLC通信连接。
进一步地，还包括用于发出声光报警信号的报警器，所述报警器与控制器电连接。
进一步地，还包括控制柜，所述控制器、所述变频器均设置在控制柜内部。
进一步地，还包括软水储罐罐底阀，所述软水储罐罐底阀用于根据所述中转罐液位传感器反馈的液位信息向中转罐内补充清洗剂。
本发明的积极效果如下：
本发明公开了一种连续灭菌自动化控制系统，自动化所用元器件少，安装简单，管路不易形成存料死角，从而减少投资和灭菌的蒸汽消耗，同时避免长期使用后发生的存料结垢和管路梗阻。实行动态灭菌温度和灭菌时间的控制，可根据蒸汽压力选择不同的灭菌温度和对应的灭菌时间，适用于蒸汽压力有一定范围波动的场合。采用以变频调节为主调节阀调节为辅的温度反馈控制方案，既可改善电网性能，降低泵的动力消耗，延长泵和泵马达的使用寿命，而且控制精度高，控制程序简单，灭菌温度控制稳定、可靠，确保了灭菌质量。结合液位传感器和自动开关阀的使用，可实现包括清洗、饱和热水循环升温灭菌、物料灭菌后的饱和热水顶洗、饱和热水无菌保压等辅助过程在内的灭菌全过程的自动化，很少需要人工干预，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明实施方式管路系统结构示意图；
图2为本发明实施方式电气系统结构示意图；
图3为本发明实施方式自动控制流程图。
图中：换热保温器1、第一物料单向阀2、第一物料压力传感器3、打料泵4、中转罐5、流量传感器6、第一转向阀7、饱和热水罐8、饱和热水罐液位传感器9、饱和热水罐安全阀10、饱和热水罐压力传感器11、饱和热水罐排气阀12、输料泵13、控制器14、控制柜15、变频器16、软水储罐17、软水储罐罐底阀18、中转罐液位传感器19、温度传感器20、第一物料回流阀21、增压泵22、第二物料回流阀23、第二物料压力传感器24、第二物料单向阀25、喷射泵26、蒸汽单向阀27、蒸汽压力传感器28、蒸汽旁路阀29、蒸汽减压阀31、第一蒸汽阀32、分配站排污阀33、无菌物料分配站34、无菌出料调节阀35、第二转向阀36、中转罐中转罐排污阀39、预冷料管路进料口111、预冷料管路出料口112、预热料管路进料口121、预热料管路出料口122、保温管路进料口131、保温管路出料口132。
具体实施方式
如图1-3所示，换热保温单元以换热保温器1为核心，上部从左到右接口依次为第一口、第二口、第三口，下部从左到右接口依次为第四口、第五口、第六口，第一口和第六口为预热料管路的两个接口，第二口和第五口为保温管路的两个接口，第三口和第四口为预冷料管路的两个接口。在本实施方式中，第六口为预热料管路进料口121，第一口为预热料管路出料口122，第三口为预冷料管路进料口111，第四口为预冷料管路出料口112，第五口为保温管路进料口131，第二口为保温管路出料口132。换热保温器1通过进气口与外部蒸汽管路连通的喷射泵26，将预热后的物料加热到目的温度。喷射泵26为一种流体动力泵。流体动力泵没有机械传动和机械工作构件，它借助另一种工作流体的能量做动力源来输送低能量液体，用来抽吸易燃易爆的物料时具有良好安全性。用高压工作流体的喷射作用来输送流体的泵。由喷嘴、混合室和扩大管等构成。为使操作平稳起见，在喉管处设置一真空室（也称吸入室）；为了使两种流体能够充分混合，在真空室后面有一混合室。操作时，工作流体以很高的速度由喷嘴喷出，在真空室形成低压，使被输送液体吸入真空室，然后进入混合室。在混合室中高能量的工作流体和低能量的被输送液体充分混合，使能量相互交换，速度也逐渐一致，从喉管进入扩散室，速度放慢，静压力回升，达到输送液体的目的。本实施方式中，喷射泵26进气口与外部蒸汽管路连通，用于提供物料加热的热能，进料口与增压泵22的出料口连通，用于提供已经预热过的物料，出料口用于排出加热后的物料，其与换热保温器1的保温管路进料口131连通。