乳制品生产必要的设备(精)

三、牛乳分离设备 对原料乳进行部分或全部分离，是乳制品加工中的重要操作。牛乳分离有重力分离和 离心分离两种方法。由于离心分离具有分离速度高，分离效果好，便于实现自动控制和连 续生产等特点，生产中均使用离心分离机进行牛乳的分离。 （一）碟式分离机的分类 牛乳分离中使用的分离机为碟式分离机，按其进料和排液操作中的压力状态不同，可 以分为开放式、半封闭式和封闭式 3 种类型。开放式也称敞开式，进料和出料均在常压重 力条件下进行；半封闭式一般采用常压重力进料，封闭式压力出料；封闭式是指在分离过 程中，牛乳的进入以及分离的稀奶油和脱脂乳的排出均在封闭条件下形成一定压力排出。 一般应尽可能选用封闭式离心分离机，以适应食品加工的卫生要求和实现连续化生产。 （二）碟式分离机的结构和工作原理 碟式分离机的转鼓如图 3-1-5 所示，转鼓内装有许多互相保持一定间距的锥形碟片，使 液体在碟片间形成薄层流动而进行分离。在碟片中部开有一些小孔，称为“中性孔”。物料 从中心管加入，由底部分配到碟片层的“中性孔”位置，分别进入各碟片之间，形成薄层 分离。密度小的稀奶油在内侧，沿碟片上表面向中心流动，由稀奶油出口排出；重的脱脂 乳则在外侧，沿碟片下表面流向四周，经脱脂乳出口排出。少量的杂质颗粒沉积于转鼓内 壁，定期排出。
νg
=
d 2 (ρ1 − 18η
ρ2)
g
式中 vg——重力作用下的脂肪球上浮速度，m/s
d——脂肪球直径，m；
ρ1、ρ2——脂肪球密度、脱脂乳密度，kg/m3 g——重力加速度，m/s2
η——液体黏度，kg/(m·s)
由上式可知，重力作用下脂肪球上浮速度与脂肪球直径的平方、脱脂乳和脂肪的相对
密度差成正比，与液体介质的黏度成反比。
（3）在使用过程中，必须定时拆洗，并严格消毒。
用过滤器净化牛乳，设备简单，操作容易，但只能除去肉眼可见的机械杂质。因此，
一般用于鲜乳的预过滤。
（二）离心净乳机
1．离心Βιβλιοθήκη Baidu乳机的工作原理和结构
离心净乳机是利用高速旋转的转鼓产生的离心力，将牛乳中密度较大的杂质甩向离心
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机转鼓的周壁，并在周壁上沉积下来，从而达到净化牛乳的目的。 离心净乳机主要由转鼓、排渣机构、驱动机构和控制系统等组成，如图 3-1-4 所示。
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第二章 牛乳的净化和分离技术装备
净化是指除去鲜乳中的机械杂质和乳腺中脱落的细胞组织，以及附着于这些杂质上的
一些微生物的操作。
分离是对鲜乳中的脱脂乳和稀奶油二组分进行分离，以便后续工序对产品进行标准化
处理，或生产脱脂乳粉、半脱脂乳粉、奶油、乳酪等产品。
一、牛乳的分离原理
牛乳主要由脂肪和脱脂乳组成，其中乳脂肪的相对密度为 0.93，脱脂乳的相对密度为 1.035。如果把新鲜牛乳放置在容器中，静置一段时间后，由于密度不同，乳脂肪会上浮， 在上部形成一层稀奶油层，牛乳靠重力分离的速度遵循斯托克斯定律。
图 3-1-4 离心净乳机 1-转鼓 2-碟片 3-环形间隙 4-活动底 5-密封圈 6-压力水室
7-压力水管道 8-阀门 9-转轴 10-转鼓底 转鼓由呈锥形的转鼓盖 1 和转鼓底 10 组成，并安装在转轴 9 上，电动机经驱动装置可 带动转鼓高速回转。转鼓中间直径最大，结合处有一环形间隙 3，活动底 4 可作少量的轴 向移动。当压力水进入活动底下面的压力室 6 时，活动底在压力水作用下上升，与转鼓盖 闭合，整个转鼓成为一个封闭体。切断压力水后，活动底受牛乳的重力作用下降，即可闪 出环状间隙。压力水按工艺要求定期自动地进入和排出，使活动底上升和下降，就可定时 地将分离出的沉渣从环状间隙中排出转鼓外。转鼓内有许多呈倒锥形放置的碟片 2，其作 用是减小沉降距离，增加沉降面积，以提高分离效率。 2．离心净乳机的工作过程 过滤后的鲜乳由上方中央管道进入转鼓，并从转鼓的底部充满碟片间隙和整个转鼓。 由于转鼓的高速回转，密度较大的杂质在离心力的作用下由碟片锥面滑出并甩向四周。由 于转鼓中间的结合处直径最大，流速最小，沉降速度就最大，因此杂质便沉积于环形间隙 3 处。当环形间隙处的杂质达到预定数量时，由机电联合控制，压力水进口阀门关闭，压 力水排出，活动底便在重力作用下下降，从而闪出一条狭窄的环状缝隙，杂质便在离心力 作用下迅速甩出，随即压力水马上进入压力室，使活动底上升压紧密封圈，整个转鼓又成 为一个封闭体，从而开始下一个工作循环。 3．离心净乳机的特点 离心净乳机的生产能力大，分离效果好，排渣速度快（仅需几秒钟），全机由自动程序
