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张振国 :以高新科技红外线灭菌机赋能 助力双碳目标实现

长富 2023-03-03 21776°c

科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂。科技创新是提高社会生产力、提升国际竞争力、增强综合国力、保障国家安全的战略支撑。在我国实现科技强国的征程上,我国科学家张振国教授勇毅前行,敢为人先,开拓创新;在促进经济发展、生态保护、改善民生的基础前沿等多个领域突破性研究成果发明专利九十五项,为我国科技自主创新能力的提升和经济发展的增强作出了开创性贡献,被授予国家级科技功臣,中国十大科技创新人物。

科研从不是一件容易的事。成绩单的背后,是张振国教授几十年如一日坚守、在关键核心技术不断攻克。九十五项发明中,荣获国家发明专利和实用型专利十六项、国际首创五项、国内首创三十二项,荣获全国及省部级奖三十三项,其中金奖十项,银奖、优良奖、开发奖六项,这是一份令人赞叹的成绩单。其中红外钱电脑超高温瞬时灭菌机是张振国教授潜心研究40年的科研成果,是国际最大生产能力的灭菌机,广泛用于牛奶、药液、饮料、酱油醋、果酒、医药、保健品等产品的灭菌,达到商业无菌,起到免加防腐剂,防止变质,延长保质期的目的,还能保持食品中的营养成分不被破坏,生产过程中不产生碳排放及废水,实现零污染零排放,为我国实现节能减排目标贡献科技力量。是食品安全、饮料灭菌保鲜的一次革命性创新,填补了国际空白。

张振国 教授级高级工程师、 研究员。原任国家食品机械行业标准化委员会委员、中国奶协工业委员会委员、中国畜牧产品加工研究会专家委员会委员、现任中国科学报社特聘科学家、中国管理科学院特聘研究员、中国乳品工社编委、现任北京得昊力新科技发展有限公总经理、北京国精机电科学技术研究院院长,天露恒健食品生物科技(天津)有限公司董事长。

潜心钻研 自立自强科技定力

1951年张振国出生于陕北农民家庭,由于家境的贫寒,只读完了小学。从16岁开始学徒做木工。学徒3年能够独立完成木器制作、设计等,在工作之余,张振国利用业余时间先后自学了《机械原理》、《材料力学》、《高等数学》等课程。1974年,张振国在陕西省靖边县中学创办校办木工厂,先后研制成功了“木工车床”、“木工带锯机”、“木工钻床”等木业加工机械,将一个校办工厂搞得红红火火,推动了校办企业的发展,受到了县委县政府及有关部门的表扬和嘉奖。1975年张振国被调到靖边县木材加工厂任副厂长兼技术负责人。生性好强的张振国没伸手向国家要一分钱,要一台设备,以自己顽强的毅力,设计并革新了“大带锯”、“万能细目带锯机”、“自动打眼机”、“多用机床”等13台/套木工机械设备。这些机械设备,经陕西省有关技术部门鉴定验收合格,投入生产,不仅使生产率提高了40%,而且使成本降低了20%,并为国家节约几十万元资金。该厂当年被评为全国科技先进单位、陕西省红旗单位。

国家为培养人才,送张振国教授去大学深造。在深造期间,张振国完成了“自动静脉注射仪”和“并联钻套”、“多机头钻床”科研计划。完成学业后,他主动牵头,自酬资金带领乡亲们发家致富,办起了科学技术实验站,成立县技术开发总公司,研究成功了新型饮料沙棘汁、沙棘浓缩汁、沙棘原汁、沙棘酒等,还搞成果品、肉类加工制品等34多个品种。张振国为了将靖边农副产品资源销到大城市,利用靖边农副产品资源到大城市搞深加工办厂,产品直销城市市场。为扩大生产组建了四厂一站,既“北京丰台沙棘饮料厂”、“西安北斗沙棘饮料厂”、“陕西靖边县食品饮料厂”、“陕西靖边县综合加工厂”、“靖边县科学技术实验站”。创办的“北京丰台区沙棘饮料厂”、商标为“北斗牌沙棘饮料”。 按张振国的计划,北京、靖边建立两条生产线,北京为沙棘汽水生产线,靖边为沙棘原汁生产线。靖边建厂三个月时间,于1985年9月30日前投产;北京建厂8个月时间,于1986年3月20日前投产。几经努力,北京厂也提前一个月完成了设备安装任务,于1986年3月10日投产。公司产品不但销往全国各地,而且销到美国、日本等国家。公司产品质量、经济效益上均名列前茅。

