[发明专利]用于进料流量和进料温度干扰的能量平衡控制的方法和系统

说明书

背景

概括而言，本申请的公开内容涉及灭菌和包装填充。更具体地，本申请的公开内容涉及通过将能量平衡前馈控制方案(scheme)应用于无菌灭菌工艺来减轻由产品流量和原料产品(raw product)温度的变化所导致的成品温度瞬变(transient)的方法和系统。

制造产品常常包括灭菌步骤。无菌灭菌器或其它灭菌方法的操作可能需要产品流速的变化，以优化该方法、平衡灭菌器速率与其它生产步骤、防止无菌度的损失等。然而，这些变化会导致不想要的产品温度波动。其它因素例如原料产品的温度也可能导致波动。

因此，需要通过能量平衡前馈控制方案将温度波动最小化，以防止对最终产品的任何负面效应和降低对每一批原料产品的精确温度控制的需要。

概述

提供了将产品温度的变化最小化的方法和系统。还提供了通过使用能量平衡前馈控制方案将产品温度的变化最小化的方法和系统。在一个实施方案中，提供了一种在无菌灭菌工艺中将成品温度的变化最小化的方法。所述方法包括将能量平衡前馈控制方案应用于无菌灭菌工艺。

在一个实施方案中，所述无菌灭菌工艺包括食物产品的无菌灭菌。

在一个实施方案中，所述成品是成人食物产品。

在一个实施方案中，所述成品是婴孩(baby)食物产品。

在一个实施方案中，所述成品选自水果、蔬菜、蛋白质、谷物(grain)、乳品(dairy)及其组合。在一个实施方案中，所述成品包含蔬菜。

在一个实施方案中，所述成品仅包含一种成分。所述成品可以包含多于一种的成分。所述成分可以是甘薯和胡萝卜。

在一个实施方案中，所述成品是均相的产品。所述成品也可以是非均相的。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案包括附加的(additive)前馈控制器。

在一个实施方案中，所述附加的前馈控制器计算来自能量平衡的蒸汽需求。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案包括提供反馈调整(trim)的指示温度的控制器。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案包括指示热的控制器。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案包括流量指示。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案包括温度指示。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案能减轻成品的温度变化。

在一个实施方案中，所述成品的温度变化是由流速的变化导致的。

在一个实施方案中，所述成品的温度变化是由原料产品温度的变化导致的。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案被应用于无菌灭菌工艺的加热组件(component)。

在一个实施方案中，所述加热组件包括蒸汽热源。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案包括由加热器上的第一性原理(first principles)能量平衡计算得到的热源调节，其与用反馈温度控制计算得到的调节组合。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案包括由冷却剂上的第一性原理能量平衡计算得到的冷却剂源调节，其与用反馈温度控制计算得到的调节组合。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案被应用于无菌灭菌工艺的冷却组件。

在一个实施方案中，所述能量平衡前馈控制方案导致与干扰(disturbance)同时到达成品的前馈校正，其是通过至少一个输入变量的动力学调节实现的。

在一个实施方案中，所述至少一个输入变量选自产品的密度、产品的流速、产品的热容、产品的温度或其组合。

在另一个实施方案中，提供了一种在无菌加工系统中降低对成品变化的影响的方法。所述方法包括针对在无菌灭菌工艺中使用的热源设定目标设置和根据来自能量平衡前馈控制系统的计算调节所述目标设置。本领域技术人员能理解的是，所述目标设置是在适宜于生产该产品的温度下产生最终产品的设置。

在又一个实施方案中，提供了一种在无菌加工系统中降低对成品变化的影响的方法。所述方法包括针对无菌灭菌工艺中使用的冷却工艺设定目标设置和根据来自能量平衡前馈控制系统的计算调节所述目标设置。

在一个实施方案中，对目标设置的调节是由产品流速的变化导致的。产品流速的变化是由对无菌灭菌工艺的干扰引发的，所述干扰选自平衡产品流速与包装填充速度的流速调节、防止无菌度损失的调节、针对优化过程的调节或其组合。