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控制，操作管理方便，工人劳动强度低。但它的控制系统和设备结构较复杂，对安装、调 整和维护的技术水平要求较高，且在排渣时会损失一部分鲜乳，需另设回收装置。
离心净乳机的连续运转时间与牛乳温度有关，一般净化低温牛乳（4℃～10℃）时可运 转 8h，净化高温牛乳（57℃左右）时可运转 4h。若需连续生产，通常设置两台交换使用。
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图 3-1-5 封闭式离心分离机碟片组合示意图 l-通过空心轴进料 2-转筒主体 3-沉积物的空间 4-锁定环 5-转筒上罩
6-分布器 7-转盘塔 8-顶部转盘 9-脱脂牛奶出口 10-奶油出口 （三）影响牛乳分离效果的因素 1．转速 分离机转速越快，则分离效果越好。但转速的提高受到分离机械结构和材料强度的限 制，一般控制在 7000r/min 以下。 2．牛乳流量 进入分离机中牛乳的流量应低于分离机的生产能力。若流量过大，分离效果差，造成 脱脂不完全，影响稀奶油的得率。 3．脂肪球大小 脂肪球直径越大，分离效果越好，但设计或选用分离机时应考虑需要分离的大量的小 脂肪球。目前可以分离出的最小脂肪球直径为 1μm 左右。 4．牛乳的清洁度 牛乳中的杂质会在分离时沉积在转鼓的四周内壁上，使转鼓的有效容积减小，影响分 离效果。因此，应注意分离前的净化和分离中的定时清洗， 5．牛乳的温度
f = ν = a = rω 2 νg g g
在上例中，f=3896.0/0.597≈6500，即离心分离速度约为重力分离速度的 6500 倍。
分离因素越大，离心力越大，凡分离因素在 5000～10000 之间的离心分离机属于高速
离心机。用于净乳及牛奶分离的离心机都是高速离心机，
二、牛乳净化设备
乳制品生产中，牛乳的净化常采用过滤器和离心净乳机。
乳制品生产必要的设备
乳品是我国食品行业首要发展的食品。乳制品工业对提高国民的营养水平和身体素质， 促进农牧业生产，加速国民经济发展，都具有重要意义。目前，我国的乳制品生产与消费 水平同世界发达国家相比，还处于起步阶段，人均奶及奶制品占有量远远低于世界平均水 平。国务院根据有关专家提出的“一杯奶，强壮一个民族”的方针，在当前国家重点鼓励 发展的产业、产品和技术项目中把乳品的生产作为主要发展项目，为乳制品工业的发展开 辟了广阔的前景。
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ν
=
(3 ×10−6 )2 × (−48) 18 ×1.42 ×10−3
× 0.2 × ( 2 × 3.14 × 5400)2 60
=-0.108×10-2(m/s)=-1.08(mm/s)=-3896.0(mm/h)
用离心沉降速度与重力沉降速度的比值，可以得出与重力分离相比较的离心分离效果，
比值称为离心分离的分离因素，以 f 表示，即：
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心分离机就是依据这一原理工作的。图 3-1-3 所示，为最简单的离心分离机，牛乳随转鼓高 速旋转，使得密度不同的稀奶油和脱脂乳分层，稀奶油在分离转鼓中心较近出口流出，脱 脂乳在距转鼓中心较远出口流出，杂质颗粒则沉于四周底部。又因为缩短沉降距离，可以 缩短沉降时间，为此在转鼓中加入一组圆锥碟片，以提高分离能力。
（一）过滤器
用过滤器除去牛乳中的杂质是一种最简单的净化方法。它是采用铜质或不锈钢金属细
丝，制成各种形状的筛子，并覆盖多层纱布，形成滤层。当牛乳通过滤层时，杂质就会被
截留，从而达到净化牛乳的目的。
连续生产中可采用管式过滤器，它安装在牛乳输送管道中，较牛乳管路稍粗。过滤管
内有两重金属套管，均为不锈钢制造，内管管壁钻满直径 0.5mm 的小孔，牛乳在内外管之
乳制品工业采用的原料乳主要是牛奶，乳制品也多指以牛乳为原料，加工制成的成品 或半成品。本章主要讲述乳制品生产中常用机械设备的工作原理、结构、特点及使用和维 护。
第一章 乳品生产设备及流程举例 乳制品种类很多，其生产设备流程也各不相同，下面介绍两种主要乳制品的生产设备 流程。 一、全脂乳粉生产设备流程 全脂乳粉生产设备流程如图 3-1-1 所示，鲜乳验收后，必须经过过滤机和净乳机进行预 处理，以去除原料乳中的机械杂质并减少微生物的数量。随后，鲜乳进入贮料罐，再经杀 菌器杀菌后，进入浓缩设备，使乳中水分蒸发，以提高乳固体的含量，达到所要求的浓度。 接着经过滤器过滤后，进入喷雾干燥设备，干燥成乳粉，再经分离器分离，进入贮粉器， 送往包装机完成产品的包装。