在张振国的带领下,北京厂投产七个月,收回总投资的百分之九十,实现利润30万元,超额完成了各项指标,当时靖边县全县工业收入180万元。沙棘系列饮料销往北京各大商场及全国各地,沙棘原汁销往美国、日本等国。

1986年8月,在全国沙棘办、轻工部、水利部、林业部、卫生部、工商局等联合召开的“全国沙棘产品质量评比会”上,张振国公司下设的,“北京丰台区沙棘饮料厂”“沙棘汽水”以92.82分的成绩取得了第一名,并获得了优良奖和开发奖,公司还创造了全国质最第一、经济效益第一、横向联营第一的好成绩。

名声在外的陕北老区在北京办饮料厂引起了很大的社会反响,北京和全国各大媒体纷纷报道。国家十分重视,胡耀邦给北京市长打电话,了解沙棘饮料厂的情况,询问有没有困难,让厂长张振国汇报情况,习仲勋书记指示说:要注意保护资源,要注重产品质量;政协副主席刘兰涛让秘书打电话,请张振国到他家做客;张振国还受到团中央、全国沙棘办、水利部、林业部、轻工部等打电话祝贺,询问厂里的情况;陕西省沙棘办、林业厅、轻工局和榆林地委的领导亲自来北京厂里祝贺、慰问。

张振国出席在北京人民大会堂召开的全国边陲优秀儿女金质奖章授奖大会。被授予全国边优秀儿女称号并获得金质奖章,获得全国第二次自学成材先进个人、陕西省新长征突击手标兵、陕西省“七五”竞赛特等奖、民办科技实业家等荣誉称号。还受到了杨得志、余秋里、胡乔木、秦基伟、胡启立、陈慕华、胡锦涛、温家宝、王兆国、刘延东、李源潮等亲切接见并合影留念。

1987年12月,张振国调入宁夏机械研究院,在研究院工作期间,使价值60多万元10多台已报废的机器重新使用。他还研制改造人造板专用设备13台,开发试制成功7种新产品,其中4种产品填补了宁夏空白。科研给工厂带来了勃勃生机,使面临倒闭的企业死而复生。在中卫两年任职期间,张振国完成了各项预定的经济指标,被中卫县和研究院评为先进工作者。张振国与同伴研究出系列电热产品:“全自动快速电热开水器”、“沐浴器”、“洗发器”,其中,“全自动快速电热开水器”获得国家专利。

张振国的研发成果对我国中国制造业发展有一定的影响力,被一家新加坡公司开出优厚的条件邀请出任该公司副总经理兼总工程师,被厚植家国情怀的张振国婉言谢绝。回到研究院后,张振国向院领导提出了研发“红外线灭菌机”项目。由于研究院专家认为他的想法是空想,不可能实现,研究院没有不上报。为了研究“红外线灭菌机”这一国际首创项目,张振国与研究院签订了停薪留职协议,独立研发“红外线灭菌机”。

紧扣行业科技  探索绿色低碳发展

随着我国经济不断发展,能源问题,环境污染问题也越来越突出。特别是食品产业在安全、节能减排领域面临着严重的挑战,作为百姓日常食品牛奶、酱油醋、果酒啤酒、饮料等食品,细菌污染损失严重。灭菌是保证食品安全的重要一环。如何有效灭菌的同时又不损伤食品品质。为了打破技术壁垒,张振国教授将自己全部积蓄投入,历经8年时间,研发成功世界上第一台“牛奶专用红外线超高温瞬时灭菌机”,填补了国际红外线灭菌技术在牛奶领域应用的空白。

