第1章　乳品加工機(jī)械與設(shè)備

內(nèi)容描述

本章主要介紹典型乳制品加工工藝流程與現(xiàn)代化乳制品生產(chǎn)企業(yè)所使用的乳品加工機(jī)械與設(shè)備，包括機(jī)械設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)、設(shè)備的使用與維護(hù)、常見(jiàn)故障原因分析與故障排除方法等。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

●了解典型乳品加工工藝流程及生產(chǎn)現(xiàn)狀。

●深入了解分離機(jī)、均質(zhì)機(jī)、板式換熱器、管式換熱器、真空濃縮設(shè)備、噴霧干燥設(shè)備及無(wú)菌包裝設(shè)備等機(jī)械設(shè)備的用途、工作原理以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

●熟練掌握常用乳品加工機(jī)械設(shè)備的操作規(guī)程、操作注意事項(xiàng)以及日常使用與維護(hù)等基礎(chǔ)知識(shí)。

能力目標(biāo)

●能夠正確操作分離機(jī)、均質(zhì)機(jī)、板式換熱器、管式換熱器、真空濃縮設(shè)備、噴霧干燥設(shè)備、無(wú)菌包裝設(shè)備等機(jī)械設(shè)備。

●能正確處理常見(jiàn)故障并能分析原因排除故障。

1.1　典型乳品加工生產(chǎn)線

1.1.1　超高溫滅菌乳生產(chǎn)工藝流程

滅菌乳就是殺死牛乳中微生物，使牛乳保持商業(yè)無(wú)菌的過(guò)程。商業(yè)無(wú)菌（commercial sterilization）就是牛乳經(jīng)過(guò)適度殺菌后，不含有致病性微生物，也不含有在常溫下能在產(chǎn)品中繁殖的非致病性微生物。按照加工工藝，滅菌乳可分為兩大類(lèi)，即超高溫滅菌乳和保持滅菌乳。

超高溫瞬時(shí)滅菌（UHT）就是采用高溫、短時(shí)間，使液體食品中的有害微生物致死的滅菌方法，滅菌溫度一般為130～150℃，滅菌時(shí)間一般為數(shù)秒。歐共體對(duì)UHT產(chǎn)品的定義：物料在連續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)下，經(jīng)135℃以上不少于1s的超高溫瞬時(shí)滅菌，然后在無(wú)菌包裝狀態(tài)下包裝于微量透氣容器中，以最大限度地減少產(chǎn)品在物理、化學(xué)及感官上的變化，這樣生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品稱(chēng)為UHT產(chǎn)品。保持滅菌乳也稱(chēng)二段滅菌乳，就是先將牛乳經(jīng)過(guò)超高溫瞬間處理，進(jìn)行灌裝、封合后再進(jìn)行105～120℃，10～30min保持滅菌。

超高溫滅菌系統(tǒng)的加熱介質(zhì)為蒸汽或熱水，有兩種加熱系統(tǒng)可用于牛乳的連續(xù)型超高溫滅菌，即直接加熱系統(tǒng)和間接加熱系統(tǒng)。其中，在直接加熱系統(tǒng)中，原料乳首先通過(guò)間接式換熱器被加熱到80～85℃，然后與過(guò)熱蒸汽直接混合，立刻升溫至滅菌溫度140～150℃。在間接加熱系統(tǒng)中，產(chǎn)品與加熱介質(zhì)由不銹鋼導(dǎo)熱面隔開(kāi)，產(chǎn)品與加熱介質(zhì)沒(méi)有直接接觸，根據(jù)換熱器傳熱面的不同，可分為板式熱交換系統(tǒng)、管式熱交換系統(tǒng)和刮板式加熱系統(tǒng)。其工藝流程如圖1.1所示。

圖1.1　超高溫滅菌乳工藝流程圖

1）以板式換熱器為基礎(chǔ)的間接UHT設(shè)備

如圖1.2所示，約4℃的牛乳由貯存缸泵送至UHT系統(tǒng)的平衡槽1，由此經(jīng)供料泵2送至板式換熱器的熱回收段。在此段中，牛乳被已經(jīng)UHT處理過(guò)的乳預(yù)熱至約75℃，同時(shí)，殺菌過(guò)后的乳被冷卻。預(yù)熱后的牛乳隨即在18～25MPa的壓力下均質(zhì)。預(yù)熱均質(zhì)的產(chǎn)品繼續(xù)到板式換熱器的加熱段被加熱至137℃，加熱介質(zhì)為一封閉的熱水循環(huán)，通過(guò)蒸汽噴射頭5將蒸汽噴入循環(huán)水中控制溫度。加熱后，產(chǎn)品流經(jīng)保溫管6，保溫4s。最后冷卻分成兩段進(jìn)行熱回收，首先牛乳與循環(huán)熱水換熱，隨后與進(jìn)入系統(tǒng)的冷牛乳換熱，離開(kāi)熱回收段后，產(chǎn)品直接連續(xù)流至無(wú)菌包裝機(jī)或流至一個(gè)無(wú)菌罐作中間貯存。

圖1.2　間接加熱UHT乳生產(chǎn)線（板式換熱器）

1—平衡槽；2—供料泵；3—板式換熱器；4—均質(zhì)機(jī)；5—蒸汽噴射頭；6—保溫管；7—無(wú)菌罐；8—無(wú)菌灌裝

2）以板式換熱器和蒸汽注射為基礎(chǔ)的直接UHT設(shè)備

圖1.3　直接蒸汽噴射加熱的UHT生產(chǎn)線（板式換熱器）

1a—牛乳平衡槽；1b—水平衡槽；2—供料泵；3—板式換熱器；4—正位移泵；
5—蒸汽噴射頭；6—保持管；7—蒸發(fā)室；8—真空泵；9—離心泵；
10—無(wú)菌均質(zhì)機(jī)；11—無(wú)菌罐；12—無(wú)菌灌裝

如圖1.3所示的流程圖，由平衡槽提供的大約4℃的產(chǎn)品通過(guò)喂料泵2流至板式換熱器3的預(yù)熱段，在預(yù)熱至80℃時(shí)，產(chǎn)品經(jīng)泵4加壓后繼續(xù)流動(dòng)至環(huán)形噴嘴蒸汽注射器5，蒸汽注入產(chǎn)品中，迅速將產(chǎn)品溫度提升至140℃。產(chǎn)品在UHT溫度下于保持管6中保溫幾秒鐘，隨后閃蒸冷卻。閃蒸冷卻在裝有冷凝器的蒸發(fā)室7中進(jìn)行，由真空泵8保持蒸發(fā)室部 分真空狀態(tài)，控制真空度，保證閃蒸出的蒸汽量等于蒸汽最早注入產(chǎn)品的量。一臺(tái)離心泵將UHT處理后的產(chǎn)品送入二段無(wú)菌均質(zhì)機(jī)10中。由板式換熱器3將均質(zhì)后的產(chǎn)品冷卻至約20℃，并直接連續(xù)送至無(wú)菌灌裝機(jī)灌裝或一個(gè)無(wú)菌罐進(jìn)行中間貯存以待包裝。冷凝所需冷水循環(huán)由平衡槽1b提供，并在離開(kāi)蒸發(fā)室7后再經(jīng)過(guò)蒸汽加熱器加熱后預(yù)熱介質(zhì)。在預(yù)熱中水溫降至約11℃，這樣，此水可用作冷卻介質(zhì)，冷卻從均質(zhì)機(jī)流回的產(chǎn)品。

1.1.2　酸乳生產(chǎn)工藝流程

酸乳又稱(chēng)酸奶，已成為我國(guó)發(fā)展最快的乳制品之一。根據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)，世界年人均乳品消費(fèi)量達(dá)到100kg，而在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，人均乳品消費(fèi)量更是達(dá)到了300kg。酸奶在我國(guó)也正成為大眾化的乳制品。按成品的組織狀態(tài)可分為兩類(lèi)：凝固型酸奶，其發(fā)酵過(guò)程在包裝容器中進(jìn)行，從而使成品因發(fā)酵而保留其凝乳狀態(tài)；攪拌型酸奶，成品是先發(fā)酵后灌裝而得。發(fā)酵后的凝乳已在灌裝前和灌裝過(guò)程中攪碎而成黏稠狀組織狀態(tài)，因此而得其名。

酸奶以牛乳為主要原料，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、接種乳酸菌發(fā)酵劑、培養(yǎng)發(fā)酵而制成。其工藝流程如圖1.4所示。無(wú)論是做凝固型酸奶還是攪拌型酸奶，牛奶的預(yù)處理基本是一樣的，都包括標(biāo)準(zhǔn)化、均質(zhì)、殺菌和冷卻。

圖1.4　攪拌型酸乳生產(chǎn)工藝流程圖

如圖1.5所示為酸奶生產(chǎn)工藝的一般預(yù)處理流程。牛乳從平衡罐出來(lái)，被泵到換熱器2，進(jìn)行第一次熱回收并被預(yù)熱至70℃左右，然后在第二段加熱至90℃。從換熱器中出來(lái)的熱牛奶送到真空濃縮罐3，在此牛奶中有10%～20%的水分被蒸發(fā)，蒸發(fā)出的一些水分被用于預(yù)熱。在蒸發(fā)階段，牛乳溫度從85～90℃下降到70℃左右。蒸發(fā)后，牛奶被送到均勻機(jī)4進(jìn)行均質(zhì)，經(jīng)均質(zhì)的牛乳回流到換熱器2熱回收段，再加熱到90～95℃，然后牛乳進(jìn)入保持段，保溫5min。巴氏殺菌后的牛乳要進(jìn)行冷卻。首先是在熱回收段，然后用水冷卻至所需接種溫度，典型的是40～45℃。

圖1.5　發(fā)酵乳制品的一般預(yù)處理生產(chǎn)線

1—平衡罐；2—片式換熱器；3—真空濃縮罐；4—均質(zhì)機(jī)；5—保溫管

如圖1.6所示為攪拌型酸奶典型的連續(xù)性生產(chǎn)線。預(yù)處理后的牛奶冷卻到培養(yǎng)溫度，然后進(jìn)行接種，牛奶連續(xù)地與所需體積的生產(chǎn)發(fā)酵劑一并泵入發(fā)酵罐2，典型的攪拌型酸奶生產(chǎn)的培養(yǎng)時(shí)間為2.5～3h，溫度為42～43℃，在培養(yǎng)的最后階段，已達(dá)到所需的酸度時(shí)（pH4.2～4.5），酸奶必須迅速降溫至15～22℃，冷卻是在具有特殊板片的板式換熱器3中進(jìn)行，這樣可以保證產(chǎn)品不受強(qiáng)烈的機(jī)械擾動(dòng)。一般冷卻到15～22℃以后的酸奶先打 入緩沖罐4中，再進(jìn)入包裝機(jī)7進(jìn)行包裝。若需要生產(chǎn)調(diào)味酸奶，可在酸奶從緩沖罐到包裝機(jī)的輸送過(guò)程中加入果料和香料。

圖1.6　攪拌型酸奶的生產(chǎn)線

1—生產(chǎn)發(fā)酵劑罐；2—發(fā)酵罐；3—板式換熱器；4—緩沖罐；
5—果料/香料罐；6—混合器；7—包裝

1.1.3　乳粉生產(chǎn)工藝流程

一般意義上，乳粉（俗稱(chēng)奶粉）是指僅以原料乳為原料，經(jīng)凈化、殺菌、濃縮、干燥制成的粉末狀產(chǎn)品。但是從更廣泛意義上講，乳粉是指以生鮮乳或乳粉為原料，添加或不添加食品添加劑和食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑等輔料，經(jīng)脫脂或不脫脂、殺菌、濃縮、干燥或干法工藝制成的粉末狀產(chǎn)品。

如圖1.7所示為全脂乳粉生產(chǎn)工藝流程，用于生產(chǎn)乳粉的原料乳首先要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，包括原料乳驗(yàn)收、凈乳、冷藏、標(biāo)準(zhǔn)化、均質(zhì)及熱處理等，所使用到的設(shè)備與圖1.5發(fā)酵乳制品的一般預(yù)處理生產(chǎn)線相似。用于生產(chǎn)乳粉的牛乳需進(jìn)行濃縮，即除去牛乳中的一部分水分，使牛乳的干物質(zhì)含量提高。在全脂乳粉生產(chǎn)中，牛乳必須濃縮成含乳固形物為48%～50%的濃牛乳才能進(jìn)行噴霧干燥。如圖1.8所示，經(jīng)噴霧干燥處理后得到的就是乳粉，隨后還需進(jìn)行冷卻、篩粉等處理。然后將乳粉進(jìn)行包裝的操作即得到成品。

圖1.7　全脂乳粉生產(chǎn)工藝流程

圖1.8　全脂乳粉設(shè)備流程圖

1—磅奶槽；2—受奶槽；3—奶泵；4—凈乳機(jī)；5—冷卻器；6—貯奶罐；
7—預(yù)熱器；8—暫存罐；9—蒸發(fā)器；10—濃縮奶暫存罐；11—奶泵；
12—噴霧干燥塔；13—洗罐機(jī)；14—烘干機(jī)；15—冷卻室；
16—螺旋輸送機(jī)；17—篩粉機(jī)；18—定量包裝臺(tái)；19—封蓋機(jī)；20—成品

1.2　分離機(jī)

牛乳在采集運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中可能會(huì)混雜一些環(huán)境中的雜質(zhì)和牛體中的上皮細(xì)胞、白細(xì)胞等，離心分離機(jī)的工作原理是將牛乳通入一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的分離缽內(nèi)，利用離心力將這些密度不同的物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)。因此，在乳制品的生產(chǎn)過(guò)程中，離心分離機(jī)可用來(lái)對(duì)原料乳進(jìn)行凈化處理和標(biāo)準(zhǔn)化處理以及奶油的分離與均質(zhì)等。

1.2.1　分離機(jī)的工作原理

分離機(jī)工作時(shí)分離缽高速旋轉(zhuǎn)，原料乳進(jìn)入分離缽內(nèi)，而后經(jīng)碟片組上的垂直通孔從下而上上升充滿(mǎn)各碟片之間。當(dāng)分離缽高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)碟片間的乳液旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，使進(jìn)入碟片中的乳液在碟片之間形成一層薄膜。如圖1.9（a）所示，牛乳中的顆粒和脂肪球根據(jù)它們相對(duì)于連續(xù)介質(zhì)（即脫脂乳）的密度不同而開(kāi)始在分離通道中徑向朝里或朝外運(yùn)動(dòng)。碟片間密度小的脂肪球流向旋轉(zhuǎn)軸，密度大的脫脂乳沿碟片向四周流動(dòng)，機(jī)械雜質(zhì)則沉淀在分離缽周?chē)谋谏?。分離后的脫脂乳沿上碟片外面流動(dòng)，而稀奶油則沿上碟片的內(nèi)面流動(dòng)。從而分離機(jī)順利地將稀奶油和脫脂乳分離開(kāi)來(lái)。

圖1.9　分離機(jī)碟片圖

1.2.2　分離機(jī)的結(jié)構(gòu)

分離機(jī)的類(lèi)型雖然不同，但其分離原理和構(gòu)造基本是相同的，由傳動(dòng)裝置、分離缽、容器及機(jī)架等組成。

1）傳動(dòng)裝置

傳動(dòng)裝置的功用是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給分離缽。分離機(jī)的傳動(dòng)裝置由兩級(jí)增速裝置組成。如圖1.10所示，第一級(jí)為皮帶將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給蝸輪，第二級(jí)為蝸輪蝸桿把動(dòng)力傳遞給分離缽，使分離缽作高速旋轉(zhuǎn)。

圖1.10　封閉式分離機(jī)

1—電機(jī)；2—沉渣器；3—機(jī)蓋；4—空心缽軸；5—操作水系統(tǒng)；6—齒輪；7—制動(dòng)

2）分離缽

分離缽是分離機(jī)的主要工作部件，將乳分離成稀奶油和脫脂乳。如圖1.10所示，分離缽主要包括分離缽底座、支柱、碟片和頂罩等。

分離缽底座是整個(gè)分離缽的支承部分，讓原料乳沿中心管進(jìn)入分離碟片中。分離機(jī)的支柱與底座中心管可以連在一起，也可分開(kāi)。碟片支柱主要起到支承和固定分離碟片的作用，其外圓柱面帶有數(shù)條溝槽，套在中心管的外面。

碟片是離心機(jī)中的重要部件，其作用就是帶動(dòng)乳液高速旋轉(zhuǎn)，并將乳液分離成稀奶油和脫脂乳。如圖1.9（b）、（c）所示為分離機(jī)碟片組，碟片的頂角一般為60°～80°，碟片本身厚度一般在0.5mm左右。在每個(gè)碟片上均固定有一定厚度的小凸臺(tái)，可使碟片和碟片之間不致緊貼，形成0.3～0.8mm的間距。每個(gè)碟片上都有小孔，可使稀奶油通過(guò)。不同的分離機(jī)，碟片的數(shù)目不同，數(shù)目越多則分離效果越好，分離能力也越大。

頂罩是整個(gè)碟片組的外罩，使分離缽成為錐形整體，主要起到密封分離碟片的作用，并與上碟片形成脫脂乳通道，使脫脂乳順頂罩的內(nèi)側(cè)向上流動(dòng)，沿脫脂乳出口排出分離缽。

3）機(jī)架

機(jī)架是整個(gè)分離機(jī)的支承部分，所有機(jī)件及受乳器都安裝在它的上面。機(jī)架有臥式和立式兩種。一般大型分離機(jī)都是立式機(jī)架。

1.2.3　分離機(jī)的分類(lèi)

牛乳分離機(jī)按結(jié)構(gòu)形式可分為開(kāi)放式分離機(jī)、半封閉式分離機(jī)和封閉式分離機(jī)。根據(jù)不同用途，可分為用于分離乳中的脂肪球的普通牛乳分離機(jī)和既能脫脂又能凈化和標(biāo)準(zhǔn)化的多用分離機(jī)。這里重點(diǎn)介紹封閉式分離機(jī)和半封閉式分離機(jī)。

1）封閉式分離機(jī)

封閉式分離機(jī)如圖1.11所示。封閉式分離機(jī)原料乳的進(jìn)口、脫脂乳和稀奶油的出口都是封閉的，密閉式分離機(jī)的分離缽體在操作過(guò)程中被牛乳完全充滿(mǎn)，中心處沒(méi)有空氣，也就沒(méi)有空氣進(jìn)入脫脂乳和稀奶油中，因此產(chǎn)品具有無(wú)泡沫的特點(diǎn)。分離機(jī)工作時(shí)（見(jiàn)圖1.11（a）），牛乳進(jìn)入分配器后，被加速到與分離缽的旋轉(zhuǎn)速度相同，然后上行進(jìn)入碟片組間的分離通道，由于離心力的作用，牛乳向外甩出形成環(huán)狀的圓柱形內(nèi)表面。牛乳壓力隨著旋轉(zhuǎn)半徑的增加而逐漸增加，缽的內(nèi)邊緣處為壓力最高值。較重的固體顆粒被分離出來(lái)，并沉積在沉降空間內(nèi)，原料乳經(jīng)分離后得到的脫脂乳及稀奶油分別排出。

分離缽的沉降空間里收集的固體雜質(zhì)有稻草、毛發(fā)、乳房細(xì)胞、白細(xì)胞、紅細(xì)胞及細(xì)菌等，一般牛乳中的沉渣總量約為1kg/10000L。若使用的是殘?jiān)媪粜偷呐Ｈ榉蛛x機(jī)，必須經(jīng)常把缽體拆開(kāi)，定期進(jìn)行人工清洗沉渣空間，這需要耗費(fèi)大量的體力勞動(dòng)。現(xiàn)代化的自?xún)粜突驓堅(jiān)懦偷姆蛛x機(jī)配備了自動(dòng)排渣設(shè)備，如圖1.11（b）所示，可將沉積物按預(yù)定的時(shí)間間隔自動(dòng)排除。分離機(jī)不再需要人工清洗，在牛乳分離的過(guò)程中，固體雜質(zhì)的排出通常30～60min進(jìn)行一次，每次的排渣時(shí)間也很短。

圖1.11　封閉式分離機(jī)缽體示意圖

1—出口泵；2—缽罩；3—分配孔；4—碟片組；5—鎖緊環(huán)；6—分配器；
7—滑動(dòng)缽底部；8—缽體；9—空心缽軸

2）半封閉式分離機(jī)

半封閉式分離機(jī)也稱(chēng)半開(kāi)放式分離機(jī)。半封閉式分離機(jī)如圖1.12所示。原料乳進(jìn)口是開(kāi)放式，原料乳通過(guò)頂部的進(jìn)口管依靠重力進(jìn)料，脫脂乳在離心機(jī)產(chǎn)生的壓力下封閉出料。稀奶油出口有開(kāi)放式，也有封閉式。牛乳進(jìn)入分配器后，被加速到與分離缽的旋轉(zhuǎn)速度相同，然后進(jìn)入碟片組間的分離通道，稀奶油向轉(zhuǎn)軸方向移動(dòng)，并通過(guò)稀奶油的壓力盤(pán)排出通道。脫脂乳從碟片組的外邊緣離開(kāi)，穿過(guò)頂缽片與分離缽頂罩之間的通道，通過(guò)脫脂乳壓力盤(pán)排出。