喷射泵26的进料口设有第二物料单向阀25，进气口设有蒸汽单向阀27，分别用于防止物料以及蒸汽反流。喷射泵26的进气口还设有蒸汽减压阀31以及蒸汽压力传感器28。蒸汽减压阀31用于调整蒸汽气压，使进入到喷射泵26进气口的蒸汽气压能够稳定到一个合理的范围，其一端与外部蒸汽管路连通，另一端与蒸汽压力传感器28连通。蒸汽压力传感器28用于实时测量蒸汽压力，进料口设有第二物料压力传感器24，用于实时测量物料压力。增压泵22进料口与换热保温器1的预热料管路出料口122连通，用于增加物料流通压力，该增压泵22的电动机与变频器16电连接，控制器14通过变频器16控制增压泵22电动机的转速，从而达到控制增压泵22调节管路中物料流量的目的。
换热保温器1保温管路出料口132和预冷料管路进料口111之间通过温度传感器20连通，用于检测通过喷射泵26加热后的物料温度。换热保温器1的预热料管路进料口121还设有防止物料反流的第一物料单向阀2，第一物料单向阀2的进料口连通有流量传感器6，用于测量物料流量。换热保温器1的预冷料管路出料口112与无菌出料调节阀35连通，该调节阀为两位两通阀，其流通截面大小可调节，该阀与控制器14电连接，控制器14通过调节该阀的流通截面大小也可以达到调节管路中物料流量的目的。
该温度控制系统包括：控制器14以及与控制器14电连接的温度控制单元，并引入不同温度下的等效灭菌时间数学模型，通过编制计算与执行程序，由蒸汽压力所能达到的灭菌温度，确定最佳灭菌时间；控制器14用于信号采集、转换、计算和程序的执行，并显示灭菌过程数据的图表和执行信号，控制器14包括可编程逻辑控制器PLC以及触摸屏，触摸屏用于设置运行过程参数，可编程逻辑控制器PLC接收所述触摸屏的参数，并根据参数进行自动控制，触摸屏与可编程逻辑控制器PLC通信连接。在所述可编逻辑程控制器PLC内，还植入了根据在不同蒸汽压力下的对应饱和水温度及不同灭菌温度下的对应等效灭菌时间两个数学模型编制的的计算程序，依据所检测的蒸汽压力，确定灭菌温度的设定点和对应的灭菌时间，实施灭菌温度和灭菌时间的动态优化控制，可在一定范围内适应蒸汽压力的波动，保持灭菌效果的稳定和可靠。温度控制单元以反馈物料流量的变频调节为主，无菌料出料调节阀34流量的调节阀调节为辅，进行物料温度的自动控制。
温度控制单元包括：流量传感器6、温度传感器20、第二物料压力传感器24、蒸汽压力传感器28、无菌出料调节阀35以及变频器16；流量传感器6，用于管路中物料流量的测量，并将测量信号送入可编程逻辑控制器PLC；温度传感器20，用于灭菌温度的测量，并将测量信号送入可编程逻辑控制器PLC；第二物料压力传感器24用于检测增压泵22出料口压力，并将测量信号送入可编程逻辑控制器PLC，实施增压泵22超压时的变频控制；蒸汽压力传感器28用于检测蒸汽压力，并将测量信号送入可编程逻辑控制器PLC，根据压力信号计算可能达到的灭菌温度，作为灭菌温度控制的设定点温度，并由此计算灭菌时间，确定打料泵4所需的流量，实施增压泵22转速的变频控制或无菌出料调节阀35的调节控制；无菌出料调节阀35、变频器16用于调节物料的流量，从而使灭菌蒸汽压力、温度以及对应的灭菌时间相匹配，实施稳定的灭菌温度控制。
众所周知，国际上公认可达到灭菌保证水平的湿热灭菌工艺为121℃、30min，本发明按热力学原理推导出不同温度下的等效灭菌时间数学模型如下：
τ=30×10（121-t）/z
式中，t——灭菌温度，℃
τ——灭菌时间（即在灭菌温度下的保温维持时间），min
Z——微生物耐热特性值，℃
对于灭菌来说，不同的灭菌介质和不同的目标微生物，Z值的差异很大，因而由以上推导式得出的等效灭菌时间也会产生很大的差异，表二和表三可以作为Z值选取时的参考。
表1 几种极度耐热微生物的平均Z值
表2 嗜热脂肪芽孢杆菌在不同溶液中的Z值
注：嗜热脂肪芽孢杆菌国内外均被用作灭菌标识菌。