为改变我国食品安全的状况,使科学技术尽快转化为生产力,造福于社会。张振国与伙伴在北京中关村上地国际科技创业园创办了高新技术企业—北京得昊力新科技发展有限公司。他们在以牛奶灭菌为主的第六代红外线灭菌机的基础上开发了燃气式化糖机等无污染、环保型红外线系列食品机械,开发了可直接替代由蒸汽锅炉提供热能的灭菌、预煮、化糖等,食品机红外线辐射加热技术,弥补了传统灭菌设备的诸多不足,而且具有自动化程度高、易于维护、生产过程无“三废”、投资少、见效快得昊力红外线电脑超高温瞬时灭菌机,改变了传统蒸汽对流体食品灭菌的方法,用红外线产生发热,用热杀消灭食品当中的致病菌和微生物,起到免加防腐剂,防止变质,延长保质期的目的还能保持食品中的营养成分不被破坏。

高新技术的研发标志着得昊力公司设备制造从电脑型向自动化、智能型、远程控制型迈出了核心一步,也标志着得昊力研发、制造技术的一次飞跃。经过团队全面测试,各项技术指标符合灭菌要求,操作更方便,自控程度更高,设备运行更加稳定,灭菌效果更好,也更加节能(每吨灭菌用电可控制在18度电之内)。同时也是世界上最大的单机每小时灭菌20吨的大型红外线超高温瞬时灭菌机(注:世界最大单机灭菌机10吨/小时)。这一成果的出现,是世界首创,填补了国际灭菌机在食品领域应用市场空白,荣获国际专利金奖。

技术原理:

红外线超高温瞬时灭菌机是通过热原理,不再通过传统的使用锅炉和蒸汽,而是直接使用电产生红外线,红外线产生热,热杀消灭食品中的致病菌和微生物,也保护食品中营养成分、口感、颜色。技术原理是利用了灭菌与营养成分对温度有16倍敏感度。红外线超高温瞬时灭菌机原理与蒸汽灭菌机一样,都是热原理,但红外线灭菌机更节能,更先进,更科学,更耐用也更稳定。

技术参数

是国际最大生产能力的灭菌机,每小时最大生产量20吨。产能300公斤-20吨可定制,目前国内国际蒸汽灭菌机最大产量是单机15吨/小时,红外线超高温瞬时灭菌机可以做到单机20吨/小时,为世界首创);电压380V;功率6-300千瓦;灭菌温度80-140摄氏度;灭菌时间3-5秒;材质304食品级不锈钢,管道316不锈钢;自带CIP清洗,且可以自动清洗;运行方式电子、电脑、数控、全自动、智能可定制;液体输入输出自带泵;自动降温可瞬间将温度从140度降温至30-50 摄氏度,满足灌装要求,且温度可调;外型尺寸3.7*1.05*1.75--9.8*1.78*1.95。设备价格依据产量和行业所需从几万到一百多万不等。

技术优势:

6大功能:1、均质前预热(不需要用其他能源质物料加热到65℃均质,而是设备自带均质前预热功能);2、灭菌保鲜;3、出料冷却(出口温度30-50℃);4、自动清洗无死角;5、管道灭菌消毒;6、无菌热回流(可以直接连接无菌灌装机,不用无菌罐缓冲,减少二次污染)。