圖1.12　手動(dòng)控制的半封閉式（壓力盤(pán)式）分離機(jī)

1—壓力調(diào)節(jié)閥；2—稀奶油流量計(jì)；3—稀奶油節(jié)流閥；
4—脫脂乳壓力盤(pán)；5—稀奶油壓力盤(pán)；7—分配器

圖1.13　帶自動(dòng)恒壓裝置的密閉式分離機(jī)

由于半封閉式分離機(jī)在脫脂乳和稀奶油排出口安裝有壓力盤(pán)。乳在分離缽內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)壓力盤(pán)把旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，使脫脂乳能在壓力作用下從分離缽中排出，所以排出的產(chǎn)品幾乎沒(méi)有泡沫。

在半封閉式的分離機(jī)中，稀奶油和脫脂乳的出口處都有一個(gè)特殊的出口裝置———壓力盤(pán)（見(jiàn)圖1.14），故半封閉式分離機(jī)通常也被稱(chēng)為壓力盤(pán)式分離機(jī)。靜置的壓力盤(pán)邊緣浸入液體的轉(zhuǎn)動(dòng)柱內(nèi)，從中連續(xù)地排出一定量的液體，旋轉(zhuǎn)液體的動(dòng)能在壓力盤(pán)中轉(zhuǎn)換成靜壓能。為了阻止產(chǎn)品中混入空氣，產(chǎn)生泡沫，必須使壓力盤(pán)上始終覆蓋充足的液體。

圖1.14　壓力盤(pán)示意圖

分離機(jī)中排出的稀奶油的含脂率可以用稀奶油出口處的節(jié)流閥3調(diào)節(jié)，如圖1.12所示。如果該閥門(mén)逐漸地打開(kāi)，從稀奶油出口排出的稀奶油量漸漸地增加，而其脂肪含量逐漸地減少，稀奶油的排出量與稀奶油的脂肪含量是相反變化的。脫脂乳的出口壓力，應(yīng)根據(jù)分離機(jī)的類(lèi)型和牛乳的流量用調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)臄?shù)值，稀奶油出口的節(jié)流閥也應(yīng)調(diào)整到與所需脂肪含量一致的流量位置。

稀奶油排出量的任何變化都會(huì)導(dǎo)致脫脂乳等量但反方向的變化。因此，脫脂乳的出口處安裝了恒壓裝置，圖1.12中的脫脂乳壓力調(diào)節(jié)閥1和圖1.13中的脫脂乳出口處的自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥，以保持出口的背壓恒定，而與稀奶油流量變化無(wú)關(guān)。封閉式分離機(jī)上的恒壓裝置如圖1.13所示，圖中所示的閥是隔膜閥，通過(guò)隔膜上的壓縮空氣來(lái)調(diào)節(jié)所要求的產(chǎn)品壓力。在分離過(guò)程中，隔膜上承受恒壓空氣的壓力，隔膜下面承受脫脂乳的壓力。如果脫脂乳的壓力降低，那么預(yù)定的空氣壓力將推動(dòng)隔膜下移，與隔膜固定在一起的閥桿也跟著向下移動(dòng)，通道變窄。這種節(jié)流使脫脂乳出口壓力增到設(shè)定的值。當(dāng)脫脂乳壓力繼續(xù)增加，閥桿反向運(yùn)動(dòng)，預(yù)定的壓力又得以恢復(fù)，從而使脫脂乳出口的背壓維持恒定。

3）開(kāi)放式分離機(jī)

開(kāi)放式分離機(jī)與前面介紹的兩種不同，是指其原料乳的進(jìn)口和脫脂乳及稀奶油的出口都是沒(méi)有遮蓋，但是分離機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相似。

1.2.4　分離機(jī)的操作與維護(hù)

1）分離機(jī)操作

（1）分離機(jī)安裝與工作前檢查

①分離機(jī)的安裝。因分離機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度高，必須有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)螺栓應(yīng)深入地面以下10～30cm。分離機(jī)主軸應(yīng)垂直于水平面，各部件應(yīng)精確安裝。必要時(shí)，在地腳處配置橡皮圈，起緩沖作用。

②開(kāi)機(jī)前必須檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及緊固件是否松動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否正確，不允許反轉(zhuǎn)，以防損壞機(jī)件。

③檢查齒輪箱潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油量應(yīng)保持在齒輪箱油位計(jì)刻線區(qū)間內(nèi)。視潤(rùn)滑油質(zhì)量決定換油期限，換油時(shí)應(yīng)仔細(xì)清理油箱底部。

④先以清水試車(chē)，不能開(kāi)空車(chē)。試車(chē)前先檢查高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是否產(chǎn)生振動(dòng)和有無(wú)異常聲音，其次檢查是否有漏水現(xiàn)象。用水試車(chē)合格后，再用乳液試車(chē)合格后方可投入使用。

（2）分離機(jī)使用

①分離機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)分離機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到正常轉(zhuǎn)速時(shí)，方可打開(kāi)進(jìn)乳口進(jìn)行分離并收集離心后的料液。

②分離機(jī)運(yùn)行中，應(yīng)檢查機(jī)器有無(wú)異常的振動(dòng)和噪聲，正常工作電流有無(wú)超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定值（排渣電流超載是正?，F(xiàn)象）并需及時(shí)排除，嚴(yán)禁分離機(jī)帶病運(yùn)行。

③先關(guān)閉分離機(jī)，再關(guān)閉進(jìn)料閥，待分離機(jī)完全停止后，關(guān)閉出料閥。

2）分離機(jī)的維護(hù)

①分離機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，具有很高的危險(xiǎn)性，啟動(dòng)前一定要檢查分離機(jī)是否正常，在操作時(shí)，崗位人員必須堅(jiān)守崗位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，出現(xiàn)問(wèn)題馬上停車(chē)。

②封閉壓送式分離機(jī)啟動(dòng)和停車(chē)時(shí)，均要用水代替牛乳，在啟動(dòng)后2～3min取樣鑒定分離情況。

③關(guān)注并時(shí)常檢查泵與吸料管間的墊圈以及泵的軸封等處是否嚴(yán)密，防止空氣混入。

④分離缽清洗后的安裝及分離缽的拆裝工作應(yīng)謹(jǐn)慎細(xì)心。拆洗后必須把分離缽的機(jī)件由底部向上按順序逐一安裝，切勿裝錯(cuò)。

⑤操作結(jié)束后，對(duì)直接與乳液接觸的部件，應(yīng)立即拆卸并用0.5%的堿水清洗，然后用90℃以上的熱水清洗消毒，最后擦干，以備下次使用。

1.3　均質(zhì)機(jī)

均質(zhì)機(jī)是食品精加工中常用到的機(jī)械，均質(zhì)機(jī)械的品種雖然很多，但就其原理來(lái)說(shuō)都是通過(guò)機(jī)械作用或流體力學(xué)效應(yīng)造成高壓、擠壓沖擊、失壓等，使物料在高壓下擠壓，強(qiáng)沖擊下發(fā)生剪切，失壓下膨脹，在這三重作用下達(dá)到細(xì)化和混合均質(zhì)的目的。食品加工中常用到的均質(zhì)機(jī)按構(gòu)造可分為高壓均質(zhì)機(jī)、離心均質(zhì)機(jī)、超聲波均質(zhì)機(jī)和膠體磨均質(zhì)機(jī)等。以下主要介紹應(yīng)用廣泛的高壓均質(zhì)機(jī)和膠體磨。

1.3.1　高壓均質(zhì)機(jī)

1）高壓均質(zhì)機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)

（1）高壓均質(zhì)機(jī)工作原理

高壓均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)作用是由以下3個(gè)因素協(xié)同作用產(chǎn)生的：物料以高速通過(guò)均質(zhì)頭中閥芯與閥座之間所形成的環(huán)形窄縫，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切作用，并使物料中的液滴變形和粉碎；物料經(jīng)高壓柱塞泵加壓后由排出管進(jìn)入均質(zhì)閥，物料在均質(zhì)閥內(nèi)發(fā)生由高壓、低流速向低壓、高流速的強(qiáng)烈的能量轉(zhuǎn)化，物料在間隙中加速的同時(shí)，靜壓能瞬間下降，產(chǎn)生空穴作用，從而產(chǎn)生非常強(qiáng)的爆破力；自環(huán)形縫隙中流出的高速物料猛烈沖擊在均質(zhì)環(huán)上，使得已經(jīng)破碎的粒子進(jìn)一步得到分散。均質(zhì)閥的工作原理如圖1.15所示。

圖1.15　均質(zhì)閥工作原理示意圖

（2）高壓均質(zhì)機(jī)結(jié)構(gòu)

高壓均質(zhì)機(jī)主要由柱塞泵、均質(zhì)閥等部分組成。如圖1.16所示為高壓均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖和外形圖。

常用柱塞泵為三缸柱塞泵，由3個(gè)互不相連的工作室、3個(gè)柱塞、3個(gè)進(jìn)料閥和3個(gè)出料閥等組成。如圖1.16所示，通過(guò)曲軸連桿機(jī)構(gòu)和變速箱將電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成低速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。由活塞帶動(dòng)柱塞，在泵體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成吸料、加壓過(guò)程，然后進(jìn)入集流管。進(jìn)料管和排料管相通，在料液的排出口裝有安全閥，當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)，可使料液回流到進(jìn)料口。由于曲軸設(shè)計(jì)為使得連桿相位差為120°，這樣可使排出的流量基本平衡。

圖1.16　均質(zhì)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1—主驅(qū)動(dòng)軸；2—V形傳動(dòng)帶；3—壓力顯示；4—曲軸箱；5—柱塞；
6—柱塞密封座；7—固定不銹鋼泵體；8—均質(zhì)閥；9—均質(zhì)裝置；10—液壓設(shè)置系統(tǒng)

在料液的排出口安裝有均質(zhì)閥。高壓液料由集流管輸送至均質(zhì)閥，使料液顆粒度降低、分布均勻。均質(zhì)閥有兩級(jí)均質(zhì)閥及兩級(jí)調(diào)壓裝置，可完成超微粉碎、乳化等，如圖1.17所示。閥中接觸料液的材質(zhì)必須符合無(wú)毒、無(wú)污染、耐磨、耐沖擊及耐腐蝕等條件?，F(xiàn)代工業(yè)用均質(zhì)機(jī)中大多采用雙級(jí)均質(zhì)閥。雙級(jí)均質(zhì)閥實(shí)際上是由兩個(gè)單級(jí)均質(zhì)閥串聯(lián)而成。流體進(jìn)入均質(zhì)閥并沖向閥芯，通過(guò)一個(gè)由閥座與閥芯構(gòu)成的窄小的縫隙。自隙縫出來(lái)的高速流體最后撞在外面的均質(zhì)環(huán)上。例如，當(dāng)均質(zhì)牛乳時(shí)，一級(jí)均質(zhì)閥往往僅使脂肪顆粒破裂成小滴徑的顆粒，但經(jīng)一級(jí)均質(zhì)后的小液滴并沒(méi)有均勻分散開(kāi)來(lái)，這些小液滴仍有相互并全成大液滴的可能，因此需要經(jīng)第2道均質(zhì)閥的進(jìn)一步均質(zhì)處理，這樣可使得小乳脂肪顆粒均勻地分布在牛乳中。一般物料經(jīng)第一級(jí)均質(zhì)閥后總壓下降85%～90%，而經(jīng)第2級(jí)均質(zhì)后壓降為10%～15%。

圖1.17　二級(jí)均質(zhì)閥

1—一級(jí)均質(zhì)；2—二級(jí)均質(zhì)

2）高壓均質(zhì)機(jī)操作與維護(hù)

（1）操作

①開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備

首先檢查電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和傳動(dòng)箱內(nèi)潤(rùn)滑油的油位。開(kāi)啟冷卻水，保證調(diào)壓手柄處于旋松完全無(wú)壓力狀態(tài)（放松手柄1～2圈），打開(kāi)進(jìn)料閥和出料閥。

②啟動(dòng)

啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)，在無(wú)負(fù)荷的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘，使設(shè)備各部件能充分潤(rùn)滑，同時(shí)可將泵體內(nèi)空氣排盡。待出料口出料正常后，旋動(dòng)調(diào)壓手柄。先緩慢調(diào)節(jié)二級(jí)調(diào)壓手柄，再調(diào)節(jié)一級(jí)調(diào)壓手柄，緩慢將壓力調(diào)至使用壓力。

③關(guān)機(jī)

先緩慢放松一級(jí)調(diào)壓手柄，再緩慢放松二級(jí)調(diào)壓手柄卸壓，當(dāng)壓力為零時(shí)再關(guān)主電動(dòng)機(jī)，最后關(guān)冷卻水。

（2）維護(hù)

①定期檢查油位，以保證潤(rùn)滑油量充足。定期在機(jī)體聯(lián)接軸處加些潤(rùn)滑油，以免缺油，損壞機(jī)器。

②啟動(dòng)設(shè)備前應(yīng)檢查各緊固件及管路等是否緊固。啟動(dòng)前應(yīng)先接通冷卻水，保證柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)能充分冷卻。

③嚴(yán)禁帶載啟動(dòng)，工作中嚴(yán)禁斷料，設(shè)備不得空轉(zhuǎn)。

④調(diào)壓時(shí)，須十分緩慢地加壓和泄壓。

⑤停機(jī)前須用凈水洗去工作腔內(nèi)殘液。

⑥不能用高濃度、高黏度的料液來(lái)均質(zhì)。禁止粗硬雜質(zhì)進(jìn)入泵體。

1.3.2　高壓均質(zhì)機(jī)常見(jiàn)故障分析及排除

1）不出料或流量不足

原因分析：檢查是否斷料或設(shè)備進(jìn)入空氣；檢查傳動(dòng)皮帶的松緊度；是否所加入的物料黏度太大，流動(dòng)性差；檢查閥芯是否被黏附住；檢查密封件是否完好；嚴(yán)重磨損也可能導(dǎo)致流量不足。

故障排除：及時(shí)加料，排除漏氣處；調(diào)緊傳動(dòng)皮帶；若物料流動(dòng)性差可以加壓送料或稀釋物料后再均質(zhì)；用工具撥動(dòng)閥芯；旋緊壓緊螺母或更換密封件；研磨修復(fù)或更換泵體閥芯或閥座。

2）物料破碎不勻

原因分析：均質(zhì)壓力選擇不當(dāng)；物料未經(jīng)處理或處理不良；物料配方不當(dāng)導(dǎo)致破碎不均；閥芯、閥座、閥柱及沖擊擋圈磨損也有可能使得物料破碎不勻。

故障排除：按物料性能，選定最佳均質(zhì)壓力和處理工藝；及時(shí)調(diào)整物料的配方；也可以用300粒以上金剛砂或在磨床上研磨修復(fù)磨損零件，或者換上新零件。

3）壓力表指針擺幅大

原因分析：物料通道里有空氣，缺料或供料不足導(dǎo)致壓力不穩(wěn)；可能是閥桿手柄未旋緊；當(dāng)有一組或幾組閥芯、閥座磨損，或有異物卡住，單向閥關(guān)不嚴(yán)時(shí)也有可能出現(xiàn)壓力表指針擺幅大的情況。

故障排除：將工作閥卸荷，排盡管道內(nèi)空氣，加足物料，放大進(jìn)料管；旋緊閥桿手柄，但不得太緊，指針應(yīng)稍有擺動(dòng)即可；研磨修復(fù)或更換閥芯、閥座，若有異物進(jìn)入則應(yīng)立刻清洗排除異物。

4）機(jī)器有負(fù)荷聲，但壓力表指針上不去

原因分析：壓力表?yè)p壞；表座內(nèi)缺少黃油。

故障排除：修復(fù)或更換新壓力表；將表座內(nèi)加滿(mǎn)黃油。

5）傳動(dòng)部分有撞擊聲

原因分析：檢查是否某處螺釘松動(dòng)；零件在軸上或軸在機(jī)座上松動(dòng)嚴(yán)重，出現(xiàn)撞擊聲；零件嚴(yán)重磨損，間隙增大或潤(rùn)滑不好；曲軸左右竄動(dòng)發(fā)出撞擊聲。

故障排除：擰緊松動(dòng)的螺釘、螺母；調(diào)整并緊固零件位置；更換嚴(yán)重磨損的零件，更換機(jī)油或加油；對(duì)曲軸端蓋加墊調(diào)節(jié)。

6）油溫過(guò)高或潤(rùn)滑油呈乳白色

原因分析：冷卻水量太大或管路不通使得水槽積水，滲到油箱；潤(rùn)滑油進(jìn)水失效，導(dǎo)致油溫過(guò)高；某處油路不通，冷卻困難；潤(rùn)滑油中雜質(zhì)太多。

故障排除：使冷卻水量適當(dāng)；檢查進(jìn)水原因，排除積水；檢查并排除不通油路；過(guò)濾或換新油。

7）均質(zhì)壓力調(diào)不上去

原因分析：檢查是否物料流量嚴(yán)重不足，均質(zhì)閥密封處有雜質(zhì)或均質(zhì)閥損壞；彈簧作用力不夠；壓力表?yè)p壞；傳動(dòng)皮帶太松。

故障排除：及時(shí)充足進(jìn)料；檢查、修復(fù)或更換泵體閥件及更換柱塞密封件；檢查、修復(fù)或更換均質(zhì)閥件；更換壓力表或加注有機(jī)硅油；調(diào)緊傳動(dòng)皮帶。

1.3.3　膠體磨

1）工作原理及特點(diǎn)

膠體磨是一種依靠剪切力作用，使流體物料得到精細(xì)粉碎的微粒處理的設(shè)備。由一可高速旋轉(zhuǎn)的磨盤(pán)（轉(zhuǎn)動(dòng)件）與一固定的磨面（固定件）所組成。兩表面間有可調(diào)節(jié)的微小間隙，被加工物料通過(guò)本身的質(zhì)量或外部壓力加壓產(chǎn)生向下的螺旋沖擊力，透過(guò)定、轉(zhuǎn)齒之間的間隙，從而使物料受到強(qiáng)烈的剪切摩擦和湍動(dòng)影響，產(chǎn)生微?；?、分散化作用。使物料達(dá)到超細(xì)粉碎及乳化的效果。

膠體磨結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)方便，與高壓均質(zhì)機(jī)不同，膠體磨適用于較高黏度以及較大顆粒的物料。但是由于轉(zhuǎn)、定子與物料間高速摩擦，故易摩擦生熱，使被處理物料溫度升高有可能發(fā)生變性；表面較易磨損，而磨損后，會(huì)使粉碎效果顯著下降。

2）基本結(jié)構(gòu)

膠體磨的形式有立式和臥式兩種，如圖1.18和圖1.19所示。臥式膠體磨轉(zhuǎn)動(dòng)件隨水平軸旋轉(zhuǎn)，固定件與轉(zhuǎn)動(dòng)件之間的間隙可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)件的水平位移來(lái)調(diào)節(jié)，間隙通常為50～150μm。料液在重力作用下經(jīng)旋轉(zhuǎn)中心處流入，經(jīng)過(guò)兩磨間夾成的間隙后，由磨盤(pán)外側(cè)排出。膠體磨的磨面常見(jiàn)為不銹鋼光面，但也有金剛砂毛面，以此可完成對(duì)固體粒子的磨碎。臥式膠體磨適用于均質(zhì)低黏度的物料。立式膠體磨的轉(zhuǎn)動(dòng)件隨垂直軸旋轉(zhuǎn)，其特點(diǎn)是卸料與清洗都比較方便，尤其適合處理黏度較高的物料。

圖1.18　膠體磨外形圖

圖1.19　膠體磨結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1—進(jìn)料口；2—工作面；3—轉(zhuǎn)動(dòng)件；4—固定件；5—卸料口；
6—鎖緊裝置；7—調(diào)整環(huán)；8—皮帶輪

膠體磨在工作的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為了控制料溫不至于在均質(zhì)過(guò)程中過(guò)度升高，膠體磨外殼通常制有夾層，可通冷水入夾層，起到冷卻的作用，以保持料溫的穩(wěn)定。

3）膠體磨的操作與維護(hù)

（1）膠體磨的操作

①使用前，用手轉(zhuǎn)動(dòng)膠體磨，檢查膠體磨是否靈活，及時(shí)更換或補(bǔ)充潤(rùn)滑油。

②膠體磨空轉(zhuǎn)時(shí)間不可超過(guò)5s，開(kāi)機(jī)前擰下膠體磨泵體的引水螺塞灌注引水。

③同時(shí)開(kāi)啟冷卻水閥門(mén)。

④點(diǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，試看電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確。

⑤開(kāi)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，調(diào)整定轉(zhuǎn)子的加工間隙，調(diào)整環(huán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)定轉(zhuǎn)子間隙變小，物料粒度變細(xì)；調(diào)整環(huán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)定轉(zhuǎn)子間隙變大，物料粒度變粗。根據(jù)加工物料的粒度和產(chǎn)量要求，選擇最佳定轉(zhuǎn)子間隙。

⑥膠體磨使用后，應(yīng)徹底清洗機(jī)體內(nèi)部，勿使物料殘留在體內(nèi)，以免機(jī)械密封及其他部件黏結(jié)而損壞。

（2）維護(hù)