由等效灭菌时间数学模型，可得出灭菌温度对应的灭菌时间及变频器、调节阀协同控制的比例设定值如表三所列。
表3 对应于灭菌温度的等效灭菌时间及变频调节、调节阀调节协同控制的比例设定值
采用本发明所述的超高温瞬间灭菌的自动化系统，灭菌温度可以高达140~142℃，对于生物制药发酵原材料中所含极端耐热的目标微生物（Z=12）来说，在该温度下的灭菌时间可以低到47~32秒，而对于食品工业成品中一般所含的普通微生物（Z=7.5）来说，在该温度下的灭菌时间可以低到5~1秒，从而实现了真正意义上的超高温瞬间灭菌。
该系统在使用时，管路进行高温灭菌后，通过调节第二物料压力传感器24显示压力与蒸汽压力传感器28显示压力，使温度传感器20显示的温度升高至141℃，温度自控程序的设定点温度调至140℃，开启物料输送装置将物料输送至换热保温器1，打开无菌出料调节阀35，在可编程逻辑控制器PLC中的温度控制程序控制下进行物料的连续灭菌，以变频器16变频调节为主，无菌出料调节阀35的比例调节为辅，将灭菌温度控制在140℃±1℃，待灭菌物料送完。
我们可以看出采用此灭菌自动化系统，几乎无人工干预，自动化水平很高，温度控制依靠变频调节为主，调节阀为辅，在变频调节超出可控范围时方启用调节阀调节，节能效果、节泵损耗效果明显。
进一步地，在实时高温管路灭菌过程中，采用蒸汽灭菌，反复用蒸汽冲洗，以致使用过程蒸汽消耗量大，还同样存在微生物污染的风险，还容易将内部存料烤干，造成通道梗阻，换热器的换热效果下降，鉴于此，有必要采用高温清洗剂清洗，高温清洗剂最为常用的高温水，在常压下难以达到杀菌温度，根据饱和热水温度与对应的蒸汽压力之间的经验数学模型如下：
t=59.950963+0.5623749p-0.00212262p2+0.00000543p3-0.00000001p4
式中，p——蒸汽压力（绝压），kPa
t——对应饱和热水温度，℃
由此得到不同蒸汽压力对应的饱和热水温度及相应的灭菌控制设定点温度如表一所列：
表4 与蒸汽压力对应的饱和热水温度及相应的灭菌控制设定点
注：1、蒸汽压力指进入喷射泵前的压力。
2、不建议在135℃以下灭菌，也一般不建议在142℃以上灭菌。
这一经验模型，通过相关分析，其相关系数达到R2=0.99999，因此能够精确地模拟蒸汽压力与饱和热水温度之间的相关关系。
依此模型，我们建立了在上述系统上还包含有清洗剂高温清洗控制功能的系统，该系统还包括管路清洗控制单元、中转控制单元、清洗剂保压控制单元以及辅助功能单元。
管路清洗装置是以可密闭容器，通过加热使内部气压增大，根据上述饱和热水温度与对应的蒸汽压力之间的经验数学模型，使清洗剂如水升温至目标温度，如140℃。其核心为饱和热水罐8，饱和热水罐8设有排气口、出料口以及进料口，三口封闭即实现密闭效果。其排气口连通有安全阀10，用于防止容器压力过高时，保护性泄放内部气体，饱和热水罐压力传感器11，用于测量饱和热水罐8内部气压，并将信号反馈至可编程逻辑控制器PLC，用于实施自动控制，饱和热水罐排气阀12，受可编程逻辑控制器PLC控制，从而调节饱和热水罐8内部压力；饱和热水罐8内部设有用于测量液位的饱和热水罐液位传感器9，用于检测内部液位，配合与饱和热水罐8进料口连通的饱和热水循环旁路阀35，与饱和热水罐出料口连通的第一转向阀7，实现内部液位控制。饱和热水循环旁路阀35用于切换饱和热水罐8内部清洗剂循环回路，其一端与换热保温器1的预冷料管路出料口112连通，另一端与饱和热水罐8的进料口连通。