12大优势:1、降低灭菌环节设备投资50-70%(不需要购买锅炉及建设锅炉房);2、降低灭菌成本60-70%(蒸汽灭菌一吨需要成本50元左右,红外线灭菌机灭菌一吨不足15元,也不需要水处理费用);3、节省人力2-3倍(不用专业锅炉工及操作工);4、节约厂地90-95%(一吨设备占地仅需4平米);5、不产生污染物及碳排放,可实现无污染零碳排放绿色工厂(只用电力,不燃烧天然气等能源);6、灭菌温度高(80-140℃摄氏度可调,最高温度可达300℃);7、灭菌时间短(3-5秒)、彻底,完全达到商业无菌(不需添加防腐剂);8、减少营养损失,颜色口感变化非常小(红外线HUT灭菌最大优势);9、单机灭菌一体完成,不用锅炉制汽再输出到蒸汽灭菌机,灭菌机效果受制于锅炉;10、非压力容器无需年检,也不用压力锅炉持证操作工,无安全隐患;11、故障系数低,不需要日常维修,设备寿命长;12、单机用电,更易于实现自动化、智能化、远程化、数字化。

节约能源 污染零排放

从全国牛奶、果酒、饮料、酱油醋、药液五大行业产品灭菌技术看,98%以上的企业均采用是锅炉蒸汽式灭菌机灭菌,这些蒸汽锅炉能源大多采用天然气,如果按照最这个方法每灭菌1吨产品需约150公斤蒸汽计算,仅此环节全国年消耗天然气约27.83亿立方,年二氧化碳排放546万吨(按照天然气燃烧排放二氧化碳1.96公斤/立方计算),这些行业如果加上其他工艺如使用热水、管道灭菌、包装物灭菌等工艺环节使用锅炉天然气,产生的二氧化碳排放预计将超过1500万吨,在二氧化碳排放量如此高的情况下,国家实施的”双碳”目标何时能实现。

红外线灭菌机由于不再使用锅炉和蒸汽,仅使用单一电力,不产生碳排放及废水,实现零污染零排放。广泛应用于牛奶、药液、饮料、酱油醋、果酒、医药、保健品等产品的灭菌达到商业无菌外,还能用于各产品各工艺的灭菌,含企业用热水、管道灭菌、包装物灭菌等。采用红外线灭菌机进行灭菌生产,每年可为国家至少减少天然气使用27.83亿立方,减少二氧化碳排放546万吨。如果红外线灭菌机灭菌1吨产品耗电仅为18度,按照目前工业用电峰电价格0.72元/度,则灭菌成本为12.96(18*0.72)。

而蒸汽灭菌技术(带热回收技术)每灭菌1吨产品需约150公斤蒸汽计算,蒸汽锅炉每生产1吨蒸汽需76立方天然气,目前生产用天然气均价3.8元/m³灭菌1吨产品需成本43.32元(76*3.8*150/1000),红外线灭菌是蒸汽灭菌的29.92%,每吨节约成本30.36(43.32-12.96)元,较蒸汽灭菌节能70.08%;如果按照谷电电价计算,则节能效果远大于70.08%。全国上述行业总产量估算,采用红外线灭菌机较蒸汽灭菌机每年可节约78.5亿元(25600万吨*30.36元/吨)。

全国现有使用蒸汽灭菌机最少30万台,如果全国推广“红外线灭菌机”20万台,以每小时生产能力以五吨计算“红外线电脑超高温瞬时灭菌机”,灭菌每吨液体比传统蒸汽灭菌机节约能源费59.43元,每台、每班八小时,可节约能源费4754.4元,每年生产时间按300天计算,每年、每台节约能源费118.5万元。推广20万台可每年节约能源费2377.2亿元,使用十年可节约23772亿元。还能给国家纳税几佰亿元。还能让全国饮料食品企业实现无污染绿色工厂。

红外线电脑超高温瞬时灭菌机每台总投资56万元,传统蒸汽灭菌机总投资103万元,包括灭菌机、锅炉及锅炉房、水处理设备。“红外线电脑超高温瞬时灭菌机”节约投资27万元。红外线灭菌机,年生产2万吨饮品能源成本27.6万元。传统蒸汽灭菌机年生产2万吨饮品能源成本146.15万元,红外线电脑超高温瞬时灭菌机年节约生产耗能成本118.55万元。红外线电脑超高温瞬时灭菌机”与“传统蒸汽灭菌机”相比有以下七大综合优点:

1、降低设备投资:50-70% ;

2、降低产品成本:60-70% ;

3、节省人力:1-2倍;

4、节约厂地:99% ;

5、实现0污染0废汽排放的绿色工厂;

6、灭菌温度高、瞬时、减少营养损失;

7、红外线新技术代替传统灭菌法,高效节能减碳。

上述节能减排的效益显示,在国内推广使用红外线灭菌机是落实国家“双碳”战略目标,积极践行绿色发展理念,深耕绿色低碳产业,为服务贡献“双碳”目标贡献科技力量。

操作详情:

注:设备自左往右分别是1、操作平台,即将需要灭菌的技术参数如灭菌温度、时间等输入,点击启动即可,也是整个设备的控制系统;2、中间是清洗桶,每次生产完毕,启动清洗功能,根据企业生产需要,可以采用酸碱洗等,确保设备下次生产时正常使用。定期清洗也是设备维护的重要内容,可延长设备使用寿命;3、最右边箱体是灭菌体和热交换体,即设备红外线发生、制热、灭菌均在此箱体内,设备温度一般在135-140℃均可达到产品的商业无菌,同时该箱体还是热交换体,即灭菌后的产品在超高温状态下释放热量,被下一批未灭菌的产品吸收,起到预热的目的,实现热能在该箱体内再利用及循环,达到节能目的,灭菌后产品的出口温度为30-50℃。

设备一个进料口与待灭菌产品储藏罐链接,灭菌后的出料口与无菌灌装机链接,设备自带无菌热回流功能,可以不用无菌罐;设备可与均质机连体使用,实现均质前预热,无需均质单独加热,设备自带泵,开机启动即可实现无人化操作连续生产,真正实现自动、省时、省工、节能、精准控制的目的,设备温度控制显著高于蒸汽的温度控制可达到+-0.2℃,因此灭菌效果也远好于蒸汽灭菌机。

食品安全是关系国计民生,关系国家经济健康发展和社会稳定的大事,红外线灭菌机作为节能减排,抑制微生物和消灭微生物,改善食品品质,保证食品安全重要科技成果支撑,产品遍布全国各地,其中军企使用占大比重如;中央军委后勤部食品基地、解放军总参基地、解放军新疆马兰63650部队、解放军总参三部61062部队乳品生产基地、解放军酒泉卫星发射中心等。乳品饮料品牌用户:露露、天润、香港福斯,三鹿集团、完达山乳业等;调味品品牌用户:六必居、宁化府益源庆、食客缘、龙门米醋、宽牌、灯山井等;中药液用户:滨州中医院中药厂;饮料果酒用户:烟台葡萄酒、青岛饮料厂、维康饮品等。

胸怀祖国、服务人民的爱国精神,自主创新,敢为人先是张振国教授科技报国的成功密码。受到国家领导人胡锦涛、温家宝、王兆国及老将军杨得志、余秋里等亲切接见,被授予国家级特殊贡献功臣,共和国建设者、世界名人、2013年度最具影响力人物十大杰出诚信企业家等荣誉称号,个人事迹先后受到中央电视台、宁夏电视台、陕西电视台、《人民日报》、《中国食品报》、《中国奶业报》、《农产品加工报》、《陕西日报》、《陕西科技报》、《宁夏日报》、《宁夏画报》、《中国乳品工业》、《中国乳业》、《中国乳品》、《食品科学》、《食品工业科技》、《乳业导刊》等30多家新闻媒体争相报道。

作为红外线灭菌机的开发者和引领者,张振国教授探索出一条绿色发展+食品安全+节能环保的食品机械之路,在他看来,技术研发绝不局限于某一特定方向,而是切中行业痛点,让技术真正服务于行业需求。积极践行绿色发展理念,为食品安全、节能减排,节约产品成本突破技术发展瓶颈、促进食品安全环保产业升级起到了重要推动作用,用实际行动助力碳达峰和碳中和目标的如期实现。


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