①加工物料絕不允許有石英、碎玻璃、金屬屑等硬物質(zhì)混入其中，否則會(huì)損傷動(dòng)、靜磨盤(pán)。

②在使用過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)膠體磨有異常聲音應(yīng)立即停車(chē)檢查原因。

③膠體磨為高精度機(jī)械，運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，線速度高達(dá)20m/s，磨片間隙極小，檢修后裝回必須用百分表校正殼體內(nèi)表面與主軸的同軸度使誤差≤0.5mm。

④修理機(jī)械時(shí)，在拆開(kāi)、裝回調(diào)整過(guò)程中，決不允許用鐵錘直接敲擊，應(yīng)用木錘或墊上木塊輕輕敲擊，以免損壞零件。動(dòng)、靜磨片均有拆卸專(zhuān)用工具。

⑤膠體磨在運(yùn)行過(guò)程中，軸承溫度不能超過(guò)環(huán)境溫度35℃，最高溫度不得超過(guò)80℃。

⑥膠體磨長(zhǎng)期停用，需將泵全部拆開(kāi)，擦干水，將轉(zhuǎn)動(dòng)部位及接合處涂以油脂裝好，妥善保管。

1.4　殺菌設(shè)備

1.4.1　板式熱交換系統(tǒng)

在乳品的加工中板式換熱器廣泛應(yīng)用于牛乳的預(yù)熱、殺菌、冷卻和濃縮等熱交換操作。板式換熱器是通過(guò)間接加熱的方法來(lái)傳遞熱量的，即熱介質(zhì)通過(guò)傳熱壁面將熱量傳遞給冷介質(zhì)，板式換熱器的換熱片就是間壁面。例如，在牛乳加熱時(shí)，一般熱介質(zhì)是水蒸氣或熱水，冷介質(zhì)是牛乳，熱量通過(guò)間壁面從熱流體傳遞到冷流體。

1）板式換熱器結(jié)構(gòu)與工作原理

（1）板式換熱器結(jié)構(gòu)

板式換熱器的結(jié)構(gòu)和外形如圖1.20所示。板式換熱器由很多具有波紋狀花紋的換熱片組成，壓緊螺桿7通過(guò)壓緊板將各換熱片疊合壓緊在框架上，換熱片懸掛在導(dǎo)桿6上，由支架3支撐。換熱片之間裝有橡膠墊圈，以保證密封并使兩片間有一定空隙。安裝好后換熱片上的角孔組成了冷熱流體的通道。冷、熱流體相間隔地在換熱片兩面流動(dòng)換熱。拆卸時(shí)僅需松開(kāi)壓緊螺桿，沿導(dǎo)桿移開(kāi)壓緊板，即可將換熱片拆卸，進(jìn)行清洗和維修。

圖1.20　板式換熱器

1—固定板；2—流體1；3—支架；4—壓緊板；5—換熱片；6—導(dǎo)桿；7—壓緊螺桿；8—流體2

換熱片是換熱器的主要部件，如圖1.21（a）所示為不同花紋的波紋板。用不銹鋼沖壓制成多種形狀的與流體流向相垂直的波紋，當(dāng)流體流過(guò)板片間縫隙時(shí)可使流體的流向和速度發(fā)生多次改變，形成激烈的渦流，從而消除了板片表面的滯流內(nèi)層，使得板片與流體間的傳熱效率進(jìn)一步提高。由于換熱片兩側(cè)的冷熱流體的壓力往往不同，為防止熱變形，換熱片表面壓有間隔凸緣，從而增加了板片間的支承點(diǎn)和剛度，并保證了兩換熱片間的距離。

圖1.21　板式換熱器的換熱片

波紋片的寬度與長(zhǎng)度的比值直接關(guān)系到流體在進(jìn)口處擴(kuò)張、在出口處收縮的情況，以及流體通過(guò)整個(gè)傳熱表面的均勻性。為使流體沿片面均勻流動(dòng)消除死角，流體進(jìn)入后能夠迅速擴(kuò)展到整個(gè)金屬片上，片長(zhǎng)L與片寬B之比（3～4）∶1較為合適。

（2）工作原理

板式換熱器的換熱片與壓緊板用壓緊螺桿疊合壓緊，換熱片之間用橡膠墊圈在板片的四周密封，使兩片間留有一定間隙，改變墊圈的厚度可調(diào)整兩片之間流體通道的大小。每塊換熱片上有4個(gè)角孔，4孔中只有兩個(gè)孔可與換熱片一側(cè)的流道相通。另兩個(gè)孔則與換熱片另一側(cè)的流道相通。構(gòu)成流體通道。布置墊圈必須使換熱片組合后形成互不相通的冷熱流體的兩個(gè)進(jìn)出通道，其中每一條通道與兩個(gè)角孔相通，如圖1.21（b）所示。

產(chǎn)品通過(guò)一個(gè)角孔進(jìn)入第一個(gè)通道，然后垂直流過(guò)該通道，再由另一端一個(gè)單獨(dú)的有墊圈的角孔通道流出。角孔通道使產(chǎn)品繞過(guò)下一通道進(jìn)入第3通道。角孔通道使產(chǎn)品交替地流過(guò)一個(gè)板組。介質(zhì)在該區(qū)段的另一端引入，同樣地交替流過(guò)板內(nèi)通道，這樣，每一產(chǎn)品的通道兩側(cè)都有加熱或冷卻介質(zhì)通過(guò)。

換熱片之間的通道應(yīng)盡可能地窄，這樣可以提高換熱效率，但大量的產(chǎn)品流過(guò)這些窄通道，流速和壓力差將會(huì)很大。為了避免這種情況，產(chǎn)品通過(guò)換熱器可以分成若干支平行的支流。如圖1.22所示，冷流體被分成兩支平行的液流，在這一階段中，改變4次方向。而加熱介質(zhì)的通道被分成4支平行液流，改變了兩次方向。

圖1.22　板式換熱器冷熱流體流動(dòng)示意圖

板式換熱器廣泛應(yīng)用在高溫短時(shí)和超高溫殺菌裝置中，有著較多的優(yōu)點(diǎn)。首先，板式換熱器傳熱效率較高，熱量利用率高，便于熱量的回收，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，這是板式換熱器最突出的優(yōu)點(diǎn)之一。其次，有較大的適應(yīng)性，可通過(guò)增減換熱片的片數(shù)，改變片的組合等方式適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求，同時(shí)，適宜于處理熱敏感物料。最后，設(shè)備各部件拆卸安裝簡(jiǎn)單故便于拆開(kāi)清洗和維修。但板式換熱器最大的缺點(diǎn)就是橡膠墊圈易老化，尤其是工作溫度高時(shí)，易出現(xiàn)墊圈變長(zhǎng)，從換熱片上脫落的現(xiàn)象。在正常生產(chǎn)情況下，一般3個(gè)月更換一次墊圈。

2）板式換熱器的操作與維護(hù)

①定期檢查各換熱片是否清潔，是否有沉積物、結(jié)焦水銹層等結(jié)垢附著，并及時(shí)清洗。

②安裝換熱片時(shí)，應(yīng)先在壓緊螺母和導(dǎo)桿上加潤(rùn)滑油脂進(jìn)行潤(rùn)滑，并將換熱片按編號(hào)順序安裝。每次重新壓緊換熱片時(shí)，需注意上一次壓緊位置，切勿使橡膠墊圈受壓過(guò)度，以致減少墊圈使用壽命。

③定期檢查各換熱片與橡膠墊圈的黏合是否緊密、橡膠圈本身是否完好，以免橡膠墊圈脫膠與損壞而引起漏泄。

④更換換熱片橡膠墊圈時(shí)，需將該段全部更新，以免各片間隙不均，影響傳熱效果。

⑤當(dāng)更換橡膠墊圈時(shí)，將換熱片取下，把舊墊圈拆下，將換熱片凹槽的膠水痕跡用細(xì)砂紙擦盡，再用四氯化碳或三氯乙烯等溶劑把凹槽內(nèi)的油跡擦盡，再把新橡膠墊圈的背部用細(xì)砂紙擦毛，同樣用上述兩種溶劑把油跡擦盡。然后在凹槽和橡膠墊圈背面均薄薄敷上一層膠水，稍干一下，不黏手指為度，將橡膠墊圈嵌入槽內(nèi)，四周壓平后再敷上一層滑石粉，然后將換熱片裝上設(shè)備機(jī)架輕輕夾緊，待粘牢固后即可使用。

⑥使用前可先用清水循環(huán)試驗(yàn)，可能有輕微泄漏，當(dāng)溫度升到殺菌溫度時(shí)，泄漏將自行消失。若泄漏仍不停止，可將壓緊裝置稍微壓緊。如壓緊后仍然有泄漏，則需將換熱片拆卸，檢查橡膠密封圈。

⑦使用中應(yīng)保持蒸氣壓力穩(wěn)定，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。殺菌結(jié)束后，應(yīng)用熱水對(duì)殺菌裝置進(jìn)行清洗。

⑧設(shè)備停車(chē)時(shí)，首先關(guān)閉蒸汽總閥及熱水泵，再關(guān)閉物料泵，最后關(guān)閉電源總開(kāi)關(guān)。

1.4.2　管式超高溫滅菌裝置

管式換熱器也廣泛地應(yīng)用于乳制品的巴氏殺菌和超高溫殺菌中，與板式換熱器不同的是管式換熱器在產(chǎn)品通道上沒(méi)有接觸點(diǎn)，因此可用于處理含有一定顆粒的物料，顆粒的最大直徑取決于管子的直徑。但是從熱傳遞的角度來(lái)看，管式換熱器的傳熱面積小，傳熱效率沒(méi)有板式換熱器的傳熱效率高。在UHT處理中，管式換熱器要比板式換熱器運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)。管式換熱器包括兩種類(lèi)型，即中心套管式換熱器和殼管式換熱器。

1）中心套管式換熱器

中心套管式換熱器的傳熱面，如圖1.23所示，包含一系列不同直徑的管子。這些管子同心安裝在頂蓋1兩端的軸線上，管子通過(guò)兩個(gè)O形環(huán)2密封在頂蓋上，又通過(guò)一個(gè)軸向壓緊螺母3將其安裝成一個(gè)整體。兩種熱交換介質(zhì)以逆流的方式交替地流過(guò)同心管的環(huán)形通道。最外側(cè)的通道流過(guò)的是所提供的介質(zhì)。頂蓋的兩端既是分布器，又是收集器。它將一種介質(zhì)引入一組通道，又從另一端排出。波紋狀構(gòu)造的管子保證了兩種介質(zhì)的紊流狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)最大的傳熱效率?？墒褂眠@種類(lèi)型的管式換熱器直接加熱產(chǎn)品，進(jìn)行產(chǎn)品熱回收。

圖1.23　中心套管式換熱器

1—頂蓋；2—O形環(huán)；3—末端螺母

2）殼管式換熱器

殼管式換熱器是指在兩個(gè)同心通道之間密閉了一條環(huán)狀的產(chǎn)品通道。殼管式熱交換器是基于傳統(tǒng)的列管式換熱器的原理，其產(chǎn)品流過(guò)一組平行的通道，提供的介質(zhì)圍繞在管子的周?chē)ㄟ^(guò)管子和殼體上的螺旋波紋，產(chǎn)生紊流，實(shí)現(xiàn)有效地傳熱。該交換器的傳熱面是一組平行的波紋管或是光滑管。這些管子焊接在管板的兩端，如圖1.24所示。管板與出口的管殼通過(guò)一個(gè)雙O形環(huán)密封2。這種設(shè)計(jì)可以通過(guò)旋開(kāi)末端的螺栓，將產(chǎn)品管道從管殼中取出，這部分是可拆的，以便于檢查?；顒?dòng)頭設(shè)計(jì)減緩了熱膨脹的影響，而且還可將管殼中的產(chǎn)品管束進(jìn)行不同的組合，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。單管是指只有一個(gè)進(jìn)口管允許粒徑小于50mm的顆粒物料通過(guò)。殼管式換熱器非常適合用于高壓、高溫狀況下的物料加工。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，可根據(jù)需要將管式換熱器組裝成如圖1.25所示的緊湊結(jié)構(gòu)。

圖1.24　殼管式換熱器的末端

1—被冷卻介質(zhì)包圍的產(chǎn)品管束；2—雙O形密封

圖1.25　組裝成緊湊結(jié)構(gòu)的管式換熱器

1.4.3　直接加熱超高溫滅菌系統(tǒng)

直接加熱系統(tǒng)是指料液在最后的滅菌階段與蒸汽在一定的壓力下混合。在混合過(guò)程中，蒸氣釋放出潛熱將料液快速加熱至滅菌溫度。直接加熱系統(tǒng)加熱料液的速度比其他任何間接加熱系統(tǒng)都要快。為了達(dá)到與加熱速度相同的冷卻速度，滅菌后，料液經(jīng)真空室去除水分，水分蒸發(fā)時(shí)吸收相同的潛熱使料液瞬間被冷卻。

根據(jù)牛乳與蒸氣混合方式不同，可將直接超高溫加熱系統(tǒng)分為注入式和噴射式。其中注入式的基本原理是加壓容器內(nèi)充滿(mǎn)了達(dá)到滅菌溫度的蒸氣，牛乳從頂部噴入通過(guò)蒸氣層得到加熱，蒸氣隨之冷凝，到底部時(shí)牛乳達(dá)到滅菌溫度，此種直接加熱方式稱(chēng)注入式，原理如圖1.26（a）所示。生產(chǎn)時(shí)乳滴尺寸必須均勻，以保證換熱均勻。

噴射式就是將高于產(chǎn)品壓力的蒸汽通過(guò)噴嘴噴入產(chǎn)品中，使得蒸氣冷凝放熱，產(chǎn)品吸熱而溫度升高至所需溫度，如圖1.26（b）所示。

圖1.26　注入式和噴射式加熱系統(tǒng)

蒸氣噴射器是蒸汽噴射式系統(tǒng)的核心器件，蒸汽噴射器需滿(mǎn)足以下3點(diǎn)要求：首先，能使蒸汽快速冷凝，并防止不冷凝蒸汽氣泡進(jìn)入保溫管，導(dǎo)致傳熱效率降低。其次，應(yīng)盡量降低料液與蒸氣間的壓力差；最后，蒸汽噴射器的設(shè)計(jì)必須盡量減少料液與蒸氣間的間接傳熱。

圖1.27　直接蒸汽噴射式超高溫加熱殺菌裝置示意圖

1—輸送泵；2—第一預(yù)熱器；3—第二預(yù)熱器；4、7—乳泵；5—直接蒸汽噴射器；6—真空室；
8—無(wú)菌均質(zhì)機(jī)；9—無(wú)菌冷卻器；10—冷凝器；11—高壓蒸汽；12—二次蒸汽；13—冷卻水

如圖1.27所示為直接蒸汽噴射式超高溫加熱殺菌裝置工作流程圖。原料乳通過(guò)第一預(yù)熱器和第二預(yù)熱器溫度升高至75～85℃。然后由泵4將牛乳送入蒸汽噴射器5，并噴入0.9MPa的高壓熱蒸氣，牛乳與蒸汽進(jìn)行直接傳熱，從而牛乳的溫度瞬間升高至150℃左右。牛乳在管道保溫2～3s后，噴入真空室6，牛乳在真空室急劇蒸發(fā)，使牛乳溫度迅速降 至80℃左右。當(dāng)牛乳與蒸氣進(jìn)行直接換熱時(shí)，加熱蒸氣直接混入牛乳中使得水分增加，對(duì)料液產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象，從而給牛乳帶來(lái)異味。但是隨后牛乳進(jìn)入真空室6中，牛乳瞬間閃蒸出大量水蒸氣，牛乳又恢復(fù)到原來(lái)的濃度，由于水分汽化是吸熱過(guò)程，因此牛乳的溫度也急劇下降。同時(shí)真空也有脫臭作用，使牛乳的異味消除。在第一預(yù)熱器對(duì)原料乳進(jìn)行預(yù)熱的熱介質(zhì)是真空室排出的二次蒸氣，這樣也提高了熱能利用率。降溫后的乳液由乳泵送至無(wú)菌均質(zhì)機(jī)8均質(zhì)，最后經(jīng)無(wú)菌冷卻器冷卻至20℃以下，可直接進(jìn)行無(wú)菌灌裝。

1.5　真空濃縮設(shè)備

濃縮是從溶液中除去部分溶劑的單元操作，是溶質(zhì)和溶劑均勻混合液部分分離的過(guò)程。蒸發(fā)濃縮在食品加工中應(yīng)用最為廣泛。例如，濃縮果蔬汁、煉乳和乳粉等食品的加工中真空濃縮設(shè)備是生產(chǎn)必需的設(shè)備。

在食品加工中，液體物料濃縮的目的主要是：減少干燥費(fèi)用，如制造奶粉時(shí)，牛奶先經(jīng)預(yù)濃縮至固形物45%～52%以后再進(jìn)行干燥；增加物料的結(jié)晶；減少體積和質(zhì)量從而減少貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用；降低水分活性，以增加食品的微生物及化學(xué)方面的穩(wěn)定性，增加制品的保藏性；從廢液中回收副產(chǎn)品。

1.5.1　真空濃縮設(shè)備的原理與分類(lèi)

1）真空濃縮的原理

加熱溶液時(shí)溶劑分子獲得動(dòng)能，當(dāng)部分溶劑分子獲得的能量足以克服分子間的吸引力時(shí)，溶劑分子會(huì)離開(kāi)液面成為蒸氣分子。蒸發(fā)濃縮過(guò)程的完成必須同時(shí)具備兩個(gè)條件，首先熱能的不斷供給，以維持沸騰的溫度、補(bǔ)充因溶劑汽化所帶走的熱量和設(shè)備消耗的熱量等；其次溶劑蒸氣的排除，保證水分迅速蒸發(fā)汽化，最終提高產(chǎn)品的濃度。如圖1.28所示為蒸發(fā)的一般原理，通過(guò)熱蒸氣對(duì)間壁持續(xù)加熱從而使另一側(cè)的液體不斷蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)濃縮操作。

圖1.28　蒸發(fā)的一般原理

若熱能不間斷供給，溶劑蒸氣不斷排除，則溶劑的汽化過(guò)程會(huì)持續(xù)進(jìn)行。由于用于食品加工的液體原料及半成品含有大量水分，占原料的75%以上，而糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味物質(zhì)只占5%～10%，食品物料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)使得物料具有了熱敏性、腐蝕性、黏稠性、結(jié)垢性、泡沫性和易揮發(fā)性等特點(diǎn)。因此，食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用真空蒸發(fā)進(jìn)行濃縮操作，即真空濃縮設(shè)備是在18～8kPa的低壓狀態(tài)下，以蒸汽間接加熱的方式對(duì)料液加熱，使得物料在低溫下沸騰蒸發(fā)，從而減少了對(duì)食品物料營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味等方面的影響。

2）真空濃縮設(shè)備的分類(lèi)

真空濃縮設(shè)備的種類(lèi)很多，一般有以下3種分類(lèi)方式：

（1）根據(jù)蒸氣利用的次數(shù)不同分類(lèi)

根據(jù)蒸氣利用的次數(shù)不同，可分為單效濃縮設(shè)備和多效濃縮設(shè)備。

所謂單效真空濃縮，就是二次蒸氣直接冷凝，不再利用其冷凝熱的蒸發(fā)濃縮操作過(guò)程，通常由一臺(tái)濃縮鍋和冷凝器及抽真空裝置組合而成。料液進(jìn)入濃縮鍋后，加熱蒸氣對(duì)料液進(jìn)行加熱濃縮，二次蒸氣進(jìn)入冷凝器冷凝，不凝結(jié)氣體由真空裝置抽出，使整個(gè)濃縮裝置處于真空狀態(tài)。料液根據(jù)工藝要求的濃度，可間歇或連續(xù)排出。

多效真空濃縮則是將二次蒸氣引到下一濃縮器作為加熱蒸氣，再利用其冷凝熱的蒸發(fā)濃縮操作過(guò)程。常用的流程有順流法（并流法）、逆流法、平流法及混流法。

（2）根據(jù)料液的流程不同分類(lèi)

根據(jù)料液的流程不同，可分為單程式（料液經(jīng)一次濃縮即出料）和循環(huán)式（包括自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)）。

（3）根據(jù)料液分布狀態(tài)不同分類(lèi)

根據(jù)料液分布狀態(tài)不同，可分為薄膜式和非膜式。薄膜式就是將物料分散成薄膜狀，蒸發(fā)面大，蒸發(fā)快。它分為升膜式、降膜式、升降膜式、片式、刮板式和離心式薄膜蒸發(fā)器。而非膜式濃縮設(shè)備蒸發(fā)時(shí)，料液在蒸發(fā)器內(nèi)聚集，料液作翻滾和流動(dòng)，形成大蒸發(fā)面。若在料液管路中流動(dòng)，管路又分為盤(pán)管式濃縮器、中央循環(huán)管式濃縮器。