管路清洗控制单元与所述可编程逻辑控制器PLC电连接；管路清洗控制单元包括：饱和热水罐液位传感器9、饱和热水罐压力传感器11、饱和热水罐排气阀12以及饱和热水循环旁路阀35；饱和热水罐液位传感器9设置在饱和热水罐8内部，用于检测饱和热水罐8的液位，并将测量信号送入可编程逻辑控制器PLC，实施自动供水；饱和热水罐压力传感器11设置在饱和热水罐8排气口，用于检测饱和热水罐8内部压力，并将测量信号送入可编程逻辑控制器PLC，实施饱和热水罐8内部压力控制；饱和热水罐排气阀12设置在饱和热水罐8排气口，用于调节饱和热水罐8内部压力进而控制饱和热水罐8内清洗剂的温度；饱和热水循环旁路阀35设置在换热保温器1保温管路出料口132，用于清洗剂升温以及管路循环清洗。
中转控制单元用于存储和转移物料，其核心为中转罐5。中转罐5用于存储中转物料，如清洗剂、待灭菌的物料等。中转罐5设有进料口以及出料口，出料口与第一转向阀7连通。第一转向阀7位三通阀，用于选择与换热保温器1连通物料，该阀包括两个进料口和一个出料口，两个进料口分别与中转罐7的出料口以及饱和热水罐8的出料口连通，出料口物料经打料泵4输送至换热保温器1预热料管路进料口121。输料泵13用于将外部物料输送至中转罐5，输料泵13进料口与外部物料管路连通，出料口与中转罐5的进料口连通。打料泵4用于将与第一转向阀7出料口连通的物料输送至换热保温器1的预热料管路进料口121，该打料泵4出料口设有用于防止物料反流的第一物料单向阀2以及用于检测打料泵4出料口压力的第一物料压力传感器3。流量传感器6设置在打料泵4进料口与第一转向阀7出料口之间的管路上。
中转控制单元与可编程逻辑控制器PLC电连接；物料中转控制单元包括:打料泵4、第一转向阀7、输料泵13以及中转罐液位传感器19；所述第一转向阀7为三通阀，两个进料口分别与中转罐5、饱和热水罐8出料口连通，出料口与物料输送管路连通，用于在不同的步骤下选择进入管路的物料源；打料泵4设置在第一转向阀7的出料口管路上，用于将与第一转向阀7连通的物料输送至换热保温器1换热管路；输料泵13设置在中转罐5的进料口管路上，用于将外部物料输送至中转罐5内部；中转罐液位传感器19设置在中转罐5的内部，用于检测中转罐5的液位，并将测量信号送入控制器14，实施自动供料。
考虑到在管路高温清洗后，还有一段时间间隔再考虑继续生产的情况，还系统设置了清洗剂保压功能，清洗剂保压控制单元与可编程逻辑控制器PLC电连接；清洗剂保压控制单元包括: 蒸汽旁路阀29以及第一蒸汽阀32；蒸汽旁路阀29设置在喷射泵26蒸汽进气口，用于控制蒸汽进气量，通过蒸汽旁路阀29的间歇开关，对整个系统设备和管路内的无菌清洗剂保压；第一蒸汽阀32设置在蒸汽减压阀31进气口一侧，用于系统切换到无菌清洗剂保压状态时关闭蒸汽减压阀31进气。
为了排空管路中的气体，防止设备气蚀，还设有用于检测管路压力的压力传感器以及回流阀，第一物料回流阀21为两位两通阀，一端与换热保温器1预热料管路出料口122连通，另一端与中转罐5进料口连通；第二物料回流阀23为两位两通阀，一端与增压泵22出料口连通，另一端与中转罐5进料口连通。第一物料压力传感器3测压口与打料泵4的出料口连通。还设有用于排出管路中残余物料的分配站排污阀33，无菌出料调节阀35出料口与无菌物料分配站34进料口连通；无菌物料分配站34设有进料口、出料口以及多个分配口，进料口与出料口始终连通，分配口用于排出灭菌后的物料，排出到多个与分配口连通的发酵罐或无菌料储罐。分配站排污阀33为两位两通阀，其一端与无菌物料分配站34出料口连通，另一端用于排污。
辅助功能单元与可编程逻辑控制器PLC；辅助功能单元包括：第一物料压力传感器3、第一物料回流阀21、第二物料回流阀23以及分配站排污阀33；第一物料压力传感器3设置在所述打料泵4出料口与换热保温器1换热单元预热料管路进料口之间的管路上，用于检测所述打料泵4出料口压力，并将测量信号送入可编程逻辑控制器PLC，实施所述第一物料回流阀21的开关控制；第一物料回流阀21设置在换热保温器1预热料管路出料口管路上，用于排出管路中的气体；第二物料回流阀23设置在增压泵22出料口管路上，用于排出管路中的气体；分配站排污阀33设置在无菌物料分配站34出料口管路上，用于清洗过程中排出残余物料。