νg
=
(3 ×10−6 )2 18 ×1.42
× (−48) × 10 −3
×
9.81
=-0.166×10-6(m/s)=-0.166×10-3(mm/s)
=-0.597(mm/h) 由计算可知，在重力作用下，脂肪球上升速度是非常慢的。根据斯托克斯定律，如果
用离心加速度来代替重力加速度，就可以提高脂肪球上浮速度。现代乳品工业中使用的离
设：鲜奶放置在一容器中，在重力条件下静置，则脂肪球将开始向表面聚集，其上升
速度可用上述方程计算。设室温在 35℃左右时测得以下各值： d=3μm=3×10-6m (ρ1-ρ2)=(980-1028)=-48kg/m3 η=1.42cp=1.42×10-3kg/（m·s） 取 g=9.81m/s2 计算得：
（1）简单的离心机
（2）-带碟片的离心分离机
图 3-1-3 离心分离原理 离心分离时的沉降速度计算公式为：
ν = d 2 (ρ1 − ρ2 ) a 18η
= d 2 (ρ 2 − ρ1 ) rω 2 18η
= d 2 (ρ1 − ρ 2 ) r(2πn)2 18η
式中 ν——离心力作用下的脂肪球沉降速度，m/s； d——脂肪球直径,m；
图 3-1-2 是甜炼乳的生产设备流程图。
图 3-1-2 甜炼乳生产设备流程 1-鲜乳进口 2-过滤器 3-净乳机 4-贮料罐 5-标准化机 6-杀菌器 7-浓缩设备 8-溶糖设备 9-冷却结晶机 10-包装机 鲜乳先经过滤、净化后，再经贮罐进入标准化机，使乳中脂肪和乳固体的比率达到产 品要求，然后进行预热杀菌和浓缩。经过浓缩的浓缩乳及时送入冷却结晶机迅速冷却，使 处于过饱和状态的乳糖形成微结晶，以保证炼乳具有细腻的感官品质，并减少成品在贮存 期的变稠与褐变的倾向，最后进行成品的包装。
ρ1、ρ2——脂肪球密度，液体（连续相）密度，kg/m3； a——离心加速度，m/s2； ω——角加速度，rad/s； r——旋转半径；m； η——液体黏度；Pa·s； n——转速，m/s。 以上式对前述采用重力静置分离的鲜奶进行重新计算，取旋转半径为 0.2m、转速 n=5400r/min，其余参数不变。 计算得：
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牛乳的温度提高，黏度降低，脂肪球和脱脂乳的密度差增大，有利于提高分离效果。 但温度过高，会引起蛋白质凝固或起泡。一般，乳温控制在 35℃～40℃，有时封闭式分离 机可高达 50℃。
6．碟片的结构 碟片的最大直径与最小直径之差和碟片的仰角，对分离效果影响很大。一般碟片平均 半径与高度的比值为 0.45～0.70，仰角以 45°～60°为佳。 7．稀奶油含脂率 稀奶油含脂率根据生产质量要求可以调节。稀奶油含脂率低时，密度大，易分离获得； 含脂率高时，密度小，分离难度大一些。 （四）牛乳分离机的操作要点 （1）要严格控制进料量，进料量不能超过生产能力，否则将影响分离效果。 （2）采用空载启动，即在分离机达到规定转速后，再开始进料，以减少启动负荷。 （3）牛乳分离前应预热，并经过滤净化，避免碟片堵塞，影响分离。 （4）分离过程中应注意观察脱脂乳和稀奶油的质量，及时取样测定。一般脱脂乳中残 留的脂肪含量应在 0.01%～0.05%以下。 （5）在分离机的稀奶油出口处，有一调节器，内有一细小的调节螺钉，向里旋入，减 少稀奶油回转内侧半径，可得密度小，含脂率高的稀奶油；向外旋，则得密度大，含脂率 低的稀奶油。
图 3-1-1 全脂乳粉生产设备流程 1-鲜乳进口 2-过滤器 3-净乳机 4-贮料罐 5-杀菌器 6-浓缩设备 7-过滤器 8-喷雾干燥设备 9-旋风分离器 10-贮粉器 11-包装机 二、甜炼乳生产设备流程 炼乳的品种主要有甜炼乳和淡炼乳，其中，甜炼乳是在原料乳中加入约 16%的蔗糖，
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并浓缩到原体积的 40%左右的一种乳制品。炼乳有均匀的流动性和很好的保存性，可用作 饮料和食品加工的原料。
间流过即可达到净化的目的。
在使用过滤器进行过滤净化时，应注意下面几点：
（1）牛乳的含脂率在 4%以上时，应将牛乳温度提高到 40℃以上，但不要超过 70℃，
以降低其黏度，加快过滤速度。
（2）在正常操作时，过滤压力不可过大，一般控制过滤器过滤前后的压差在 0.07MPa
以内，以避免杂质穿过滤布，影响净乳质量。