1.5.2　真空濃縮設(shè)備操作流程

1）單效真空濃縮設(shè)備操作流程

圖1.29　單效蒸發(fā)流程圖

1—加熱管；2—加熱室；3—中央循環(huán)管；4—蒸發(fā)室；5—除沫器；6—冷凝器

所謂單效蒸發(fā)，是指物料在蒸發(fā)室內(nèi)蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸氣不再加以利用直接送入冷凝器。如圖1.29、圖1.30所示為料液?jiǎn)涡д舭l(fā)流程圖與外形圖。料液經(jīng)預(yù)熱后加至蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的下部為加熱室，由許多加熱管組成，而加熱管外是加熱蒸氣對(duì)管內(nèi)料液進(jìn)行傳熱，并使之沸騰汽化，水分不斷蒸發(fā)，濃縮液從蒸發(fā)器底部排出。蒸發(fā)室在蒸發(fā)器的上部，汽化產(chǎn)生的蒸氣在蒸發(fā)室和頂部的除沫器中將其夾帶的液沫進(jìn)行分離，然后送往冷凝器被冷凝除去。

圖1.30　單效蒸發(fā)設(shè)備外形圖

2）多效真空濃縮設(shè)備操作流程

按照加料方式的不同，常用的流程有順流法（并流法）、逆流法和平流法。

（1）順流法

料液與加熱蒸氣流動(dòng)方向相同，均由第一效順序流至末效。如圖1.31所示，蒸發(fā)室壓力由一效至末效依次遞減，由于壓力差的存在，故料液在效間流動(dòng)不需用泵輸送。料液沸點(diǎn)依效序遞降，因而當(dāng)前效料液進(jìn)入后效時(shí)便會(huì)發(fā)生閃蒸現(xiàn)象，產(chǎn)生更多蒸氣。由于后效溶液濃度較前效大，且溫度低，使傳熱系數(shù)降低。因此不適合成品黏度高的物料，但高濃度料液在低溫下濃縮，對(duì)于熱敏食品是有利的。

圖1.31　順流多效蒸發(fā)流程圖

（2）逆流法

如圖1.32所示，料液與蒸氣進(jìn)入濃縮裝置的流動(dòng)方向相反，即原料液由末效進(jìn)入，依次由泵輸送進(jìn)入前效，最終成品由第一效排出。蒸氣由第一效順序送入末效，最后進(jìn)入冷凝器。隨著料液向前效流動(dòng)，濃度越來(lái)越高，沸點(diǎn)也越來(lái)越高，故黏度增加并不十分顯著。這有利于提高傳熱系數(shù)。但效間料液流動(dòng)要用泵，與順流法蒸發(fā)相比，水分蒸發(fā)量稍減。適宜處理黏度隨溫度和濃度變化較大的溶液，不宜處理熱敏性物料。

圖1.32　逆流多效蒸發(fā)流程圖

（3）平流法

如圖1.33所示，平流法是將原料液同時(shí)加入每效，而濃縮液也每效各自排出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序流動(dòng)至末效，蒸氣的流向由第一效至末效依次流動(dòng)。此流程適用于在蒸發(fā)過(guò)程中伴有結(jié)晶析出的溶液。

圖1.33　平流多效蒸發(fā)流程圖

1.5.3　真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理

1）升膜式真空濃縮設(shè)備

薄膜式濃縮器可使料液沿管壁或器壁分散成液膜流動(dòng)，以增加蒸發(fā)面積，提高濃縮效率。常用的薄膜式濃縮器有升膜式和降膜式兩種。

（1）主要結(jié)構(gòu)與工作原理

升膜式濃縮器的結(jié)構(gòu)如圖1.34所示。它主要由加熱器、分離器和循環(huán)管等部分組成。工作時(shí)，料液先預(yù)熱至沸點(diǎn)或者接近沸點(diǎn)后，自加熱器底部進(jìn)入管內(nèi)，其在加熱管內(nèi)的液位占全部管長(zhǎng)的1/5～1/4。加熱器由多根垂直管束組成。管徑一般為30～50mm，為使加熱面供應(yīng)足夠成膜的氣流，管長(zhǎng)與管徑之比應(yīng)為100～150。加熱蒸氣在管間流動(dòng)，將熱量傳給管內(nèi)的料液。料液被加熱沸騰后迅速汽化，進(jìn)入管中間部開(kāi)始產(chǎn)生蒸氣泡，使料液產(chǎn)生上升力，所產(chǎn)生的二次蒸氣在管內(nèi)高速上升，將料液擠向管壁，料液呈薄膜狀在管內(nèi)上行。在減壓真空狀態(tài)下，二次蒸氣上升速度可達(dá)100～160m/s。料液被高速上升的二次蒸氣帶動(dòng)，沿管內(nèi)壁形成薄膜上升并不斷被加熱蒸發(fā)，料液從加熱器底部至加熱管頂部出口處逐漸被濃縮，到管頂部呈噴霧狀，沿切線方向高速進(jìn)入分離器，在離心力作用下與二次蒸氣分離，二次蒸氣從分離器頂部排出，濃縮液達(dá)到濃度要求從分離器底部排出。如若完成液未達(dá)到要求濃度可經(jīng)循環(huán)管送回蒸發(fā)器底部重新進(jìn)行蒸發(fā)。

升膜式濃縮器屬于自然循環(huán)式濃縮設(shè)備。這種濃縮設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備占地面積小，管內(nèi)靜液面低，由靜壓頭產(chǎn)生的沸點(diǎn)升高很小，提高了加熱蒸氣與料液間的溫度差，增加了傳熱量，加快了蒸發(fā)速率；工作時(shí)料液沿管壁成膜狀流動(dòng)，進(jìn)行連續(xù)傳熱蒸發(fā)，料液在濃縮器停留時(shí)間較短，適合于熱敏性制品濃縮，相應(yīng)縮短了料液受熱時(shí)間，故蒸發(fā)時(shí)間短，為幾秒至十余秒；由于料液在管內(nèi)速度較高，適用于易起泡沫的物料。升膜式設(shè)備的不足有：料液薄膜在管內(nèi)上升時(shí)要克服重力與管壁的摩擦阻力，故不適用于黏度大的物料。同時(shí)，由于加熱管長(zhǎng)，導(dǎo)致清洗不便。

圖1.34　升膜式濃縮器

1—蒸氣進(jìn)口；2—加熱室；3—料液進(jìn)口；4—冷凝水出口；5—循環(huán)管；
6—濃縮液出口；7—分離室；8—二次蒸氣出口

（2）升膜式真空濃縮設(shè)備的操作與維護(hù)

①料液應(yīng)先預(yù)熱到沸點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)入加熱器內(nèi)，以增加液膜比例，提高沸騰和傳熱系數(shù)；

②升膜式濃縮器使用時(shí)，要注意控制進(jìn)料量，一般經(jīng)過(guò)一次濃縮的蒸發(fā)水分量，不能大于進(jìn)料量的80%。如果進(jìn)料量過(guò)多，加熱蒸氣不足，則管的下部積液過(guò)多，會(huì)形成液柱上升而不能形成液膜，使傳熱效果大大降低。但如果進(jìn)料量過(guò)少，會(huì)產(chǎn)生管壁結(jié)焦現(xiàn)象。

③開(kāi)始工作時(shí)，先使料液自加熱器底部進(jìn)入，等料液噴出后即可稍開(kāi)啟加熱蒸氣閥，隨后稍減少蒸氣量。

2）降膜式真空濃縮設(shè)備

（1）降膜式真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理

降膜式真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖1.35所示，它與升膜式濃縮設(shè)備基本相似，主要區(qū)別在于其加熱器頂部有降膜分配器，其主要作用是使料液均勻分布于加熱管內(nèi)，并沿管內(nèi)壁流動(dòng)。工作時(shí)，料液從加熱器的頂部加入，經(jīng)分配器導(dǎo)流管分配進(jìn)入加熱管，在重力作用下，料液沿管壁呈膜狀向下流動(dòng)。蒸氣在管外流動(dòng)，對(duì)料液進(jìn)行加熱。料液在管內(nèi)向下流動(dòng)過(guò)程中氣液混合物進(jìn)入蒸發(fā)分離室后進(jìn)行分離，二次蒸氣由分離室頂部排出，濃縮液由底部排出。

圖1.35　降膜式濃縮設(shè)備

1—料液進(jìn)口；2—蒸氣進(jìn)口；3—加熱室；4—二次蒸氣出口；5—蒸發(fā)分離室；
6—濃縮液出口；7—冷凝水出口

降膜式濃縮設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)有：占地面積小，傳熱效率高；料液在加熱管表面形成膜狀，傳熱系數(shù)高，并可避免泡沫的形成，適合于易產(chǎn)生泡沫的物料，由于料液受熱時(shí)間短，有利于對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)成分的保護(hù)。但是由于降膜式濃縮設(shè)備進(jìn)料時(shí)，料液由上管口進(jìn)入，雖然每根管上端進(jìn)口處裝有分配器，但由于料液液位的變化，影響薄膜的形成及厚度的變化，甚至?xí)辜訜峁軆?nèi)表面暴露而結(jié)焦，導(dǎo)致清洗困難，故不適合濃縮高濃度和黏度較高的物料。

為了使料液均勻分布于加熱管內(nèi)，并沿管內(nèi)壁流動(dòng)，在管的頂部或管內(nèi)裝有分配器。分配器對(duì)提高傳熱有明顯作用，不但影響到設(shè)備的傳熱效果、蒸發(fā)能力和操作的穩(wěn)定性，而且還會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，其結(jié)構(gòu)形式有多種。如圖1.36所示為4種常用的料液分配器。

圖1.36　料液分配器

1—導(dǎo)流管；2—液面；3—傳熱管；4—分配板

①螺旋式。使液體沿管內(nèi)壁周?chē)鶆蛐D(zhuǎn)而下，同時(shí)可增加流速，減薄加熱表面的邊界層，降低熱阻，提高傳熱系數(shù)。

②圓錐式。在每一根加熱管的上端管口插入一根底部?jī)?nèi)凹的圓錐形導(dǎo)流棒，棒底與管壁有一定的均勻間隙，液體在此均勻環(huán)形間隙中流入加熱管內(nèi)壁，形成薄膜，從而使料液分布均勻。

③多孔板式。即料液通過(guò)多孔的分配板上的小孔流下進(jìn)入管內(nèi)。

④齒縫式。具有鋸齒形緣口的導(dǎo)流管，將加熱管的上方管口周邊切成鋸齒形，以增加液體的溢流周邊，同時(shí)由于加熱管口高度一致，使液體沿周邊均勻地溢流而下。當(dāng)液位稍有變化時(shí)，不致引起很大的溢流差別，但當(dāng)液位變化較大時(shí)，液體的分布不能控制均勻。

（2）真空濃縮裝置

從產(chǎn)品產(chǎn)生的二次蒸氣被壓縮，用作加熱介質(zhì)，這樣也可提高蒸發(fā)器的熱效率，一般壓縮二次蒸氣的方法有兩種，即蒸氣噴射再壓縮法（即熱再壓縮法）和機(jī)械再壓縮法。蒸氣噴射再壓縮是利用熱壓縮器混合生蒸氣和從產(chǎn)品中出來(lái)的二次蒸氣，并把混合物壓縮到較高的壓力。多效蒸發(fā)器與熱壓縮器共同使用可以使熱效率達(dá)到最高。機(jī)械再壓縮蒸發(fā)是利用機(jī)械壓縮機(jī)的絕熱壓縮實(shí)現(xiàn)熱效率的提高，壓力的增加是通過(guò)機(jī)械能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)來(lái)完成的。在機(jī)械式蒸氣壓縮過(guò)程中，所有的蒸氣在蒸發(fā)器里循環(huán)，從而能高度回收熱能。

如圖1.37所示的是同時(shí)帶機(jī)械壓縮機(jī)和熱壓縮機(jī)的三效蒸發(fā)器。壓縮蒸氣從壓縮機(jī)1回到一效蒸發(fā)器加熱產(chǎn)品，從一效出來(lái)的蒸氣用來(lái)加熱二效的產(chǎn)品，從二效出來(lái)的蒸氣用來(lái)加熱三效的產(chǎn)品，以此類(lèi)推。壓縮機(jī)1把從三效分離器出來(lái)的二次蒸氣壓力從20kPa升高到32kPa，把溫度從60℃提高到71℃。71℃的溫度在一效蒸發(fā)器里不足以消毒產(chǎn)品，因此，實(shí)際生產(chǎn)中需要在一效前面安裝熱壓縮器10以提高蒸氣溫度。機(jī)械式壓縮法所用的壓縮機(jī)可以是正位移式或離心式，對(duì)于中小型設(shè)備宜采用羅茨式壓縮機(jī)。

圖1.37　帶機(jī)械式蒸氣壓縮機(jī)的三效蒸發(fā)器

1—機(jī)械壓縮機(jī)；2—真空泵；3—機(jī)械式蒸氣壓縮機(jī)；4—第一效；5—第二效；6—第三效；
7—蒸氣分離器；8—板式換熱器；9—板式換熱器；10—熱壓縮器

（3）降膜式真空濃縮設(shè)備操作與維護(hù)

①降膜式真空濃縮設(shè)備使用前，應(yīng)檢查設(shè)備安裝的正確性、精密度和蒸發(fā)器體的垂直度。若降膜管與水平面不垂直，就會(huì)引起偏流，使降膜管內(nèi)形成的液膜厚度不均勻，出現(xiàn)焦管現(xiàn)象。

②先開(kāi)啟真空泵及冷凝水排出泵，并輸入冷卻水。

③開(kāi)啟進(jìn)料泵，使料液自加熱器頂部進(jìn)入，當(dāng)分離器切線口有料液噴出時(shí)，可開(kāi)啟加熱蒸氣，必要時(shí)還需進(jìn)行壓氣。

④當(dāng)蒸發(fā)開(kāi)始或操作正常后，開(kāi)啟熱壓泵，待濃度達(dá)到要求，即可開(kāi)始出料。

⑤生產(chǎn)過(guò)程中不能隨意中斷生產(chǎn)，否則容易結(jié)垢或結(jié)晶，發(fā)生焦管現(xiàn)象。由于加熱管較長(zhǎng)，如有結(jié)焦則清洗困難，不適宜于濃度高、黏度大的物料。

3）板式真空濃縮設(shè)備

（1）板式真空濃縮設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)與工作原理

板式蒸發(fā)器如圖1.38所示，主要由板式換熱片、分界板、導(dǎo)桿、壓緊板、支架、壓緊螺桿、密封墊圈及溫度控制裝置等部分組成，也是一種薄膜蒸發(fā)器。其中，板式換熱片用不銹鋼沖壓而成，其上具有許多花紋，板厚1～1.5mm，片的四周用橡膠墊圈密封，同時(shí)片與片之間形成流體的通道，分別相間隔地流動(dòng)著蒸氣與料液，通過(guò)金屬板進(jìn)行熱交換，將物料加熱蒸發(fā)。一般由4片傳熱板組成一組，即每組由蒸氣段—物料升膜段—蒸氣段—物料降膜段組成。

圖1.38　單段板式蒸發(fā)器

1—分配管的噴頭；2—導(dǎo)桿；3—板式換熱片；4—壓緊螺桿；5—壓緊板；6—支架；7—蒸氣分離器

板式濃縮設(shè)備工作時(shí)的蒸氣與料液流動(dòng)方向如圖1.39所示。加熱板4片一組，料液由泵強(qiáng)制通入加熱器體，料液在片1與片2之間上升呈升膜流動(dòng)，然后從片3與片4之間下降呈降膜流動(dòng)。而加熱蒸氣則在片2，3和1，4之間流動(dòng)冷凝，蒸氣將熱量通過(guò)片壁傳遞給料液，料液吸收熱量后變?yōu)槎握魵馀c濃縮液，一起進(jìn)入底部通道，引入蒸發(fā)分離器進(jìn)行分離。板組的數(shù)目可以視生產(chǎn)的需要而變動(dòng)。離開(kāi)板組的氣液混合物進(jìn)入蒸氣分離器分離。

圖1.39　蒸氣與物料流動(dòng)方向

a—蒸氣；b—進(jìn)料；c—冷凝水；d—二次蒸氣與濃縮引向分離器

板式濃縮器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料。由于流體在板間形成湍流，熱阻小，故板式濃縮設(shè)備傳熱系數(shù)高，熱效率高。同時(shí)，加熱面積可隨意調(diào)整來(lái)滿(mǎn)足不同的生產(chǎn)能力的需要。易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，便于清洗。板式蒸發(fā)濃縮設(shè)備的造價(jià)也較為便宜，而且其生產(chǎn)成本也比其他換熱器低得多。但是板式蒸發(fā)器的使用有局限性，由于換熱片之間是由密封墊片密封，因此需要經(jīng)常拆卸和清洗，容易造成泄漏、脫墊、伸長(zhǎng)變形、老化和斷裂。同時(shí)，操作溫度、壓力也受到限制。

（2）板式濃縮設(shè)備的使用與維護(hù)

①按照要求進(jìn)行組裝。安裝前將板片處理干凈，檢查密封墊圈是否完好，按順序懸掛，保證孔對(duì)正，板片均勻壓緊，一般壓緊至規(guī)定尺寸，以不泄漏為宜，不宜壓得過(guò)緊。設(shè)備必須調(diào)整水平，否則會(huì)使料液不能均勻分布于板片表面，影響正常加熱，甚至造成加熱表面結(jié)焦。

②使用前，要進(jìn)行試壓和消毒，檢查有無(wú)泄漏，然后通入高壓蒸氣消毒。

③正常工作中，應(yīng)控制好壓力和流量，開(kāi)始時(shí)，輸出的流體溫度可能不符合要求，待溫度正常后，方可投入運(yùn)行。運(yùn)行中維持適當(dāng)?shù)膲毫土髁?，減少波動(dòng)。

④停車(chē)時(shí)，應(yīng)先停止高溫流體的流動(dòng)，再停止低溫流體的流動(dòng)，直到換熱器內(nèi)的流體流盡。

⑤生產(chǎn)完畢需根據(jù)生產(chǎn)物料性質(zhì)進(jìn)行徹底清洗。

⑥定期檢查各傳熱板的幾何尺寸及清潔情況，同時(shí)檢查各密封墊圈的密封性能，密封墊圈應(yīng)定期進(jìn)行更換。

1.5.4　濃縮附屬設(shè)備

真空濃縮裝置的附屬設(shè)備主要包括：氣液分離器、蒸氣冷凝器及抽真空系統(tǒng)。

1）氣液分離器

氣液分離器也稱(chēng)捕集器、捕沫器、除沫器等。一般安裝在濃縮裝置的頂部或側(cè)部。其功用是將蒸發(fā)濃縮過(guò)程中夾帶的細(xì)微液滴與二次蒸氣分離，減少料液的損失，同時(shí)防止管道及其他濃縮器加熱面的污染。氣液分離器有慣性型分離器、離心型分離器和表面型分離器等類(lèi)型。

（1）慣性型（碰撞型）氣液分離器

慣性型氣液分離器的結(jié)構(gòu)如圖1.40（a）、（b）所示。其工作原理是：在二次蒸氣流經(jīng)的通道上設(shè)置若干擋板，使帶有液滴的二次蒸氣通過(guò)時(shí)多次突然改變流動(dòng)方向，并與擋板碰撞，液滴慣性大，在突然改變方向時(shí)，碰撞在擋板上，沿?fù)醢辶飨聫亩c氣體分離。為了提高分離效果，一般慣性型氣液分離器的直徑比二次蒸氣的直徑大2.5～3倍時(shí)效果較好，但阻力損失卻較大。

（2）離心型氣液分離器

離心型氣液分離器的形狀結(jié)構(gòu)如圖1.40（c）所示。帶有液滴的二次蒸氣沿分離器內(nèi)壁切線方向進(jìn)入，氣液混合物作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，液滴在離心力的作用下被甩至分離器的內(nèi)壁，并沿內(nèi)壁流下至蒸發(fā)室。二次蒸氣由頂部排出，在蒸氣速度較大時(shí)操作性能較好。

（3）表面型（過(guò)濾型）氣液分離器

表面型氣液分離器的結(jié)構(gòu)如圖1.40（d），（e）所示。二次蒸氣通過(guò)分離器中的多層金屬網(wǎng)或磁圈等結(jié)構(gòu)，從而液滴黏附在其表面而二次蒸氣則可通過(guò)，從而達(dá)到分離的目的。其特點(diǎn)是氣流速度小，阻力損失小，但缺點(diǎn)是由于填料及金屬網(wǎng)不易清洗，因此在食品工業(yè)中應(yīng)用不多。

圖1.40　氣液分離器

（a），（b）慣性型氣液分離器 （c）離心型氣液分離器 （d），（e）表面型氣液分離器
1—蒸氣進(jìn)口；2—料液回流口；3—二次蒸氣出口；4—真空解除閥；5—視孔；
6—折流板；7—排液口；8—擋板