此外，还包括软水储罐罐底阀18，软水罐16用于存储软化水或清洗剂，软水储罐罐底阀18用于根据所述中转罐液位传感器19反馈的液位信息向中转罐5内补充软化水或清洗剂。
如图3所示，使用时，该连续灭菌自动化控制系统自动运行步骤如下：
1、清洗：将第一转向阀7转至中转罐5与打料泵4相通，在中转罐中加入干净的自来水，使中转罐5液位显示达到中位或高位设定点，顺序开启打料泵4和第一物料回流阀21，当第一压力传感器3检测的压力达到一个设定点或打料泵4开泵时间达到15秒后，关闭第一物料回流阀21，顺序开启增压泵22和第二物料回流阀23，当第二物料压力传感器24检测的压力达到一个低位设定点或增压泵22开泵时间达到15秒后，关闭第二物料回流阀23，然后在无菌物料分配站34上通往各发酵罐或无菌料储罐的所有阀门关闭的情况下，将第二转向阀36转至三位相通的位置，打开无菌出料调节阀35和分配站排污阀33，在中转罐5液位显示达到低位设定点后，顺序关闭分配站排污阀33、无菌出料调节阀35、第一物料回流阀21和打料泵4，清洗结束，将第一转向阀7转至饱和热水罐8与打料泵4相通，打开中转罐排污阀39，将饱和热水罐中的存水排空。以上整个过程都是在可编程控制器14中预先植入的程序指令下自动完成。
2、饱和热水循环升温：将第一转向阀7转至中转罐5与打料泵4相通，使中转罐5内的余水经中转罐排污阀39放空，关闭中转罐排污阀39，打开软水储罐罐底阀18，自软水储罐17向中转罐5注入软水，中转罐5液位显示达到中位设定点后，顺序开启打料泵4和第一物料回流阀21，当第一压力传感器3检测的压力达到一个设定点或打料泵4开泵时间达到15秒后，关闭第一物料回流阀21，顺序开启增压泵22和第二物料回流阀23，当第二物料压力传感器24检测的压力达到一个低位设定点或增压泵22开泵时间达到15秒后，关闭第二物料回流阀23，确认第二转向阀36处于三位相通位置，打开饱和热水罐排气阀12，当第二物料压力传感器24显示的压力达到高位设定点后，开启第一蒸汽阀32，调节蒸汽稳压阀31使蒸汽压力传感器28显示的压力稳定在270~300kPa，使由喷射泵26加热的饱和热水源源进入饱和热水罐8，在饱和热水罐液位传感器9显示的液位达到高位设定点后，将第一转向阀7转至饱和热水罐8与打料泵4相通，开始饱和热水循环升温，待饱和热水罐压力传感器11显示的压力达到低位设定点后，自动关闭饱和热水罐排气阀12，继续饱和热水循环升温，直至温度传感器20显示的温度达到130℃，在这一过程中，如果饱和热水罐压力传感器11显示的压力达到高位设定点，则自动开启饱和热水罐排气阀12，泄压5秒钟后自动关闭。
3、饱和热水循环灭菌：当温度传感器20显示的温度达到130℃后，开启控制器14中的温度控制程序，设定点温度调至130℃，由增压泵22调节第二物料压力传感器24显示的压力与蒸汽压力传感器28显示的蒸汽压力相匹配，使温度传感器20显示的温度稳定在130℃±1℃，维持10分钟，在这一过程中，当饱和热水罐压力传感器11显示的压力达5到高位设定点后，自动开启饱和热水罐排气阀12，泄压5秒钟后自动关闭，如此反复。
4、物料灭菌：在饱和热水循环灭菌进行中，启动输料泵13，将来自配料罐的待灭菌物料输送入中转罐5中，当中转罐液位传感器19显示的液位达到高位设定点后暂停输料泵13的运转。在饱和热水循环灭菌将近结束时，将第二物料压力传感器24显示的压力与蒸汽压力传感器28显示的压力均提高50~100kPa，使温度传感器20显示的温度升高至141℃，温度自控程序的设定点温度调至140℃，第一转向阀7转至中转罐5与打料泵4相通，第二转向阀36转至无菌出料调节阀35与换热保温器1相通而与饱和热水罐8隔断，打开无菌出料调节阀35及无菌物料分配站34上相应的发酵罐或无菌料储罐的阀门，在控制器14中的温控程序控制下进行物料的连续灭菌，以增压泵22的变频调节为主，无菌出料调节阀35的比例调节为辅，将灭菌温度控制在140℃±1℃，在这一过程中，当中转罐液位传感器19显示的液位低于中位设定点时自动启动输料泵13，达到高位设定点时关停输料泵13，直至配料罐中的待灭菌物料输送完。
