乳品生产线设计

5 离心泵 6 水调节阀 7 膨胀容器 8 安全和排气阀
乳品加工手册 / 第 7 章
8
6
7
T1 温度显示器 P1 压力显示器
蒸汽 加热介质 水、包括冷凝水
185
膨胀容器（7）的作用是调整由于水加热而引起的体积增加。此系统也包括压 力和温度显示器以及安全阀和排气阀（8）。
温度控制
恒定的巴氏杀菌温度靠一个对蒸汽调节阀（图 7.2 中的 2）能起作用的温度控制 器来维持。产品温度任何一点儿下降的趋势都会被设在保持管之前产品线上的传 感器检测到。然后，传感器将此信号传给控制器，控制器就会打开蒸汽调节阀给 水提供更多的蒸汽，这就可以增加循环水的温度，而阻止了产品温度的下降。
加热和冷却介质是否具备，加工设备的清洗等。 ● 经济上——达到规定的产品质量标准的全部生产费用要尽可能地低。 ● 法律上——法定加工参数，而且要法定部件和系统溶液的选择。
保持管
热水准备
蒸汽
牛乳进
原乳贮存
热处理
缓冲贮存
牛乳灌装
冰水
图 .7.1 最普通的牛乳巴氏杀菌工艺流程图
净化
图 7.1 所示的加工流程是关于全脂乳巴氏杀菌热处理的流程。
13
12
这就意味着经过巴氏杀菌的产品的压力要高于热交换另一侧介质的压力，所 以，在生产线上安装了一台增压泵，如图 7.3 中 2 所示。可以放在保持管之 后，也可放在最终加热段之前。后者降低了泵的操作温度，并延长了它的寿 命。泵提高压力并维持巴氏杀菌产品在通过巴氏杀菌器的热回收段和冷却段 时的压力差。
乳品加工手册 / 第 7 章
板式热交换器
牛乳巴氏杀菌的主要目的是破坏致病微生物，为了实现这一点，牛乳通常被 加热到不低于 72℃，至少保持 15 秒，然后快速冷却。这些参数已在许多国 家通过法律作了规定。
当有关的参数已知时，板式热交换器的尺寸可以计算出来。在当前这个例子
中，参数为：
● 设备能力
20000L/h
图 .7.3 自动温度控制回路。
TT 温度传感器 1 保持管 2 增压泵 3 转向阀
产品 蒸汽 加热介质 冷却介质 转向液流
巴氏杀菌器的冷却系统 如上所述，产品主要是通过热回收换热进行冷却，热回收的最大效率约为 94-95%，这就意味着从热回收冷却获得的最低温度约为8-9℃，这样将牛乳 冷却到 4℃贮存，就要求约为2℃的冷却介质，如果最终温度高于 3-4℃，就 只需要使用冰水。若要实现更低的温度，就有必要使用盐溶液或酒精溶液， 以防止出现冷却介质结冰的危险。
3 21
保持
保持管的长度和体积要根据已知的保持时间，设备的每小时生产能力，以及 管子的尺寸（一般指巴氏杀菌设备的管子）来计算。保持管的尺寸数据在 6.1 节中已经给出。一般保持管要用不锈钢罩盖起来，以防人们触摸时烫伤，也 防止热辐射。
巴氏杀菌的控制
必须确保牛乳在离开板式热交换器之前，已经经历了充分的巴氏杀菌。假如 杀菌温度降低到72℃以下，那么未巴氏杀菌的牛乳就必须与巴氏杀菌的牛乳 分开来。为实现这一点，在保持管的下游段安装有温度传感器和液流转向阀， 假如温度传感器检测出通过它的牛乳没有充分地被加热，转向阀就会将未巴 氏杀菌的牛乳打回到平衡槽。
冷却介质从乳品厂的制冷设备到如图 7.4 所示的需冷部位之间 进行循环要控制进入巴氏杀菌器的冷却介质的流量，以维持产品 出口温度的恒定。这可以通过一个调节循环来实现。此循环包 括产品出口管线上的温度传感器，控制板上的温度控制器以及冷却 介质入口管线上的调节阀，根据传感器的信号，由控制器来改变调节阀的位置。
对于液流转向阀的位置，可有各种各样的解决方法满足当地法规和要求，以 下是三种常用的可供选择的方法： 1 液流转向阀恰好位于保持管的出口端。保持管后面安装一台增压泵，阀在 泵之前。如果温度低于了预定值，阀门立即打开液流转入平衡槽，同时泵停 止工作。热回收段和冷却段的流体保持不变。（即使是没有增压泵介入）。
图 7.2 所示的水加热器是一个封闭的系统。它包含有一个专门设计的、小巧的、 很简单的板式热交换器（3），此交换器上还备有蒸汽调节阀（2）和疏水器（4）。 介质水借助于离心泵（5）在加热器（3）和巴氏杀菌器中的加热段之间进行循环。