2）冷凝器

冷凝器的主要作用是將真空濃縮所產(chǎn)生的二次蒸氣進(jìn)行冷凝，并將其中的不凝氣體（如空氣、二氧化碳等）分離，便于抽真空裝置抽出，以減輕抽真空系統(tǒng)的容積負(fù)荷，并保證工作所需的真空度。冷凝器按冷凝方式可分為表面式和接觸式冷凝器。其中，表面式即蒸氣與冷水不直接接觸，即間壁式換熱器。一般情況下，除非冷凝液具有回收價(jià)值，否則冷卻水的使用是不經(jīng)濟(jì)的，故這種形式使用較少。而接觸式又稱(chēng)混合式，蒸氣與冷水直接混合。由于該種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高，較為經(jīng)濟(jì)，因此，蒸發(fā)操作中常采用這種汽液直接接觸的冷凝器來(lái)冷凝二次蒸氣。下面就介紹較為常用的直接接觸式冷凝器。

（1）水力噴射器

水力噴射器主要由噴嘴、吸氣室、混合室和擴(kuò)散室等部分組成，兼有冷凝和抽真空兩種作用。如圖1.41所示，其中噴嘴是水力噴射器的關(guān)鍵零件，噴嘴的大小與冷凝器的冷凝能力、吸入冷水的水質(zhì)有關(guān)。工作時(shí)，由離心泵將水壓入噴嘴，由于噴嘴處的斷面積突然變小，水流以高速?gòu)膰娮焯幧涑?，射入混合室及擴(kuò)散室，這樣，在噴嘴出口處便形成負(fù)壓區(qū)，不斷將二次蒸氣吸入，由于二次蒸氣與冷卻水間有溫差，二次蒸氣與冷水進(jìn)行熱交換，二次蒸氣凝結(jié)為冷凝水，同時(shí)夾帶不凝性氣體，隨冷水一起排出，這樣既達(dá)到冷凝效果，又可起到抽真空的作用。

噴嘴排列是否恰當(dāng)，對(duì)抽氣效果有很大影響。噴嘴的大小與冷凝器的冷凝能力以及吸入冷水的水質(zhì)有關(guān)。當(dāng)水質(zhì)較好、冷凝能力較小時(shí)，可采用直徑較小的噴嘴，反之應(yīng)采用直徑較大的噴嘴。一般噴嘴以一定傾斜角度，按同心圓排列1～3圈，噴嘴直徑以16～20mm為宜。喉部直徑大小與操作要求的真空度有關(guān)，通常喉部截面積與噴嘴出口總截面積之比為3～4。為避免高壓水流的沖擊，在吸氣室內(nèi)裝有導(dǎo)向盤(pán)，可起到緩沖和分配水流的作用。

圖1.41　水力噴射器

1—頂蓋；2—噴嘴；3—噴嘴托板；4—導(dǎo)向盤(pán)；5—噴射器體；6—擴(kuò)散管

（2）孔板式冷凝器

孔板式冷凝器如圖1.42（a）所示。其中，裝有若干塊淋水板，每個(gè)淋水板上均勻地鉆有很多小的淋水孔。淋水板交替放置，冷卻水自上方引入，順次經(jīng)板孔順流而下，形成雨滴滴下，同時(shí)還經(jīng)淋水板邊緣泛流而下。蒸氣則自下方進(jìn)入，與冷卻水逆流接觸而被冷凝。進(jìn)入的冷卻水與蒸氣進(jìn)行熱交換后，從下方尾管排出。不凝結(jié)氣體和水氣混合物自上方排出。

圖1.42　混合式冷凝器

1—冷水入口；2—不凝氣體排出口；3—蒸氣入口；4—孔板；5—填料

（3）填料式冷凝器

如圖1.42（b）所示，冷卻水從上部噴淋而下，與上升的蒸氣在填料層內(nèi)接觸。填料層由許多空心圓柱形的填料環(huán)或其他填料充填而成，形成兩種流體的接觸面。不凝結(jié)氣體則由頂部排出，混合冷凝后的冷凝水由底部引出。

3）真空裝置

抽真空裝置主要作用就是抽取不凝結(jié)氣體，降低濃縮鍋內(nèi)的壓力，保證整個(gè)濃縮系統(tǒng)處于真空狀態(tài)。從而使料液在低溫下沸騰，有利于提高食品的質(zhì)量。濃縮裝置中的不凝結(jié)氣體主要來(lái)自于溶解在冷卻水中的空氣、料液受熱后分解出來(lái)的氣體、設(shè)備泄漏進(jìn)來(lái)的氣體等。常用的真空裝置有水環(huán)式真空泵、往復(fù)式真空泵及噴射式真空泵等。這里簡(jiǎn)單介紹常用的水環(huán)式真空泵的工作原理。

水環(huán)式真空泵其主要結(jié)構(gòu)是由泵體、葉輪和泵殼組成的工作室。葉輪呈放射狀均勻分布，偏心安裝于工作室內(nèi)。開(kāi)機(jī)前先向泵內(nèi)灌入一半的水（見(jiàn)圖1.43），當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵內(nèi)的水被甩至工作室內(nèi)壁形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)水環(huán)，水環(huán)外部表面與泵殼相切。沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)的葉輪在前半轉(zhuǎn)中，水環(huán)的內(nèi)表面逐漸向外移動(dòng)與輪轂逐漸分開(kāi)一定距離，葉片與水環(huán)間空隙逐漸擴(kuò)大形成真空，因此，從鐮刀形吸氣口中氣體被吸入。當(dāng)在后半轉(zhuǎn)中，旋轉(zhuǎn)水環(huán)內(nèi)表面逐漸與輪轂接近，葉片間空隙逐漸減小，抽進(jìn)的氣體被壓縮并從另一側(cè)鐮刀形排氣口中排出。葉輪每轉(zhuǎn)一周，兩個(gè)葉片間的容積周期性的改變一次，從而可以連續(xù)不斷地抽吸和排出氣體，達(dá)到抽真空的目的。

圖1.43　水環(huán)式真空泵

1—葉輪；2—水環(huán)；3—進(jìn)氣管；4—吸氣口；5—排氣口；6—排氣管

水環(huán)式真空泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，操作可靠，轉(zhuǎn)速較高，可與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)，內(nèi)部不需潤(rùn)滑，可使排出氣體免受污染，排氣量較均勻，可用來(lái)抽吸空氣和其他無(wú)腐蝕性、不溶于水的氣體，工作平穩(wěn)可靠。但因高速運(yùn)轉(zhuǎn)，水的沖擊使葉輪與輪殼磨損，造成真空度下降，需經(jīng)常更換零件。

1.5.5　真空濃縮設(shè)備的常見(jiàn)故障及排除

1）真空度過(guò)低

真空度過(guò)低使?jié)饪s液的沸點(diǎn)和二次蒸氣的溫度升高，傳熱量減少，蒸氣蒸發(fā)速度減緩，料液加熱溫度升高，影響有效成分的保存。

原因分析：濃縮設(shè)備泄漏，各連接件泄漏滲入空氣，空氣滲入使真空設(shè)備增加了額外負(fù)擔(dān)；冷卻水量不足，二次蒸氣不能及時(shí)冷凝；冷卻水的進(jìn)水溫度過(guò)高，濃縮加熱產(chǎn)生的大量二次蒸氣不能及時(shí)得到冷凝；加熱蒸氣壓力過(guò)高使?jié)饪s設(shè)備蒸發(fā)速率迅速升高，產(chǎn)生了大量的二次蒸氣，使真空度逐步降低；真空設(shè)備有故障，用于濃縮生產(chǎn)的真空泵有故障使抽氣速率下降。

排除辦法：檢查濃縮設(shè)備各連接件是否有泄漏；檢查冷卻水泵；檢查管道是否堵塞、閥門(mén)是否損壞；降低冷卻水溫度；降低加熱蒸氣壓力，減少加熱蒸氣流量；停車(chē)檢查真空設(shè)備；若使用水力噴射器，查看噴嘴是否阻塞。

2）真空度過(guò)高

原因分析：濃縮設(shè)備冷卻水的進(jìn)水溫度過(guò)低；由于加熱蒸氣使用壓力過(guò)低或者蒸氣流量不足，使蒸發(fā)速率大大降低；分離室故障，或加熱蒸氣品質(zhì)差，蒸氣管道保溫不良，會(huì)使加熱器內(nèi)出現(xiàn)積水，使真空度過(guò)高；加熱器故障；加熱器表面的嚴(yán)重結(jié)焦，使蒸發(fā)速率降低。

排除方法：增加冷卻水的進(jìn)水溫度；適當(dāng)增加加熱蒸氣壓力或者提高蒸氣流量；選擇適當(dāng)?shù)钠蛛x器，檢查分離器是否堵塞；保證加熱蒸氣品質(zhì)和蒸氣管道保溫效果；盡量避免加熱器表面的結(jié)焦，及時(shí)清理。

3）冷卻水倒灌入濃縮設(shè)備

原因分析：設(shè)備突然停止運(yùn)行、突然停電使鍋內(nèi)真空度高于真空系統(tǒng)；操作失誤未按正常順序操作；真空設(shè)備故障，真空設(shè)備的突然故障使真空系統(tǒng)抽氣速率突然急劇下降。

排除方法：突然停機(jī)時(shí)，及時(shí)關(guān)閉蒸氣，防止鍋內(nèi)真空度過(guò)高；應(yīng)按正常順序進(jìn)行開(kāi)機(jī)和停機(jī)操作；若真空設(shè)備突然故障，及時(shí)調(diào)整鍋內(nèi)真空度。

4）加熱器表面結(jié)焦

原因分析：進(jìn)料量過(guò)少或蒸氣溫度、壓力過(guò)高，加熱表面未被物料全部浸沒(méi)而即開(kāi)啟蒸氣閥門(mén)，使加熱表面裸露而結(jié)焦；當(dāng)運(yùn)行中供料中斷以及生產(chǎn)過(guò)程中加熱蒸氣壓力、溫度的突然升高或者操作條件的突然變化；不按停車(chē)順序進(jìn)行操作；停車(chē)時(shí)未先關(guān)閉加熱蒸氣閥門(mén)而先破壞真空，使物料液位下跌，造成加熱面裸露而結(jié)焦。

排除方法：待加熱表面被物料全部浸沒(méi)后再開(kāi)啟蒸氣閥門(mén)；停車(chē)時(shí)先關(guān)閉加熱蒸氣閥門(mén)再先破壞真空；運(yùn)行中維持供料穩(wěn)定，生產(chǎn)過(guò)程中確保加熱蒸氣壓力、溫度維持穩(wěn)定。

5）跑料

原因分析：?jiǎn)?dòng)操作時(shí)一次進(jìn)料量過(guò)多，使分離器內(nèi)料液液位過(guò)高，造成壓氣操作困難而易產(chǎn)生跑料；實(shí)際操作中真空度過(guò)高或者真空度突然升高；間歇操作濃縮設(shè)備底部或者升（降）膜式濃縮設(shè)備底部泄漏，使料液跳動(dòng)嚴(yán)重而外溢；連續(xù)式設(shè)備中出料突然中斷，會(huì)使料液液面上升而產(chǎn)生跑料。

排除方法：在正常操作中，進(jìn)料量不應(yīng)大于出料量和蒸發(fā)水分之和；真空度維持在適當(dāng)水平，避免波動(dòng)；維持出料通暢。

1.6　噴霧干燥設(shè)備

噴霧干燥是利用霧化器將溶液、乳濁液、懸濁液或含有水分的膏糊狀物料在熱風(fēng)中噴霧成細(xì)小的液滴，在液滴下落的過(guò)程中，水分被蒸發(fā)而成為粉末狀或顆粒狀的產(chǎn)品。噴霧干燥廣泛應(yīng)用于奶粉、蛋類(lèi)、咖啡、香辛料的浸出液加工，而且，在果蔬汁、合成食用香料、油脂、醬油以及很多液態(tài)食品粉末化生產(chǎn)中也廣泛應(yīng)用。

1.6.1　噴霧干燥基本原理

噴霧干燥是使物料在機(jī)械力的作用下，用霧化器霧化成直徑為10～100μm的霧滴，從而增大制品的表面積，每升乳液經(jīng)霧化后，其表面積可達(dá)到100～600m2，并與干燥介質(zhì)充分接觸，使物料中的水分瞬間蒸發(fā)，從而迅速脫水干燥，經(jīng)15～30s，就可得到符合要求的粉狀、顆粒狀干制品。

噴霧干燥可分為3個(gè)過(guò)程：首先，使物料分散為細(xì)小的霧滴，將潔凈的干燥空氣，由加熱器加熱到100℃以上吹入干燥室中，同時(shí)將經(jīng)濃縮的原料送至干燥室內(nèi)的霧化器進(jìn)行霧化。然后，使霧滴與干燥介質(zhì)充分接觸，物料中的水分迅速蒸發(fā)，液體小霧滴瞬時(shí)變?yōu)楣腆w小顆粒。最后，將干燥后的小顆粒與干燥介質(zhì)充分分離，在干燥過(guò)程中被廢氣夾帶的微粉可通過(guò)分離裝置回收。

噴霧干燥前，根據(jù)原料性質(zhì)和對(duì)產(chǎn)品的要求不同，原料需進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理。例如，若物料含水量大，應(yīng)先進(jìn)行濃縮處理；原料若為懸浮液，噴霧時(shí)需攪拌均勻，濾去懸浮雜質(zhì)，等等。適當(dāng)?shù)念A(yù)處理可節(jié)省能源，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1.6.2　噴霧干燥典型工藝流程

噴霧干燥典型工藝流程如圖1.44所示。物料首先由泵泵入塔頂內(nèi)部的霧化器，霧化后與同時(shí)進(jìn)入的熱風(fēng)進(jìn)行充分的熱交換，霧滴在干燥室內(nèi)與熱空氣相遇，以并流方式自上而下運(yùn)動(dòng)，水分蒸發(fā)。顆粒落入塔底的錐形部分，由星形閥排出干燥塔。

工作時(shí)，新鮮的空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器除去雜質(zhì)后，被進(jìn)風(fēng)機(jī)送入空氣加熱器加熱至130～160℃，送到熱空氣分配室，經(jīng)塔頂?shù)臒犸L(fēng)分布器均勻的吹入塔內(nèi)，與霧化器形成的霧滴進(jìn)行充分的熱交換，蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣及熱風(fēng)形成廢氣，帶著細(xì)粉的廢氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器，細(xì)粉被旋風(fēng)分離器回收，廢氣通過(guò)排風(fēng)機(jī)排出。由旋風(fēng)分離器回收的細(xì)粉經(jīng)下部的鼓形閥排出。

圖1.44　噴霧干燥設(shè)備流程

1—高壓泵；2—霧化器；3—干燥室；4—風(fēng)機(jī)；
5—旋風(fēng)分離器；6—空氣加熱器；7—空氣過(guò)濾器

1.6.3　噴霧干燥設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)

噴霧干燥系統(tǒng)根據(jù)工藝的需要，噴霧干燥系統(tǒng)的組成會(huì)有一些不同，但其基本組成為霧化系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、干燥室、產(chǎn)品收集系統(tǒng)、廢氣排放及微粉回收系統(tǒng)、系統(tǒng)控制裝置及廢熱回收裝置。

1）霧化器

霧化器的作用就是將料液穩(wěn)定地噴灑成細(xì)小且均勻的霧滴，并使其均勻地分布于干燥室的有效部分，與熱空氣保持良好的接觸。噴霧干燥時(shí)，要求霧滴不發(fā)生相互碰撞，也不噴至干燥室內(nèi)壁面。由于霧滴表面積越大，干燥速度就越快，因此，霧化器是噴霧干燥設(shè)備保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高干燥效率的關(guān)鍵部件。食品工業(yè)中，物料微?；椒ㄒ罁?jù)霧化器的形式主要有兩類(lèi)，即離心霧化器和壓力霧化器。其工作狀態(tài)如圖1.45所示。

（1）壓力霧化器

壓力霧化器是利用高壓泵（2～20MPa）給予料液靜壓能，將料液以一定的速度送入霧化室，在霧化室內(nèi)，料液在壓力的作用下，沿切線方向進(jìn)入噴嘴旋轉(zhuǎn)室，經(jīng)渦旋室、孔板或旋轉(zhuǎn)斜槽等裝置，這時(shí)，液體的部分靜壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使料液得以加速，產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后由噴孔高速?lài)姵?。并且料液越靠近軸心，旋轉(zhuǎn)速度越大，結(jié)果在噴嘴中央形成一股壓力等于大氣壓的空氣流，而液體則形成旋轉(zhuǎn)的環(huán)形薄膜從噴嘴噴出。液膜伸長(zhǎng)變薄，以高速與空氣發(fā)生摩擦，最后分裂為小霧滴，這樣形成的液霧為空心圓錐形。

一般噴霧壓力越高噴孔孔徑越小，則噴出的霧滴越小，反之則霧滴越大。霧化效果取決于湍流速度，影響因素有液流壓力、流速、噴嘴形狀及物料特性。霧滴的分散度與料液的性質(zhì)及噴孔直徑成正比，與流量成反比，并與噴嘴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。目前我國(guó)廣泛應(yīng)用的壓力霧化器有M型和S型兩種。

圖1.45　霧化器工作狀態(tài)

①M(fèi)型壓力霧化器

M型霧化器的結(jié)構(gòu)如圖1.46（a）所示。它主要由渦流板、噴頭等組成。噴頭內(nèi)鑲?cè)肴嗽旒t寶石噴嘴。在噴頭上有導(dǎo)流溝，導(dǎo)流溝與渦流板上的切向通道相通，導(dǎo)流溝的軸線垂直于噴頭軸線，但不與之相交，以增加噴霧時(shí)溶液的湍流度。高壓料液進(jìn)入霧化器，經(jīng)渦流板上的小孔進(jìn)入導(dǎo)流溝，沿切線方向進(jìn)入噴嘴內(nèi)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，呈環(huán)形薄膜從噴頭以高速?lài)姵觥姵龅腻F形液膜與空氣發(fā)生摩擦碰撞，液膜被撕裂成細(xì)小霧滴，進(jìn)入干燥塔內(nèi)便瞬間干燥。M型霧化器的流量大，適用于生產(chǎn)能力較大的干燥設(shè)備。

②S型壓力霧化器

S型霧化器的結(jié)構(gòu)如圖1.46（b）所示。它不設(shè)分配板，由噴頭座、渦流芯等組成。在渦流芯上有兩條導(dǎo)流溝，導(dǎo)流溝的軸線與渦流芯的軸線成一定的角度，噴心與噴嘴之間形成旋轉(zhuǎn)室，進(jìn)入導(dǎo)流溝的料液作螺旋運(yùn)動(dòng)，噴孔直徑一般為0.5～1.4mm。

圖1.46　霧化器

1—管接頭；2—噴頭帽；3—渦流板；4—噴頭；5—人造紅寶石噴嘴；
7—噴頭座；8—渦流芯；9—墊片；10—噴孔

（2）離心霧化器

離心霧化就是將料液注入一水平方向作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圓盤(pán)，使料液在離心力的作用下被高速甩出，形成薄膜、細(xì)絲或液滴。被甩出的料液，同時(shí)與干燥塔內(nèi)的熱氣流相互接觸、摩擦并產(chǎn)生撕裂等作用而使料液形成霧滴，使物料霧化。料液的物性、流量、離心盤(pán)直徑及轉(zhuǎn)速等因素都會(huì)影響霧化的效果。

離心霧化器主要有光滑盤(pán)離心霧化器和葉輪式離心霧化器兩種，如圖1.47所示為常用的不同形式的離心霧化盤(pán)。食品工業(yè)上常用的光滑圓盤(pán)離心霧化器有碟式、僧帽式、碗式及多層式，如圖1.48所示。此光滑圓盤(pán)離心霧化器的圓盤(pán)為平的光滑表面。故當(dāng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，料液在盤(pán)面上會(huì)發(fā)生較大的滑動(dòng)，影響霧化效果。因此，這類(lèi)光滑圓盤(pán)霧化器一般適合于物料進(jìn)料率低、生產(chǎn)顆粒粗的場(chǎng)合。

圖1.47　各種形式的離心霧化盤(pán)

葉輪式離心霧化器主要有曲葉板式、輻射葉板式、溝槽式、插板式，如圖1.49所示。這種噴霧方式料液與葉輪的通道接觸，在霧化盤(pán)上就不會(huì)像光滑盤(pán)那樣發(fā)生滑動(dòng)，避免物料橫向流動(dòng)，被霧化的料液滴較為均勻。但由于噴嘴直徑較細(xì)，易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

圖1.48　光滑盤(pán)離心霧化器

圖1.49　葉輪式離心霧化器

2）干燥室

霧化干燥室是熱空氣與被干燥的料液進(jìn)行熱和質(zhì)交換的場(chǎng)所，要求具有足夠的空間，以保證空氣及物料在干燥室內(nèi)停留的時(shí)間，保證制品的含水量達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，又不致受熱過(guò)度或產(chǎn)生黏壁等現(xiàn)象。干燥塔分為箱式（臥式）和塔式（立式）兩大類(lèi)，塔式干燥室的塔底分為錐底、平底和斜底3種結(jié)構(gòu)。一般為塔式干燥室，用厚度為2.5～3mm的不銹鋼焊制而成。使用絕熱材料如硅藻土、泡沫塑料等輕質(zhì)材料進(jìn)行保溫。

熱風(fēng)在干燥室內(nèi)的分配要合理，保證熱風(fēng)和物料的有效混合，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量。根據(jù)物料與干燥介質(zhì)在干燥塔內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向不同可分為3種類(lèi)型，即并流型、逆流型和混流型。