5、高温饱和热水顶洗：当中转罐液位传感器18显示的液位达到低位设定点后，将第一转向阀7转至饱和热水罐8与打料泵4相通，继续在设定点温度140℃下对整个系统进行顶水，同时打开软水储罐罐底阀18，自软水储罐17向中转罐5注5~10分钟的软水，当饱和热水罐液位传感器9显示的液位达到低位设定点后，第一转向阀7转至中转罐5与打料泵4相通，继续在设定点温度140℃下对中转罐5中的软水进行灭菌，直至中转罐液位传感器19显示的液位达到低位设定点。
6、无菌软水保压：在完成上述中转罐5中的软水顶洗，中转罐液位传感器19显示的液位达到低位设定点后，顺序关闭与进入发酵罐或无菌料储罐对应的无菌物料分配站34上的阀门、无菌出料调节阀35、增压泵22和打料泵4，微开蒸汽旁路阀29，关闭第一蒸汽阀32和第二蒸汽阀30，启动可编程控制器14中的压力控制程序，通过蒸汽旁路阀28的间歇开关，将蒸汽压力传感器24所显示的压力控制在150~200kPa范围内，对整个系统的设备和管道在低压蒸汽顶压下进行无菌水保压。
以上是首次使用时的操作步骤，以后使用时，只需操作上述3~6项步骤。需要特别提出的事项是，无论是饱和热水循环灭菌还是物料灭菌，一旦在变频器16显示的频率低到75%的情况下，仍出现温度传感器20显示的灭菌温度往下偏离设定点≥0.5℃的情况，可编程控制器14会保持当下变频频率不变，立即启动以无菌料出口调节阀35为执行机构的温度自控程序，以确保灭菌温度的稳定，而当无菌料出口调节阀35已经开启到接近100%，温度传感器19显示的温度仍继续上升偏离设定点≥0.5℃时，则可编程控制器14又会6保持无菌料出口调节阀35当下的开启度，立即恢复以变频器16控制的变频增压泵22为执行机构的温度自控程序。 此外，需要说明的是，第一物料压力传感器3、所述流量传感器6、所述饱和热水罐液位传感器9、所述饱和热水罐压力传感器11、所述中转罐液位传感器19、所述温度传感器20、所述第二物料压力传感器24以及所述蒸汽压力传感器28均包含有变送器模块，变送器的作用是检测工艺参数并将测量值以特定的信号形式传送出去，以便进行显示、调节。在自动检测和调节系统中的作用是将各种工艺参数如温度、压力、流量、液位、成分等物理量变换成统一标准信号，再传送到调节器和指示记录仪中，进行调节、指示和记录，如变送器能将各种被测参数变换为0～10mA或4～20mA(直流电流的统一标准信号)，以便传送给自动控制系统的其他单元。
本系统还包括用于发出声光报警信号的报警器，所述报警器与控制器14电连接，通常报警器在上述步骤操作完成后会发出声光报警信号，提示操作人员可以进行下一步操作。
本系统还包括控制柜15，控制器14以及变频器16均设置在控制柜15内部，控制器14以及变频器16均设置在控制柜15内，使得电气单元远离外部湿热的工作环境。
采用本发明所述的超高温瞬间灭菌的自动化系统，灭菌温度可以高达140~142℃，对于生物制药发酵原材料中所含极端耐热的目标微生物（Z=12）来说，在该温度下的灭菌时间可以低到47~32秒，而对于食品工业成品中一般所含的普通微生物（Z=7.5）来说，在该温度下的灭菌时间可以低到5~1秒，从而实现了真正意义上的超高温瞬间灭菌。
本发明所述的超高温瞬间灭菌的自动化系统，不仅可用于生物制药、生物化工、食品工业等发酵培养基、补料灭菌和食品工业半成品、成品灭菌的自动控制，还可用于基因工程菌、病原微生物、动物细胞、病毒等培养物灭活的自动控制。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