4
3
21
5
图 .7.2 与巴氏杀菌器相连的热水系统原理
1 蒸汽截止阀 2 蒸汽调节阀 3 热交换器 4 蒸汽收集器(疏水器)
● 温度程序
4℃-72℃-4℃
● 热回收率
94%
● 加热介质温度
74-75℃
● 冷却介质温度
+2℃
工作介质的需要量（蒸汽、水和冰水）也要计算。因为这要影响到蒸汽调节 阀和冰水供给阀的选择。
板式热交换器各段之间的连接板都有供产品和工作介质进出的通口。进口和 出口连接可以竖直地也可以水平地排布。板式热交换器的端板（框架及压力 板）同样也备有进口和出口。
182
乳品加工手册 / 第 7 章
工艺设计中要考虑的事项
当设计一条生产线时，要考虑多方面的问题。这些问题可能时时有变化且非 常复杂。设计者要将重点放在那些对初级设计起作用的问题上，项目工程师 总是免不了要妥善地解决不同要求之间的关系。例如： ● 与产品有关——涉及原材料、原材料的处理及最终产品的质量。 ● 与加工有关——涉及设备能力、设备及设备匹配性的选择、加工控制程度，
图 .7.3 巴氏杀菌器的冷却系统
TT 温度传感器 产品 加热介质 转向液流
186
乳品加工手册 / 第 7 章
图 .7.5 完整的巴氏杀菌器包括：
1 平衡槽 2 供料泵 3 流量控制器 4 热回收预热段 5 离心净化器 6 加热段 7 保持管 8 增压泵 9 热水加热系统 10 热回收冷却段 11 冷却段 12 液流转向阀 13 控制盘
－供水 －蒸汽生产 －制冷 －供气动装置动作的压缩空气 －电力 －废水排放
大多数的辅助系统已在6.11节中介绍过。对工作介质的要求要在工厂设计确定下 来之后进行计算。这样，在设备的数量和电功率、气动装置的数量、以及设备的 工作时间等被确定下来之前，一定要先知道巴氏杀菌的温度程序以及所有的需 热、需冷部位的技术条件（冷藏、清洗系统等），这些计算在此书中没有写出。
板式热交换器的尺寸数据已在 6.1 节中给出。
热水加热系统
大气压下的热水或饱和蒸汽常被用作巴氏杀菌器中的加热介质，而热蒸汽由 于它的温差高而不采用。所以使用最普遍、最典型的加热介质是比要求的产 品温度高 2-3℃的热水。
压力为 600-700kpa(6-7bar)的蒸汽从乳品厂的锅炉中输送出来。这个蒸汽用 于加热水，然后热水加热产品达到巴氏杀菌温度。
巴氏杀菌
在加热段，用比巴氏杀菌温度高2-3℃（Δt=2-3℃）的热水将产品最终加热 到巴氏杀菌温度。热牛乳紧接着进入外设的保持管，通过保持管后，管线上 的传感器检测牛乳的温度。传感器连续地向控制盘上的温度控制器发出信号， 同样的信号也被传送到记录装置上，记录巴氏杀菌温度。
液流转向
保管持后的传感器向温度监控器发出信号。一旦信号低于预定值，即规定的 最低温度时，监测器就改变液流转向阀的位置进行分流。在许多工厂中，液 流转向阀的开闭位置与巴氏杀菌温度要一同记录下来。
184
根据欧洲共同体设Leabharlann Baidu的规章， 热处理设备一定要得到主管部 门的批准或认可，至少要带有： ● 自动温度控制 ● 记录温度计 ● 防止不充分加热的自动安全
装置 ● 防止巴氏杀菌乳或灭菌乳与
未完全加热的牛乳混合的适 合的安全系统 ● 与上述目的相关的安全系统 的自动记录装置
法定要求： ● 热处理 ● 记录 ● 热处理之前净化 ● 防止再污染
一些法定的要求
在大多数生产各种乳制品的国家里，以法律的形式制定下某些要求，以防止 消费者受到致病微生物的感染。措词和建议可能有所变化，但一般都要求如 下的一些内容：
● 热处理
牛乳一定要以一定的方式进行热处理，以便杀死所有的致病微生物，最低的 温度和保持时间 72℃、15s 一定要保证实现。
● 记录
加热温度一定要自动记录，而且记录卡要保留到一个规定的时间。
热交换器一定要经过计算，以便维持巴氏杀菌乳流体侧的压力高于非巴氏杀菌 乳和工作介质一测的流体压力。如果在热交换器中发生渗漏，巴氏杀菌乳必须 要流入非巴氏杀菌乳中或是流入冷却介质中，而不会反向进行 . 为了安全，通 常需要一个增压泵来产生压差，在一些国家中，这已是必须遵守的命令。