（1）熱風(fēng)與物料顆粒的運(yùn)動(dòng)形式

①并流干燥法

并流型霧化干燥設(shè)備如圖1.50（a）所示。料液霧滴與進(jìn)入干燥室內(nèi)的干燥介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向一致。因入口處的料液含濕量高，盡管與高溫的熱風(fēng)相接觸，其熱量都供給水分蒸發(fā)了，液滴表面溫度接近濕球溫度，故不會(huì)使被干燥物料出現(xiàn)焦化而影響產(chǎn)品質(zhì)量。較適宜于熱敏性物料的噴霧干燥，是乳品干燥中的主要類(lèi)型。

圖1.50　熱風(fēng)與霧滴的流動(dòng)形式

②逆流干燥法

如圖1.50（b）所示為逆流型霧化干燥設(shè)備。與并流干燥法相反，料液霧滴與干燥介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向相反。物料從上往下噴，熱風(fēng)由下往上吹，兩者呈逆流接觸。因液滴在水分少的時(shí)候與高溫空氣接觸，從而干燥速度慢。即將完成干燥的物料的水分含量進(jìn)一步排除，較適宜含濕量較高的物料，干燥的體積質(zhì)量較大，空心、結(jié)皮傾向小。但是容易使產(chǎn)品過(guò)熱焦化，所以不適宜熱敏性物料，乳品工業(yè)中應(yīng)用較少。

③混流干燥法

如圖1.50（c）所示為混流型噴霧干燥設(shè)備。料液霧滴與熱風(fēng)的運(yùn)動(dòng)方向呈不規(guī)則狀況，二者的運(yùn)動(dòng)軌跡呈紊亂狀態(tài)。霧滴與熱風(fēng)充分接觸，干燥效率較高，塔內(nèi)溫度分布較均勻且較低，可用于含油量高的制品，如椰奶粉和稀奶油粉。但若控制不好，干燥塔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，造成產(chǎn)品黏壁。

（2）空氣分配器

為了使氣流有規(guī)則地流動(dòng)，并與霧滴有效混合。熱空氣進(jìn)入干燥室前，應(yīng)用空氣分配器進(jìn)行整流處理?？諝夥峙淦鞯淖饔檬鞘惯M(jìn)入干燥室后的熱風(fēng)在室內(nèi)分配均勻不產(chǎn)生渦流，使熱風(fēng)與霧滴能充分地進(jìn)行熱交換。因此熱風(fēng)分配器的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量好壞，良好的熱風(fēng)分配器的主要作用是使氣-液兩相充分接觸，混合良好，使氣體分布均勻。

熱風(fēng)速度在設(shè)計(jì)上一般以6～10m/s進(jìn)入干燥室，經(jīng)空氣分配器均勻分配后，干燥室內(nèi)風(fēng)速應(yīng)為0.2～0.5m/s為宜，排風(fēng)速度為5～8m/s為宜。

當(dāng)采用壓力噴霧方式時(shí)，常見(jiàn)的熱風(fēng)分布為直線運(yùn)動(dòng)分風(fēng)形式；而采用離心噴霧時(shí)，熱風(fēng)的分布為螺旋分風(fēng)形式。這種形式可很好地控制霧滴的徑向運(yùn)動(dòng)軌跡，此分配器裝有冷風(fēng)圈，可防止塔頂?shù)倪M(jìn)風(fēng)處產(chǎn)生焦粉，其結(jié)構(gòu)如圖1.51所示。

圖1.51　空氣分配器結(jié)構(gòu)

1.6.4　其他附屬設(shè)備

噴霧干燥系統(tǒng)的其他附屬設(shè)備主要有空氣過(guò)濾器、空氣除濕器、空氣加熱器、鼓風(fēng)機(jī)及除塵裝置等。

1）空氣過(guò)濾器

用于生產(chǎn)食品的噴霧干燥設(shè)備所使用的熱空氣必須是潔凈空氣，而一般室外空氣會(huì)含有二氧化硫、一氧化碳等有害氣體以及其他粉塵等雜質(zhì)，若使雜質(zhì)混入成品會(huì)造成極大的危害。因此所使用的空氣須經(jīng)過(guò)濾凈化處理。

空氣過(guò)濾器的框架是由1～2mm厚的鋼板構(gòu)成的，中間裝厚約100mm的過(guò)濾層，濾層可定期拆下清洗。濾層材料一般選用不銹鋼絲絨或尼龍絲絨，并且噴以無(wú)味、無(wú)毒、揮發(fā)性低、化學(xué)穩(wěn)定性高的輕質(zhì)油。當(dāng)空氣通過(guò)空氣過(guò)濾器時(shí)，其雜質(zhì)即被擋在濾層中或被油膜吸附于濾層中。

2）空氣除濕器

當(dāng)進(jìn)入干燥塔的空氣特別是進(jìn)入流化床的空氣含濕量較大時(shí)，會(huì)造成物料返潮，必須對(duì)空氣進(jìn)行除濕。除濕器殼內(nèi)裝有管道，管道內(nèi)流動(dòng)有冷水或冰水，殼腔直接與空氣過(guò)濾器相連，進(jìn)來(lái)的空氣與殼腔內(nèi)的冷介質(zhì)進(jìn)行熱交換，使空氣冷卻到0℃以下，從而使空氣所含濕氣冷凝，進(jìn)入的空氣濕度降低，這樣處理可以盡量減少返潮現(xiàn)象的發(fā)生。

3）空氣加熱器

來(lái)自空氣過(guò)濾器的潔凈空氣在進(jìn)入干燥室之前需要進(jìn)行加熱，使空氣的溫度升高至140～180℃后通入干燥室?？諝饧訜岱椒ㄓ兄苯蛹訜岷烷g接加熱兩種方法。目前，我國(guó)的噴霧干燥設(shè)備多數(shù)使用間接加熱法加熱空氣，即用水蒸氣間接加熱。加熱器內(nèi)排列有多塊紫銅管或鋼管制成的蒸汽散熱排管，管外有翅片，可起到增加傳熱效果的作用，翅片與管接觸良好，空氣從翅片深處穿過(guò)，從而對(duì)流過(guò)加熱器的空氣進(jìn)行換熱。

4）鼓風(fēng)機(jī)

噴霧干燥系統(tǒng)中的熱空氣需要靠風(fēng)機(jī)的作用，使熱空氣在整個(gè)系統(tǒng)中流動(dòng)。噴霧干燥設(shè)備需要用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)來(lái)完成，一臺(tái)是送風(fēng)用的鼓風(fēng)機(jī)，另一臺(tái)則設(shè)在分離器后面進(jìn)行排風(fēng)。在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)噴霧干燥設(shè)備蒸發(fā)水分的能力來(lái)確定風(fēng)量。進(jìn)風(fēng)機(jī)應(yīng)考慮增加10%～20%的風(fēng)量，排風(fēng)機(jī)應(yīng)增加15%～30%的風(fēng)量。一般情況下，排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量較進(jìn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量大20%～40%。這樣可保證塔內(nèi)具有一定的負(fù)壓，塔內(nèi)負(fù)壓在100～200Pa較合理。

5）除塵裝置

工作時(shí)，當(dāng)干燥塔內(nèi)風(fēng)速大于0.5m/s時(shí)，約有40%左右細(xì)粉粒難以沉降，且易被廢氣帶走，因此應(yīng)設(shè)置分離裝置對(duì)細(xì)粉粒進(jìn)行回收，一般由粉塵回收裝置分離的產(chǎn)品可達(dá)總產(chǎn)量的25%～40%。這樣既可提高制品的得率，還可防止大氣污染，凈化環(huán)境空氣。

常用除塵器有旋風(fēng)分離器、布袋過(guò)濾器以及濕式除塵器等。其中，旋風(fēng)分離器的分離原理如圖1.52所示。含粉塵的氣體以較高的速度沿切線方向進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在外筒與排氣管件之間形成旋轉(zhuǎn)向下的外旋流，到達(dá)錐底后，以相同的旋轉(zhuǎn)方向折轉(zhuǎn)向上，形成內(nèi)旋流，到上部后通過(guò)中心伸進(jìn)來(lái)的圓筒形排氣管排出，顆粒在旋轉(zhuǎn)的氣體中運(yùn)動(dòng)，受到離心力作用向器壁方向移動(dòng)，沿內(nèi)壁下落到排出口排出。

圖1.52　旋風(fēng)分離器示意圖

1.6.5　噴霧干燥設(shè)備的操作與維護(hù)

1）噴霧干燥設(shè)備的操作

（1）生產(chǎn)前準(zhǔn)備

①所有管道及干燥塔在安裝聯(lián)接時(shí)首先應(yīng)清理及清洗一遍，各聯(lián)接處是否裝好密封材料，然后將其聯(lián)接，避免未經(jīng)加熱的空氣進(jìn)入干燥室。

②門(mén)和觀察窗是否關(guān)上并檢查是否漏氣。旋風(fēng)分離器底部的授粉筒在安裝前應(yīng)檢查是否密封。授粉筒必須清潔和干燥。

③檢查進(jìn)料泵的連接管道是否接好，電機(jī)與泵的旋轉(zhuǎn)方向是否正確。

④干燥室頂部安放噴霧頭處是否安裝好，以免漏氣。

（2）開(kāi)機(jī)

①首先開(kāi)啟離心風(fēng)機(jī)，然后開(kāi)啟加熱器，并檢查是否漏氣，如正常即可進(jìn)行預(yù)熱，因熱風(fēng)預(yù)熱決定著干燥設(shè)備的蒸發(fā)能力，在不影響被干燥物料質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能提高進(jìn)風(fēng)溫度。

②預(yù)熱時(shí)干燥室頂部安放霧化器處，干燥室頂部和旋風(fēng)分離器下料口處必須密封，以免冷風(fēng)進(jìn)入干燥室，降低預(yù)熱效率。

③當(dāng)干燥室進(jìn)口溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開(kāi)啟離心噴頭，當(dāng)噴霧頭達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)，開(kāi)啟進(jìn)料泵，加入清水噴霧10min后更換成料液，進(jìn)料量應(yīng)由小到大，否則將產(chǎn)生黏壁現(xiàn)象，直到調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)囊?。料液的濃度?yīng)根據(jù)物料干燥的性質(zhì)來(lái)配制，以保證干燥后成品有良好的流動(dòng)性。

④干燥成品的溫度和濕度取決于排風(fēng)溫度，在運(yùn)行過(guò)程中，保持排風(fēng)溫度為一個(gè)常數(shù)是極其重要的，這取決于進(jìn)料量的大小，下料量穩(wěn)定，出口溫度是比較穩(wěn)定的。若料液的含固量和流量發(fā)生變化時(shí)出口溫度也會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)。

⑤產(chǎn)品溫度太高，可減少加料量，以提高出口溫度，產(chǎn)品的溫度太低，則反之。對(duì)于產(chǎn)品溫度較低的熱敏性物料可增加加料量，以降低排風(fēng)溫度，但產(chǎn)品的溫度將相應(yīng)提高。

⑥干燥后的成品收集。在旋風(fēng)分離器下部的授粉器內(nèi)，未經(jīng)充滿(mǎn)前就應(yīng)調(diào)換，在調(diào)換授粉器時(shí)，必須先將上面的碟閥關(guān)閉方可進(jìn)行。

⑦若干燥的成品具有吸濕性，旋風(fēng)分離器及其管道，授粉器的部位應(yīng)用絕熱材料包扎，這樣可以避免干燥成品的回潮吸濕。

（3）停車(chē)

①關(guān)閉電加熱器和蒸氣加熱器。

②關(guān)閉壓料罐進(jìn)氣電磁閥，同時(shí)卸壓，停止噴料。

③清掃塔壁時(shí)，打開(kāi)人孔進(jìn)行清掃。

④關(guān)閉風(fēng)機(jī)。關(guān)閉控制臺(tái)的總開(kāi)關(guān)。

⑤卸下收集桶把干料粉裝進(jìn)密封性能好的容器存放或送至下道工序使用。

2）噴霧干燥設(shè)備的維護(hù)

①為保證干燥塔體及其管道和所有與成品接觸的部件的清潔，得到一流的產(chǎn)品，有規(guī)則地清洗設(shè)備是十分必要的。

②當(dāng)產(chǎn)品更換時(shí)，或是設(shè)備已經(jīng)停產(chǎn)24h以上而未清洗的，應(yīng)作一次全面徹底的清洗。

③設(shè)備清洗時(shí)，應(yīng)注意不能用氯及其化合物洗滌。

④使用完畢后，應(yīng)將噴霧盤(pán)拆下，浸入水中，把殘留物質(zhì)用水清洗干凈。在用清水洗不掉時(shí)，應(yīng)用刷子刷洗。因?yàn)閲婌F盤(pán)上的殘留物質(zhì)會(huì)使噴霧盤(pán)不平衡，嚴(yán)重影響噴頭的使用壽命甚至損壞其他機(jī)件。

1.6.6　噴霧干燥設(shè)備常見(jiàn)故障分析及排除

1）干燥室內(nèi)壁到處都有黏著濕粉現(xiàn)象

原因分析：進(jìn)料量太大，不能充分蒸發(fā)；噴霧開(kāi)始前干燥室加熱不足；開(kāi)始噴霧時(shí)，進(jìn)料量調(diào)節(jié)過(guò)大；加入的料液未成穩(wěn)定細(xì)流或進(jìn)料量過(guò)大或過(guò)小。

排除方法：適當(dāng)減少進(jìn)料量；適當(dāng)提高進(jìn)出口溫度；在開(kāi)始噴霧時(shí)，流量要小，逐步加大，調(diào)至適當(dāng)為止；檢查管道是否堵塞；調(diào)整物料含固量，保證料液的流動(dòng)性。

2）蒸發(fā)量降低

原因分析：整個(gè)系統(tǒng)的空氣量減少；熱風(fēng)的進(jìn)口溫度偏低；設(shè)備有漏風(fēng)現(xiàn)象。

排除方法：檢查進(jìn)、排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否正常，檢查進(jìn)、排風(fēng)調(diào)節(jié)閥是否正確，檢查空氣過(guò)濾器及加熱器管道是否堵塞；檢查加熱器壓力是否符合要求，檢查加熱系統(tǒng)是否功率正常；檢查設(shè)備，同時(shí)修補(bǔ)損壞處，特別注意各組件連接處的嚴(yán)密性。

3）成品雜質(zhì)過(guò)多

原因分析：空氣過(guò)濾器效果不佳；積粉混入成品；料液純度不高；設(shè)備清洗不徹底。

排除方法：過(guò)濾器使用時(shí)間太長(zhǎng)，應(yīng)立即更換或清洗；檢查熱風(fēng)入口處是否有焦粉情況；噴霧前將料液過(guò)濾；重新清洗設(shè)備。

4）高速霧化器劇烈振動(dòng)發(fā)出噪聲

原因分析：電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)中潤(rùn)滑不良所致；噴霧盤(pán)上有殘存物質(zhì)；軸產(chǎn)生永久的彎曲變形。

排除方法：檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸度并作動(dòng)平衡試驗(yàn)，在電動(dòng)機(jī)后軸承座處加裝一波紋彈簧，預(yù)緊壓縮量1.5mm，使軸承的軸向位移得到補(bǔ)償。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受熱變化時(shí)，軸承內(nèi)圈隨之移動(dòng)，消除軸承過(guò)量游隙；檢查并清洗噴霧盤(pán)；更換新的軸。

5）產(chǎn)品得率低，跑粉損失過(guò)多

原因分析：旋風(fēng)分離器效果差（其分離效率和粉末的比重和粒度的大小有關(guān)）；某些物料可據(jù)需要增加第二級(jí)除塵；袋濾器接口松脫或袋穿孔。

排除方法：檢查旋風(fēng)分離器是否由于敲擊，碰撞而變形；提高旋風(fēng)分離器進(jìn)出口的氣密性，檢查其內(nèi)壁及出料口有否積料堵塞現(xiàn)象；修好接口，定期檢查更換布袋。

6）產(chǎn)品太細(xì)

原因分析：料液固形物含量太低；進(jìn)料量太少。

排除方法：提高料液固形物含量，適當(dāng)濃縮；加大進(jìn)料量，相應(yīng)增加進(jìn)風(fēng)溫度。

7）產(chǎn)品含水量高

原因分析：料液霧化不均勻，噴出的顆粒太大；進(jìn)料量太大；排出孔廢氣的相對(duì)濕度太高。

故障排除方法：提高離心機(jī)轉(zhuǎn)速，提高高壓泵壓力，發(fā)現(xiàn)噴嘴有線流時(shí)應(yīng)及時(shí)更換；適當(dāng)改變進(jìn)料量；提高進(jìn)風(fēng)溫度，相應(yīng)地提高排風(fēng)溫度。

8）噴霧機(jī)速率波動(dòng)較大

原因分析：通常是由于電動(dòng)機(jī)缺陷造成的，因此產(chǎn)生噴霧機(jī)和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械共振現(xiàn)象。

排除方法：嚴(yán)格檢查電動(dòng)機(jī)工作是否正常。

1.7　無(wú)菌包裝設(shè)備

1.7.1　無(wú)菌包裝概述

無(wú)菌包裝是指將流質(zhì)或半流質(zhì)食品物料經(jīng)過(guò)超高溫瞬時(shí)殺菌（UHT）或高溫短時(shí)殺菌（HTST），再迅速冷卻至30～40℃，在無(wú)菌環(huán)境下將物料充入已滅菌的包裝容器內(nèi)密封的一種包裝技術(shù)，從而使包裝的產(chǎn)品在常溫下能長(zhǎng)時(shí)間保持不變質(zhì)。

無(wú)菌包裝的食品一般為液態(tài)或半液態(tài)流動(dòng)性食品，其特點(diǎn)為流動(dòng)性好、可進(jìn)行高溫短時(shí)殺菌（HTST）或超高溫瞬時(shí)殺菌（UHT），在保證無(wú)菌的前提條件下，產(chǎn)品色、香、味和營(yíng)養(yǎng)素的損失小。處在無(wú)菌條件下的被包裝食品，無(wú)須冷藏或添加任何化學(xué)防腐劑就可在常溫下貯存流通而不變質(zhì)。無(wú)菌包裝生產(chǎn)的自動(dòng)化程度高，單位成品能耗低，包裝工藝簡(jiǎn)化，降低了工藝成本同時(shí)便于運(yùn)輸。

食品無(wú)菌包裝基本上由以下3部分構(gòu)成：一是食品物料的殺菌；二是包裝容器的滅菌；三是充填密封環(huán)境的無(wú)菌。這是食品無(wú)菌包裝的三大要素。如圖1.53所示為無(wú)菌包裝流程。一條完整的無(wú)菌包裝生產(chǎn)線包括物料殺菌系統(tǒng)、無(wú)菌包裝系統(tǒng)、包裝材料的殺菌系統(tǒng)、自動(dòng)清洗系統(tǒng)、無(wú)菌環(huán)境的保證系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。由于無(wú)菌包裝技術(shù)的關(guān)鍵是要保證無(wú)菌，因此，其基本原理是以一定方式殺死微生物，并防止微生物再污染為依據(jù)。

圖1.53　無(wú)菌包裝流程簡(jiǎn)圖

無(wú)菌包裝基礎(chǔ)材料一般可分為4類(lèi)：塑料、紙板、金屬和玻璃。對(duì)無(wú)菌包裝用的材料，一般要求具備以下性能：熱穩(wěn)定性，在無(wú)菌熱處理期間不產(chǎn)生化學(xué)變化或物理變化；抗化學(xué)性、耐紫外性，用化學(xué)劑或紫外線進(jìn)行無(wú)菌處理過(guò)程中，材料的有機(jī)結(jié)構(gòu)不改變；熱成型穩(wěn)定性在無(wú)菌處理或干制的熱處理過(guò)程中，容器外形不發(fā)生明顯改變；阻氣性，一方面能阻隔外部空氣中的氧氣滲入，另一方面能保持充入容器的惰性氣體不外滲；防潮性，阻止水分的穿透，以保持產(chǎn)品應(yīng)有的含濕量；具有合適的韌性和剛性，便于機(jī)械化充填、封口；具有避光性，能阻隔光線的穿入；材料應(yīng)無(wú)毒、符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，且易殺菌；經(jīng)濟(jì)性，包裝材料來(lái)源豐富，成本低。

從完全阻隔分子擴(kuò)散而言，金屬和玻璃是理想的材料，其良好的保藏性能取決于容器的密封性及牢固性，但包裝成本較高。復(fù)合紙無(wú)菌材料和復(fù)合塑料膜無(wú)菌材料可大大降低包裝成本，因此，這二者是目前無(wú)菌包裝系統(tǒng)中最常用的包裝材料。

圖1.54　各種利樂(lè)包裝形式

常用無(wú)菌包裝材料有利樂(lè)包包裝材料、康美盒包裝材料、芬包塑料袋包裝材料、塑料瓶包裝材料、埃卡（NAS）塑料杯包裝材料、大袋包裝材料等。其中，利樂(lè)無(wú)菌包主要有利樂(lè)磚（TB）、利樂(lè)無(wú)菌磚（TAB）、利樂(lè)無(wú)菌鉆（TPA）、利樂(lè)威無(wú)菌包（TWA）、利樂(lè)枕無(wú)菌包（TFA）等包裝形式，如圖1.54所示。目前，我國(guó)普遍引進(jìn)的是利樂(lè)磚。利樂(lè)包的包裝材料是由紙基與鋁箔及塑料復(fù)合層壓成，厚約0.35mm，包裝材料以紙板為基材（占80%），紙板復(fù)合了幾層塑料和一層鋁箔包裝材料，不包括印刷的油墨層共6層，如圖1.55所示。每層各具有不同的功能，從外向內(nèi)：第1層是聚乙烯，主要功用是防水并阻止部分微生物的透過(guò)；第2層是紙板，主要功用是賦予包裝盒良好的形狀和強(qiáng)度；第3層是聚乙烯，主要功用是黏合紙層與鋁箔；第4層是鋁箔，主要功用是阻止氧氣、風(fēng)味物和光線的透過(guò)，同時(shí)鋁箔在橫封過(guò)程中經(jīng)“電感加熱”，熔化內(nèi)層高密度聚乙烯，在一定壓力的作用下完成橫封；第5層是高密度聚乙烯，主要功用是防止印刷層油墨分子向內(nèi)擴(kuò)散，同時(shí)防止產(chǎn)品內(nèi)風(fēng)味物質(zhì)向外滲透，尤其在生產(chǎn)高酸性食品時(shí)，這層能有效地防止酸性物質(zhì)的腐蝕；第6層是聚乙烯，主要功用是防止液體的透過(guò)。

圖1.55　紙塑鋁箔復(fù)合磚結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)包裝材料的不同，無(wú)菌包裝系統(tǒng)主要分為兩大類(lèi)，即復(fù)合紙無(wú)菌包裝系統(tǒng)和復(fù)合塑料膜無(wú)菌包裝系統(tǒng)。無(wú)菌包裝系統(tǒng)有敞開(kāi)式和封閉式兩種，封閉式無(wú)菌包裝系統(tǒng)比 敞開(kāi)式無(wú)菌包裝系統(tǒng)多了無(wú)菌室，包裝材料要在無(wú)菌室內(nèi)殺菌、成型、灌裝。由于無(wú)菌室一直通有無(wú)菌氣體可保持其正壓，因此，無(wú)菌室能有效地防止微生物的污染，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

1.7.2　利樂(lè)包紙盒無(wú)菌包裝系統(tǒng)

利樂(lè)紙盒無(wú)菌包裝設(shè)備由瑞典TetraPak公司生產(chǎn)，這種類(lèi)型的無(wú)菌包裝設(shè)備在世界上廣泛使用，適用于乳品、奶油、果汁等飲料的無(wú)菌包裝。物料經(jīng)超高溫殺菌后，在無(wú)菌條件下，用已消毒的復(fù)合材料制成磚形，無(wú)須冷藏，可在常溫下保存或流通。包裝材料以板材卷筒形式引入；所有與料液接觸的部位及設(shè)備的無(wú)菌腔均經(jīng)無(wú)菌處理；包裝的成型、充填、封口及分離均在一臺(tái)機(jī)器上完成。包裝材料的80%為紙板，并復(fù)合了幾層塑料和一層鋁箔。

1）利樂(lè)包紙盒設(shè)備的結(jié)構(gòu)

該類(lèi)機(jī)型由機(jī)體、傳動(dòng)系統(tǒng)、包裝材料輸送系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)、打印貼條系統(tǒng)及封口灌裝裝置等組成。如圖1.56所示為利樂(lè)TBA/19型液體奶無(wú)菌灌裝機(jī)外形圖，如圖1.57所示為利樂(lè)TBA/19型液體奶無(wú)菌灌裝機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。包裝材料以卷軸進(jìn)料，所需貯存空間小、生產(chǎn)效率高。TBA/19機(jī)器中裝有兩個(gè)LS封條附貼器2，可在包裝材料的一邊利用熱封貼上寬10～15mm的聚乙烯帶，以便在成型時(shí)與另一邊接合，加強(qiáng)中縫的強(qiáng)度。充填器3能穩(wěn)定地控制料液的流速和壓力。雙出料的夾槽6能使包裝后的產(chǎn)品穩(wěn)定地送到鏈條式輸送帶上。TBA/19采用了一個(gè)壓縮器，能大大降低耗水量。而壓縮器、分離器和擦洗器都被安裝在一個(gè)伺服單元7內(nèi)。

圖1.56　利樂(lè)磚TBA/19無(wú)菌灌裝機(jī)外形圖

圖1.57　利樂(lè)磚TBA/19液態(tài)乳無(wú)菌灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1—卷軸；2—LS封條附貼器；3—充填器；4—平臺(tái)；
5—控制臺(tái)；6—夾槽；7—伺服單元

2）利樂(lè)包紙盒設(shè)備的工作原理

利樂(lè)無(wú)菌包裝設(shè)備有利樂(lè)磚、利樂(lè)鉆、利樂(lè)威、利樂(lè)枕等包裝形式。目前，我國(guó)普遍引進(jìn)的是磚形盒，其工作原理如圖1.58所示。輥筒3，5，11使包裝材料產(chǎn)生折痕，以便為盒子成形提供方便。復(fù)合紙帶經(jīng)過(guò)打印裝置時(shí)，在打印裝置處打印號(hào)碼后，經(jīng)過(guò)記號(hào)儲(chǔ)存器，并由封條敷貼裝置貼上縱封貼條，封條粘貼裝置可在包裝材料的一邊利用熱封貼上寬10～15mm的縱封貼條，以便在成形時(shí)與另一邊接合，加強(qiáng)中縫的強(qiáng)度。然后進(jìn)入雙氧水浴槽涂上雙氧水消毒，并由擠壓滾筒擠掉多余的雙氧水。貼好縱封貼條（LS貼條）的包裝材料經(jīng)雙氧水槽8和擠壓滾筒9后被送入紙管成型系統(tǒng)，紙管成型系統(tǒng)由6個(gè)輥輪組成，它們分別在6個(gè)不同的工位，對(duì)包裝材料進(jìn)行彎折、彎曲，形成筒狀，經(jīng)縱封加熱器和導(dǎo)輪形成紙筒，并經(jīng)過(guò)電熱蛇管加熱消毒。在縱接縫熱封處對(duì)縱接縫進(jìn)行加熱，通過(guò)環(huán)套被熱壓封口，形成縱接縫。此后包裝材料便形成筒狀。隨后進(jìn)行無(wú)菌灌裝，灌裝完料液的紙盒由橫封器橫封。隨后切割爪在橫封區(qū)域內(nèi)將包裝紙包切割分離，形成單個(gè)包裝，對(duì)于磚形包裝盒，在包裝盒被割離的同時(shí)，還必須經(jīng)過(guò)折角、折翼、黏角、黏翼和整形才能最后成型。橫封、割離和整形的全部動(dòng)作都是由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)配合機(jī)械手來(lái)完成的，隨后送往終端排包系統(tǒng)。

（1）機(jī)器滅菌

在無(wú)菌包裝開(kāi)始之前，所有直接或間接與無(wú)菌料液相接觸的機(jī)器部位都要進(jìn)行無(wú)菌處理?？刹捎孟葒娙?5%雙氧水溶液，然后用無(wú)菌熱空氣使之干燥。為了提高機(jī)器的滅菌效率，機(jī)器經(jīng)過(guò)3次預(yù)熱后，再將壓縮后的雙氧水噴入無(wú)菌室，以達(dá)到封閉無(wú)菌環(huán)境的目的，噴霧過(guò)程總共持續(xù)40s。霧化后帶有一定壓力的雙氧水熱空氣通過(guò)空氣進(jìn)入閥分為兩路：一路由無(wú)菌空氣閥至中心灌注管口，進(jìn)入包裝紙管；另一路通過(guò)氣刀室噴霧的同時(shí)，由縱封加熱器和縱封暫停加熱器至中心灌注管的上灌注口，進(jìn)入包裝紙管。至此，完成了對(duì)無(wú)菌室和包裝紙管的滅菌過(guò)程。為了確保最佳殺菌效果，噴霧之后，無(wú)菌灌裝機(jī)要在正壓條件下靜置60s，然后用無(wú)菌熱空氣干燥。

圖1.58　無(wú)菌復(fù)合紙盒包裝機(jī)

1—卷筒紙；2—光電管；3，5，11—輥筒；4—打印裝置；6—記號(hào)儲(chǔ)存；7—封條敷貼；
8—H2O2浴槽；9—擠壓滾筒；10—頂蓋；12—進(jìn)料套管；13—縱接縫熱封器；14—導(dǎo)輪；
15—電熱蛇管；16—液位；17—浮球；18—進(jìn)料口；19—橫封器；20—檢驗(yàn)；21—成品

（2）包裝材料滅菌原理

在利樂(lè)包裝機(jī)中，包裝材料向上傳送時(shí)，其內(nèi)表面的聚乙烯層會(huì)產(chǎn)生靜電荷，從而使來(lái)自周?chē)h(huán)境的帶有電荷的微生物被吸附在包裝材料上，包裝材料的滅菌分為涂雙氧水和加熱殺菌兩個(gè)過(guò)程。包裝材料先在35%雙氧水的浴槽內(nèi)涂上雙氧水對(duì)包裝材料浸潤(rùn)消毒，如圖1.59所示。涂上雙氧水膜的包裝紙經(jīng)擠壓滾筒除去多余的雙氧水，此后包裝材料向下經(jīng)導(dǎo)輪、進(jìn)料套管等便形成筒狀，向下延伸并進(jìn)行縱向密封，一直到達(dá)管加熱器和橫封區(qū)域進(jìn)行加熱殺菌。如圖1.61所示，無(wú)菌空氣從制品液面處吹入，經(jīng)過(guò)紙筒連續(xù)向上吹，以防再度被微生物污染。

圖1.59　雙氧水浴槽

1—包裝紙帶；2—涂抹輥；3—雙氧水槽

對(duì)雙氧水加熱處理后可以提高雙氧水的殺菌效果。雙氧水被加熱蒸發(fā)分解為新生態(tài)氧［O］和水蒸氣，這不僅增強(qiáng)了殺菌作用，也減少了雙氧水的殘留量。包裝紙的加熱殺菌是通過(guò)管加熱器對(duì)雙氧水加熱實(shí)現(xiàn)的，管加熱器是纏繞在產(chǎn)品灌注管外的電子元件，它一直延伸至紙筒的中部，管加熱器的溫度范圍一般來(lái)說(shuō)為450～650℃。管加熱器通過(guò)傳導(dǎo)和輻射加熱將包裝紙內(nèi)表面溫度加熱至110～115℃，雙氧水被蒸發(fā)為氣體，提高了滅菌效率。

（3）紙盒成型和無(wú)菌灌裝原理

①紙盒的中縫搭接

紙盒在形成后，若中縫不經(jīng)處理，其中的液體會(huì)滲入而且密封性降低即不能保證紙筒的強(qiáng)度，故中縫搭接處在灌裝前要進(jìn)行縱向密封的特殊處理。包裝材料經(jīng)一系列輥輪裝置上升到包裝機(jī)頂部時(shí)，縱封貼條也由縱封貼送系統(tǒng)送到包裝紙的一側(cè)。貼條系統(tǒng)將縱封貼條和包裝材料熱合并粘牢?？v封貼條主要有兩個(gè)作用：一是加強(qiáng)縱封的接合強(qiáng)度；二是防止產(chǎn)品滲入包裝材料的紙板，其封合形式如圖1.60所示。根據(jù)包裝材料和被包裝物料的不同，所使用的縱封貼條的材料也不同。

圖1.60　利樂(lè)磚縱封貼條（LS）的封合形式

②無(wú)菌灌裝

已殺菌冷卻的物料由套管進(jìn)入，中心走物料，夾套內(nèi)走無(wú)菌空氣，如圖1.61所示。無(wú)菌空氣通過(guò)圓筒內(nèi)的電熱蛇管底部后，轉(zhuǎn)向朝上流動(dòng)，經(jīng)過(guò)紙筒連續(xù)向上吹，以防再度被微生物污染。在紙筒內(nèi)管狀的加熱器可根據(jù)包裝容器的大小，調(diào)節(jié)溫度（450℃或650℃），利用紅外線輻射及對(duì)流加熱的方式處理與料液接觸的包裝材料表面，使其在加熱器終端部位可被加熱到110～115℃。此時(shí)，雙氧水被加熱蒸發(fā)分解為新生態(tài)氧［O］和水蒸氣，這不僅增強(qiáng)了殺菌作用，也減少了雙氧水的殘留量。以維持液面上部為無(wú)菌區(qū)域，并使包裝材料三面黏附的過(guò)氧化氫分解和蒸發(fā)。在生產(chǎn)過(guò)程中，為防止微生物污染，一方面通過(guò)管加熱器區(qū)域蒸發(fā)的雙氧水氣體上升殺菌，另一方面通過(guò)向紙筒內(nèi)不斷通入無(wú)菌空氣的方式保證環(huán)境無(wú)菌，這樣兩者在包裝紙表面形成了一道無(wú)菌空氣屏障。

利樂(lè)無(wú)菌灌裝機(jī)是利用等壓原理進(jìn)行灌裝的，即灌裝時(shí)使中心灌注管的壓力與包裝紙管內(nèi)液態(tài)物料相同液位高度上的液面壓力相等，這樣可以保證在灌注時(shí)包裝材料紙管內(nèi)的液態(tài)物料不會(huì)發(fā)生攪動(dòng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、溫和的灌裝。且灌注口在紙管液位以下使包裝盒內(nèi)不會(huì)混入氣體，產(chǎn)生泡沫。另外，在液位和中心灌注口以下橫封還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量，保證盒內(nèi)容量的恒定。

圖1.61　利樂(lè)磚無(wú)菌灌裝機(jī)工作原理圖

③縱封與橫封

紙筒被滅菌后開(kāi)始灌入料液，由浮球控制進(jìn)入料液的液面，并保持進(jìn)料口始終在液面下。灌裝完料液的紙盒由橫封器橫封。橫封是通過(guò)黏合和切割兩步來(lái)完成的。灌裝機(jī)橫封采用的是高頻加熱原理，有效地黏合需要高溫和適當(dāng)?shù)膲毫?。封合時(shí)的溫度是電感加熱產(chǎn)生的，高頻發(fā)生器產(chǎn)生高頻電流，感應(yīng)器（銅條）相當(dāng)于線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，并通過(guò)鋁箔產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流通過(guò)鋁箔層傳導(dǎo)熱使內(nèi)層聚乙烯層熔化，在夾爪壓力的作用下聚乙烯迅速冷卻，使熔化的聚乙烯固化，從而完成封合。在橫封的同時(shí)由于夾爪夾住圓柱形的紙筒，從而使得紙筒就變成了長(zhǎng)方形。封合后夾爪內(nèi)的切刀在封合區(qū)內(nèi)將包裝盒切割開(kāi)，最后經(jīng)過(guò)終端成型器將頂部和底部的邊角分別彎曲、折疊而成型。不合格產(chǎn)品在檢驗(yàn)時(shí)被剔除，正品由輸送帶送出。

④無(wú)菌空氣循環(huán)原理

如圖1.62所示，水環(huán)式壓縮機(jī)吸入回流空氣，并洗去殘留的雙氧水。送出的空氣經(jīng)過(guò)氣水分離器分離除去其中水分，然后空氣進(jìn)入主加熱器被加熱到350℃。從加熱器出來(lái)的高溫空氣，一部分由管道送至包裝材料縱向貼條粘貼處和縱封器，用于貼塑膠帶和縱封熱封；另一部分熱空氣流向空氣冷卻器被冷卻至80℃左右，冷卻后的無(wú)菌空氣從紙筒上部供氣管進(jìn)入密封紙筒液面以上空間，使充填區(qū)空間無(wú)菌。無(wú)菌空氣在電熱蛇管處折流向上，殘余蒸發(fā)的雙氧水也隨氣流往上流動(dòng)，經(jīng)過(guò)空氣收集罩的管道流回水環(huán)式壓縮機(jī)重新循環(huán)使用。

3）利樂(lè)包無(wú)菌包裝機(jī)的操作

利樂(lè)包無(wú)菌包裝機(jī)的操作流程如圖1.63所示。

（1）開(kāi)機(jī)前的準(zhǔn)備

①確認(rèn)開(kāi)機(jī)所需的各種原物料是否準(zhǔn)備就緒。

②下灌注管及小白輪、彈簧片，無(wú)菌室過(guò)濾網(wǎng)清理與消毒，日期打印裝置應(yīng)用酒精清理。

③檢查潤(rùn)滑油、液壓油油位，檢查H2O2濃度是否為30%～35%以及包材輥輪是否靈活，檢查紙路是否正常。

圖1.62　無(wú)菌氣流循環(huán)系統(tǒng)

圖1.63　利樂(lè)包無(wú)菌包裝機(jī)的作業(yè)流程圖

④檢查壓力膠條，檢查切刀及彈簧鎖定螺桿，更換夾爪潤(rùn)滑油，檢查夾爪冷卻水有無(wú)堵塞。

（2）升溫

①預(yù)熱Ⅰ。正確進(jìn)行穿紙、拉紙，檢查I/P閥壓力表是否指示0.1bar。檢查各壓力表與溫控儀上的讀數(shù)是否正常及在該狀態(tài)下其他動(dòng)作位置是否正常。

②預(yù)熱Ⅱ。H2O2罐液位達(dá)到，程序上箭頭及預(yù)熱Ⅱ信號(hào)閃光時(shí)按動(dòng)程序上，升到預(yù)熱Ⅱ，打開(kāi)無(wú)菌室手動(dòng)噴灑H2O2，加強(qiáng)消毒效果。正確穿引PPP條，并放下PPP條壓力輥輪，接頭處用紙膠帶黏合。更換當(dāng)夭打印日期裝置及生產(chǎn)開(kāi)始批號(hào)，并放到打印位置。檢查各管接口有無(wú)漏氣的地方。檢查溫度、壓力變化是否正常。重新檢查紙路。檢查I/P閥壓力表2bar。

③紙管密封。當(dāng)縱封溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，按動(dòng)程序上進(jìn)行管封。管封時(shí)注意機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)情況，是否有異常響聲。管封結(jié)束排出的最后一包作密封檢查，判斷是紙管偏還是電眼靈敏度差，且與紙管的距離應(yīng)適當(dāng)。

④預(yù)熱Ⅲ。管封后直接進(jìn)入預(yù)熱Ⅲ。觀察SA處PPP條封合情況，有必要做一些調(diào)整，PPP條是否偏。檢查打印日期及批號(hào)是否清晰正確。檢查紙路是否有拉破，擠壓與夾痕現(xiàn)象，必要時(shí)重新管封。檢查溫度是否正常。重新檢查紙路，折痕位置是否正確，紙路有無(wú)太大偏移。將無(wú)菌室的門(mén)確實(shí)關(guān)嚴(yán)。按動(dòng)幾下霧化器探針（復(fù)位鍵按下后），確保無(wú)安全門(mén)報(bào)警，否則馬達(dá)不轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)備消毒效果不好。

⑤噴霧。當(dāng)預(yù)熱Ⅲ預(yù)消毒溫度達(dá)到270℃，噴霧及程序上箭頭閃光，按上箭頭，開(kāi)始噴霧。觀察無(wú)菌室前后玻璃上有無(wú)布滿(mǎn)H2O2霧。噴霧過(guò)程中檢查管路，管接口，紙管（尤其夾爪拉耳處）無(wú)菌室門(mén)，兩密封唇等處有無(wú)泄漏的現(xiàn)象，必要時(shí)重新升溫噴霧。過(guò)氧化物發(fā)生器氣壓是否正確，噴霧時(shí)紙管有無(wú)吹圓。二次噴霧是一次噴霧的總和。噴霧過(guò)程中觀察時(shí)間，并注意以下各時(shí)間段所發(fā)生的內(nèi)容：

灌注→0～11s，H2O2通過(guò)灌注閥打入有液位監(jiān)測(cè)的H2O2杯中125mL（過(guò)低過(guò)溢）；噴霧→11～51s，H2O2杯中H2O2通過(guò)霧化器霧化的同時(shí)向無(wú)菌室噴注，送紙馬達(dá)以90r/min，轉(zhuǎn)動(dòng)100s。靜止→51～112s，噴霧靜止?fàn)顟B(tài)，適當(dāng)溫度下讓其充分消毒的過(guò)程。噴霧失敗會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài)：程序回到預(yù)熱Ⅱ（20s前）（11～20sH2O2杯中如空），排空（50s后）15s，（11～51sH2O2杯中還有H2O2）

⑥烘干。噴霧后直接進(jìn)入烘干。檢查底角加熱器是否有熱水吹出，并檢查壓力是否在范圍觀察H2O2溫度，判斷H2O2是否泄漏，從而避免包材泡斷用酒精棉球擦干凈電眼，保證電眼保護(hù)器壓力正確，過(guò)濾器顯示正確打開(kāi)電柜門(mén)，觀察開(kāi)關(guān)是否有跳閘現(xiàn)象。做進(jìn)一步機(jī)器檢查，紙路SA部分，無(wú)菌系統(tǒng)，H2O2系統(tǒng)，液壓油，潤(rùn)滑油系統(tǒng)，包材拼接裝置。運(yùn)動(dòng)機(jī)器，作終端運(yùn)動(dòng)，觀察各裝置運(yùn)動(dòng)情況，位置是否正確。準(zhǔn)備開(kāi)機(jī)所使用工具，19minB閥關(guān)閉，使無(wú)菌系統(tǒng)有一個(gè)降溫的過(guò)程。