当出现由于加热介质暂时缺乏，而引起巴氏产品的温度降低的情况时，设备 上必须有一个转向阀，以使未充分加热的牛乳能返回到平衡槽。
设备选择
奶仓
奶仓的数量和规格由原乳的运送时间表和运送容积来决定。为了使设备能连 续运行，不会因为缺原料而停机，一定要保证能 7 小时生产用的原乳量。
牛乳在加工之前最好已经贮存了至少 1-2 小时，这样，在这个阶段中，牛乳 可自然脱气。短时间的搅拌是允许的，但直至排空前的 5~10 分钟才真正需要 搅拌，以使全部牛乳的质量均一，这样可以避免干扰自然脱气的过程。
在有些国家，法律上规定对于巴氏杀菌要安装增压泵。
完整的巴氏杀菌器
一个现代化的牛乳巴氏杀菌器是各种相匹配的部件组装成的一个成熟的加工 单元，它带有操作，监测和控制设备。
平衡槽
由浮子控制的进口阀来调节牛乳的流量，并保持平衡槽中的恒定液面，如果 牛乳的供给中断，那么液面将开始下降。
由于巴氏杀菌器在整个生产过程中一定要完全充满，以防止产品在板片上焦 糊。通常在平衡槽中安装一个低液位电极，当液面到达最低点时，立即传送 出一个信号，此信号驱动转向阀，使产品返回到平衡槽。 以水代乳连续循环运动一定时间后，巴氏杀菌器停机。
来自传感器的信号与巴氏杀菌器出来的产品温度成正比。这个信号通常与控 制盘上的温度记录仪相连，并记录在记录纸上。同时也记录了巴氏杀菌温度 和转向阀的开闭情况。
增压泵以防再污染
一定要特别注意防止巴氏杀菌产品被非巴氏杀菌产品和冷却介质再污染。即 使在巴氏杀菌中发生泄漏，也一定要保证巴氏杀菌产品向非巴氏杀菌产品及 冷却介质方向泄漏。
一小段时间过后，再没有温度回升，热交换器就会排空，清洗和消毒，到实 现满意的加热温度后，设备才再次启动。
● 热处理之前的净化
由于牛乳中常常含有固体物质，例如，脏颗粒，白血球和体细胞，所以牛乳一定要净化。 因为如果细菌成团或在牛乳中的颗粒上隐藏，巴氏杀菌的效率就会下降，所以在热处理
乳品加工手册 / 第 7 章
183
之前，一定要净化。牛乳可以在过滤器中净化或是在离心净化器中净化，后 者更有效。
● 防止再污染
设备要求
下列的设备要求有遥控装置： ● 贮存原乳的奶仓 ● 用于加热和冷却的板式热交换器，保持管和热水系统。 ● 离心净乳机（由于要处理全脂牛乳，所以在此例中不需要离心分离机）。 ● 用于已加工牛乳暂时贮存的缓冲缸。 ● 用于连接主要部件的管路，管件，以及用于控制和分配产品流动和清洗液
流动方向的气动阀。 ● 用于输送牛乳通过所有加工设备的泵。 ● 用于调节生产能力，巴氏杀菌温度以及阀门位置的控制设备。 ● 各种各样的辅助系统：
热回收预热
未经处理的冷牛乳被泵入巴氏杀菌器中的第一段，即预热段，在此，冷牛乳 被已经过巴氏杀菌的牛乳加热，同时，热牛乳被冷却。
如果牛乳需要在热回收段入口和出口温度之间的温度下进行处理，例如：55℃下 净乳，那么就把热回收段分成两段。计算出第一段以便牛乳在要求的55℃下离开 第一段，净乳之后，牛乳再返回到巴氏杀菌器，在第二段中充分地热回收预热。
第七章
设计一条生产线
当牛乳以最终精致的产品呈现到消费者面前之前，它已在乳品厂中各种类型 的设备中经历了一系列的处理。通常，生产是在密闭的系统中连续地进行的。 此密闭系统中的主要部件靠管路系统连接，所包含的加工形式和工艺设计决 定于最终产品。
本章叙述的工艺过程是普通的牛乳巴氏杀菌过程，这个工艺是市乳加工的基 本操作，同时也是一系列乳制品，如干酪和发酵乳制品生产中的重要的预处 理阶段。本章的目的就是列举设计者在设计全脂乳巴氏杀菌工厂时必须考虑 的一些问题。
供料泵
供料泵将来自平衡槽的 牛乳供给巴氏杀菌器， 平衡槽提供了一个 恒定的压头。
8 9
11 11
10 10
1
2
产品
蒸汽
冷水
加热介质
冰水
乳品加工手册 / 第 7 章
4
4
6
5 3
7
187
流量控制器
流量控制器保证牛乳以一正确的流量通过巴氏杀菌器，这就保证了巴氏杀菌要求 的稳定的温度控制和恒定的保持时间。通常流量控制器安装在第一热回收段之后。