⑦給UHT發(fā)出信號(hào)。

⑧接收信號(hào)。

（3）開(kāi)始生產(chǎn)

①按下“OK”鍵，程序上及電機(jī)信號(hào)閃光。

②按程序上9.8s灌注H2O2，10s后馬達(dá)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)（高速），觀察拉紙狀態(tài)，縱封板及縱封暫停加熱器，壓力輪等的動(dòng)作情況及狀態(tài)，夾爪終端部分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

③生產(chǎn)開(kāi)始迅速剪包，以減少不必要的損失。

④生產(chǎn)時(shí)檢查橫、縱封，剪包要連續(xù)兩包，觀察啟機(jī)排包，是否有拉破噴料現(xiàn)象。

⑤包裝盒上線，用手搖連續(xù)兩包，聽(tīng)有無(wú)響包。

⑥測(cè)量成品容量是否在要求范圍內(nèi)，必要時(shí)調(diào)節(jié)，檢查管路是否有漏料現(xiàn)象，做滲漏實(shí)驗(yàn)。

⑦嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)文件，對(duì)其成品包外觀要求及料液的理化指標(biāo)，感官指標(biāo)的控制。

（4）生產(chǎn)后

生產(chǎn)結(jié)束停機(jī)時(shí)要關(guān)閉填充開(kāi)關(guān)，及時(shí)把貼條、縱封加熱器拉出，以免燙傷復(fù)合紙及密封條。使程序升到CIP步驟，殺菌、灌裝同時(shí)清洗，灌裝需打開(kāi)蒸汽障。內(nèi)外部清洗要求到位，相應(yīng)周邊衛(wèi)生要做到干凈。

4）利樂(lè)包無(wú)菌包裝機(jī)的維護(hù)

①機(jī)器安放車(chē)間應(yīng)保持清潔干燥，防止潮濕，以免影響電器及機(jī)器的使用壽命。

②工作時(shí)應(yīng)注意觀察運(yùn)行機(jī)構(gòu)有無(wú)異常噪聲，如不應(yīng)有的抖動(dòng)、振動(dòng)及松動(dòng)等。

③定期檢查冷卻水磁性過(guò)濾器，夾爪冷卻水過(guò)濾器，H2O2罐過(guò)濾器，噴霧杯H2O2過(guò)濾器等。

④主壓縮空氣過(guò)濾器無(wú)水、油殘留，排放管要暢通。

⑤定期檢查洗擦器過(guò)濾網(wǎng)，必要時(shí)清理；定期外部清洗循環(huán)，排放過(guò)濾器，集水盤(pán)液位探頭；每周清洗油墨裝置（酒精，吹干），清洗上灌注管及小白輪、兩個(gè)O形圈、小白輪軸銷(xiāo)。

⑥定期檢查清理包材及帶材輥輪、紙庫(kù)及SA裝置衛(wèi)生。打開(kāi)H2O2槽底及頂部，檢查輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)及活動(dòng)間隙等。清理縱封加熱器及底角加熱器，死角無(wú)污垢。

⑦定期檢查各油位是否在范圍內(nèi)，且是否變質(zhì)需更換；定期更換壓力膠條，檢查切刀及彈簧鎖定螺桿，清理感應(yīng)加熱器，更換夾爪潤(rùn)滑油。

1.7.3　康美包（SIGCombibloc）無(wú)菌灌裝機(jī)

1）無(wú)菌灌裝機(jī)基本結(jié)構(gòu)

康美包（SIGCombibloc）無(wú)菌灌裝機(jī)與利樂(lè)無(wú)菌灌裝機(jī)一樣，都是乳制品、飲料等食品灌裝常用的典型的無(wú)菌包裝設(shè)備。其基本結(jié)構(gòu)如圖1.64所示，它主要包括驅(qū)動(dòng)裝置、冷卻單元、紙盒倉(cāng)、成型輪、盒筒的抽吸及送進(jìn)器、傳送站、無(wú)菌區(qū)、灌裝站、排包器等裝置。

2）工作原理

康美包（SIGCombibloc）無(wú)菌灌裝機(jī)無(wú)菌灌裝基本過(guò)程如下：

（1）康美盒的包裝材料

康美盒的包裝材料是已經(jīng)印刷好的且其中縫已經(jīng)黏結(jié)好的復(fù)合材料，即預(yù)制成的紙盒。紙盒在形成后，若中縫不經(jīng)處理，其中的液體會(huì)滲入而且密封性降低即不能保證紙筒的強(qiáng)度，因此，中縫搭接處在灌裝前要進(jìn)行縱向密封的特殊處理。康美盒的中縫搭接處是將包材的一邊先折疊起來(lái)，然后再搭接在一起。

經(jīng)過(guò)印刷的復(fù)合紙板卷材，通過(guò)切割、折痕、縱向密封形成紙筒，紙筒是開(kāi)口的，成扁平片狀裝箱。

（2）機(jī)器的滅菌

在機(jī)器開(kāi)啟前，無(wú)菌區(qū)采用雙氧水蒸氣和熱空氣的混合氣體進(jìn)行滅菌。在機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，無(wú)菌部分應(yīng)盡可能使大部分的空氣流動(dòng)呈層流狀態(tài)，并在該區(qū)段保持正壓以防止外部空氣滲入，因此，無(wú)菌空氣的分布是特殊設(shè)計(jì)的，與空氣凈化系統(tǒng)相連接。

圖1.64　康美盒無(wú)菌灌裝工藝過(guò)程示意圖

（3）紙盒的形成

①紙盒的打開(kāi)

如圖1.65所示，紙盒被抽吸杯抽出紙盒倉(cāng)、打開(kāi)成方框形，張開(kāi)的盒筒被抓持在打開(kāi)扇塊與盒筒夾件之間，然后被推上成型桿。真空泵提供抽取器抽吸力。在盒筒張開(kāi)的過(guò)程中，抽吸軌使其沿著反時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。

圖1.65　紙盒走向流程圖

1—紙盒的送進(jìn)；2—紙盒筒打開(kāi)并送進(jìn)；3—推紙盒入成型桿；4—底部活化；5—底部折疊；
6—底部加壓密封；7—傳輸區(qū)；8—頂部預(yù)折疊；9—滅菌，干燥，灌裝；10—頂部密封；
11—頂部成型；12—排包；13—傳送到輸出傳送帶，紙盒豎立；14—輸出傳送帶

②紙盒的送進(jìn)

打開(kāi)的紙盒筒在成型桿處于靜止的瞬時(shí)被推到成型桿上，一個(gè)光掃描器在與紙盒不接觸的情況下進(jìn)行檢查，看盒筒是否已被推上成型桿。如果有不正確的情況，盒筒的送進(jìn)（抽吸階段及送進(jìn)器）就自動(dòng)切斷，這就中斷了盒筒的送進(jìn)。然而，灌裝機(jī)仍然在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

③底部加熱

4個(gè)熱空氣頭插進(jìn)紙盒筒加熱活化盒筒，特別是加熱其焊接區(qū)。所需的空氣來(lái)自機(jī)器的滅菌空氣發(fā)生器，由4個(gè)電阻加熱器加熱。熱空氣的溫度由一個(gè)溫度控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定。其功能監(jiān)視由溫度和氣壓檢測(cè)執(zhí)行。在機(jī)器處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，熱空氣的溫度應(yīng)降低（停止?fàn)顟B(tài)），活化頭移出盒筒。

④底部折疊

a.橫向折疊

旋轉(zhuǎn)的橫向折疊器，對(duì)紙盒的側(cè)面三角區(qū)進(jìn)行預(yù)折疊。折疊工序在成型桿轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行。每個(gè)軌道的兩個(gè)折疊指裝在一個(gè)軸上。由凸輪驅(qū)動(dòng)折疊指來(lái)進(jìn)行折疊工序。在折疊進(jìn)行時(shí)折疊指與紙盒的接觸點(diǎn)，就在折痕的交接界點(diǎn)處。

b.縱向折疊

縱向底部折疊器完成底部折疊工序。紙盒筒逆著底砧的斜角邊在朝著底部加壓的運(yùn)行過(guò)程中被推進(jìn)，同時(shí)折疊板向內(nèi)折疊，插進(jìn)盒筒尾部。

⑤底部壓制

底部壓制是將已活化并折疊的底部封合起來(lái)。水冷底砧的特殊形狀及成型桿的校驗(yàn)板，形成向內(nèi)凹的空洞形的紙盒底部，使紙盒具有穩(wěn)定的美好形狀。安裝在底部加壓底砧上的橫向的限制模板，保證紙盒底部尺寸的準(zhǔn)確。紙盒底部，在成型輪區(qū)加工完成。

⑥紙盒傳輸

在完成紙盒筒底部加壓封口后，紙盒經(jīng)過(guò)傳輸區(qū)被推進(jìn)套鏈。紙盒的橫向頂部邊緣被推出器掀起，并推下成型桿。套鏈?zhǔn)沁\(yùn)輸?shù)撞恳逊夂虾玫募埡薪?jīng)底部導(dǎo)引，依次通過(guò)各個(gè)工作區(qū)，直至最后被從套鏈上推出。

（4）無(wú)菌區(qū)

用雙氧水溶液和熱空氣混合沖洗，再用無(wú)菌空氣使之干燥。無(wú)菌區(qū)包括紙盒的滅菌及紙盒封口區(qū)所需的無(wú)菌條件的維持。為了在無(wú)菌條件下將產(chǎn)品灌裝進(jìn)紙盒并封口，包括充填系統(tǒng)在內(nèi)，在生產(chǎn)開(kāi)始前無(wú)菌區(qū)必須滅菌，無(wú)菌區(qū)包括滅菌過(guò)濾器室、預(yù)熱及干燥區(qū)、灌裝室及頂部密封站。

（5）灌裝

產(chǎn)品在灌裝站的兩個(gè)階段里灌進(jìn)盒子，每個(gè)灌裝站完成半量的灌裝。灌裝過(guò)程，由一個(gè)感應(yīng)式流量測(cè)量系統(tǒng)控制，并由PLC監(jiān)視著。這樣，就能確保灌裝的高精確度。定量系統(tǒng)據(jù)流量感應(yīng)測(cè)量原則進(jìn)行工作，流過(guò)定量站的產(chǎn)品量被連續(xù)地檢測(cè)并被PLC在電柜里記錄下來(lái)。當(dāng)達(dá)到缺省值時(shí)，排放閥就關(guān)閉。隨著排放閥的打開(kāi)，產(chǎn)品由于質(zhì)量而從產(chǎn)品桶經(jīng)過(guò)定量系統(tǒng)流進(jìn)紙盒。特定的灌裝程序，可用于存儲(chǔ)不同的產(chǎn)品。在操作單元可對(duì)灌裝容量進(jìn)行檢測(cè)及調(diào)節(jié)。充填裝置包括緩沖槽，槽內(nèi)設(shè)置攪拌器，供料使用正位移泵，強(qiáng)制產(chǎn)品注入容器，單管供液體的充填，雙管可供帶顆粒液體的充填。

（6）頂端密封、耳翼封合

紙盒頂部由于套鏈及底砧的移動(dòng)加工而被折疊起來(lái)，接著用超聲波能量焊接起來(lái)。焊接工序用的能量由超聲波發(fā)生器提供。超聲波焊接保證紙盒頂部在一個(gè)很窄的長(zhǎng)條上焊接起來(lái)而不影響其中的產(chǎn)品。這避免了在紙盒包裝材料的其他部位產(chǎn)生不必要的熱負(fù)荷。封口所需的壓力來(lái)自壓縮空氣氣缸。

紙盒的頂部三角區(qū)及側(cè)面被熱空氣加熱活化，然后，頂部三角區(qū)被導(dǎo)軌引導(dǎo)著，由折桿將其對(duì)著側(cè)壁黏合。

1.7.4　無(wú)菌袋無(wú)菌包裝機(jī)

1）無(wú)菌袋包裝特點(diǎn)

塑料袋無(wú)菌包裝設(shè)備以加拿大DuPotn公司的百利包和芬蘭Elecster公司的芬包為代表，兩者都為立式制袋充填包裝機(jī)。百利包采用線性低濃度聚乙烯為主要材料，芬包采用外層白色、內(nèi)層黑色的低密度聚乙烯共擠黑白膜，也可用鋁箔復(fù)合膜。這種塑料膜的包裝成本遠(yuǎn)低于利樂(lè)包裝材料，但是塑料耐熱性較差。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，更多的是采用雙氧水低濃度溶液與紫外線、無(wú)菌熱空氣相結(jié)合的技術(shù)，一方面使滅菌效果更加徹底有效，另一方面又克服了雙氧水濃度過(guò)高對(duì)人體有傷害的問(wèn)題。

2）無(wú)菌袋無(wú)菌包裝機(jī)結(jié)構(gòu)原理

復(fù)合塑料袋無(wú)菌灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)與工作流程如圖1.66所示。它主要包括包裝材料供送裝置、雙氧水槽、空氣過(guò)濾器、塑料袋成型器、縱封與橫封裝置等。進(jìn)料口在機(jī)器消毒時(shí)用作高溫水入口，生產(chǎn)時(shí)作為料液入口，洗滌時(shí)為洗滌液入口，裝有回流裝置。卷筒上的薄膜展開(kāi)后，通過(guò)雙氧水浴池進(jìn)行18～45s浸漬消毒，用刮板消除殘留過(guò)氧化氫，用無(wú)菌熱空氣烘干表面。由成型器將薄膜一折為二，電熱縱封裝置將薄膜熱合成一圓筒，包膜下行經(jīng)電熱橫封切斷，牛乳落入塑料袋，塑料袋下行一個(gè)工位，橫封將塑料袋密封、切斷，同時(shí)又完成了下一個(gè)塑料袋的封底。

塑袋無(wú)菌包裝無(wú)菌環(huán)境的建立是通過(guò)雙氧水對(duì)無(wú)菌倉(cāng)的噴霧滅菌、對(duì)液體內(nèi)容物通徑的蒸汽滅菌，以及對(duì)灌裝機(jī)構(gòu)的中心外管、灌裝頭進(jìn)行雙氧水的噴淋、浸泡滅菌等程控系統(tǒng)自動(dòng)完成的。機(jī)器的整個(gè)無(wú)菌密封室內(nèi)充滿(mǎn)無(wú)菌熱空氣，保持正壓，使灌裝、密封在無(wú)菌狀態(tài)下進(jìn)行。

無(wú)菌倉(cāng)的滅菌，使用濃度30%左右的雙氧水在雙氧水泵和霧化器的作用下霧化噴入無(wú)菌倉(cāng)內(nèi)，充填彌漫無(wú)菌倉(cāng)的各個(gè)角落，對(duì)倉(cāng)內(nèi)的各零部件的外表面進(jìn)行殺菌。

液體內(nèi)容物通路殺菌，在通路中通入2.7bar蒸氣，溫度140℃左右，時(shí)間不低于30min，中心外管及灌裝頭殺菌：中心管的內(nèi)管由蒸氣進(jìn)行殺菌，其外管由自上而下噴淋的雙氧水接觸殺菌，而灌裝頭則是由噴淋流入底部的雙氧水浸泡殺菌。

圖1.66　復(fù)合塑料袋無(wú)菌灌裝機(jī)工作流程

1—薄膜卷筒；2—張緊裝置；3—雙氧水浴池；4—初級(jí)空氣過(guò)濾器；
5—吸風(fēng)機(jī)；6—電加熱器；7—超微細(xì)菌過(guò)濾器；8—刮板；9—進(jìn)料；10—回流管；
11—塑袋成型器；12—熱封縱縫的電熱鉗；13—注液管；14—橫向封口和切斷；15—成品輸送帶

無(wú)菌環(huán)境的維持是通過(guò)無(wú)菌空氣制取系統(tǒng)來(lái)保證的。該系統(tǒng)是由空氣過(guò)濾器、進(jìn)風(fēng)機(jī)、電加熱器、無(wú)菌過(guò)濾器及抽氣風(fēng)機(jī)等組成。經(jīng)過(guò)無(wú)菌過(guò)濾的空氣其潔凈度大于99.9%，充入無(wú)菌倉(cāng)內(nèi)，保證無(wú)菌倉(cāng)在正常生產(chǎn)情況下的正壓，維持系統(tǒng)的無(wú)菌狀態(tài)，多余的氣體由抽風(fēng)機(jī)抽出經(jīng)過(guò)另置的管路排到車(chē)間的外部。

本章小結(jié)

乳品加工機(jī)械主要有分離機(jī)、均質(zhì)機(jī)、板式換熱器、管式換熱器、真空濃縮設(shè)備、噴霧干燥設(shè)備及無(wú)菌包裝設(shè)備等。分離機(jī)工作時(shí)根據(jù)牛乳中微粒密度的不同，可用來(lái)分離稀奶油和脫脂乳，也可以除去牛乳中的雜質(zhì)。為了使懸浮液或乳化液中的分散物微?；?、均勻化，進(jìn)而獲得較為穩(wěn)定的狀態(tài)或者改善品質(zhì)，可采用各種均質(zhì)乳化設(shè)備。典型均質(zhì)設(shè)備有高壓均質(zhì)機(jī)、膠體磨等設(shè)備。根據(jù)食品物料是否與加熱蒸汽直接接觸，可將殺菌裝置分為間接加熱和直接加熱超高溫殺菌兩種類(lèi)型。間接加熱裝置主要包括板式換熱器和管式換熱器，而直接加熱裝置根據(jù)料液與蒸汽混合方式不同可分為注入式和噴射式兩種。食品物料經(jīng)過(guò)真空濃縮可在較溫和的溫度下除去食品中大量的水分。根據(jù)蒸汽利用的次數(shù)不同，可分為單效和多效濃縮設(shè)備。多效真空濃縮常用的流程有順流法（并流法）、逆流法、平流法及混流法。根據(jù)料液的流程不同，可分為單程式和循環(huán)式。根據(jù)料液分布狀態(tài)不同，可分為薄膜式和非膜式。附屬設(shè)備主要包括氣液分離器、蒸氣冷凝器及抽真空系統(tǒng)。噴霧干燥設(shè)備用于液態(tài)物料的干燥，得到的成品為粉末。食品工業(yè)中均使用潔凈的干熱空氣作為對(duì)流型干燥設(shè)備的干燥介質(zhì)，濃縮處理后的物料經(jīng)霧化器霧化成的小液滴與干燥介質(zhì)進(jìn)行熱和質(zhì)交換，得到固體粉末。霧化方式有離心式和壓力式，干燥塔內(nèi)霧滴與介質(zhì)的流動(dòng)方式有并流、逆流和混合式3種。噴霧干燥設(shè)備的附屬裝置有空氣過(guò)濾器、空氣除濕器、空氣加熱器、鼓風(fēng)機(jī)及除塵裝置等。無(wú)菌包裝是指將流質(zhì)或半流質(zhì)食品物料經(jīng)過(guò)超高溫瞬時(shí)殺菌（UHT）或高溫短時(shí)殺菌（HTST），再迅速冷卻至30～40℃，在無(wú)菌環(huán)境下將物料充入已滅菌的包裝容器內(nèi)密封的一種包裝技術(shù)。本章中主要介紹了利樂(lè)磚型包無(wú)菌灌裝機(jī)、康美包無(wú)菌灌裝機(jī)和無(wú)菌袋無(wú)菌包裝機(jī)。

復(fù)習(xí)思考題

1.簡(jiǎn)述升膜式真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用。

2.高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理是什么？

3.板式換熱器有什么特點(diǎn)？使用時(shí)有哪些注意事項(xiàng)和維護(hù)保養(yǎng)要點(diǎn)？

4.簡(jiǎn)述真空濃縮設(shè)備的常見(jiàn)故障、原因分析與排除方法。

5.高壓均質(zhì)原理的3種學(xué)說(shuō)是什么？

6.舉例說(shuō)明間接式和直接式換熱器在乳品加工過(guò)程中的應(yīng)用。

7.對(duì)比討論高壓均質(zhì)機(jī)與膠體磨的特點(diǎn)及適用對(duì)象。

8.設(shè)計(jì)一個(gè)可同時(shí)生產(chǎn)巴氏殺菌乳、煉乳、乳粉、奶油等產(chǎn)品的生產(chǎn)車(chē)間設(shè)備流程。

9.試比較分析卷材式與預(yù)制盒式無(wú)菌包裝設(shè)備特點(diǎn)。

10.試述常見(jiàn)無(wú)菌包裝機(jī)中保證包裝產(chǎn)品無(wú)菌的條件有哪些，無(wú)菌包裝設(shè)備哪些關(guān)鍵區(qū)域與系統(tǒng)需要無(wú)菌化。

11.當(dāng)生產(chǎn)奶粉時(shí)出現(xiàn)焦粉現(xiàn)象可能是什么原因?qū)е碌?？?yīng)如何處理？