均質(zhì)機(jī)在乳品產(chǎn)業(yè)中地位和應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上均質(zhì)機(jī)在乳品產(chǎn)業(yè)中地位和應(yīng)用 【摘 要】本文概述了均質(zhì)機(jī)的發(fā)展，重點(diǎn)分析了柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)的功能、原理和基本結(jié)構(gòu)以及在乳制品產(chǎn)業(yè)中的地位和應(yīng)用，均質(zhì)機(jī)選型和配套要點(diǎn)，同時概述了申鹿牌高壓均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的特點(diǎn)。 引言一條乳制品生產(chǎn)線，最關(guān)鍵的設(shè)備為：1、高壓均質(zhì)機(jī)是決定產(chǎn)品品質(zhì)和品味的關(guān)鍵設(shè)備；2、灌裝設(shè)備；3、殺菌設(shè)備。這后兩項(xiàng)是決定產(chǎn)品保質(zhì)期的關(guān)鍵設(shè)備。所以使用廠家對這三種設(shè)備都十分重視精挑細(xì)選，以選用最好設(shè)備進(jìn)廠，尤其是均質(zhì)機(jī)更是如此。均質(zhì)機(jī)根據(jù)原理和結(jié)構(gòu)不同，主要有柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)、超聲波均質(zhì)機(jī)、高剪切均質(zhì)機(jī)、射流均質(zhì)機(jī)等等，它們共同點(diǎn)都可以乳化、勻漿，但對

2、于后三種均質(zhì)機(jī)由于功能原理上比較單一，所以粉碎效果相對比較差，在產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用較少。而柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)的功能原理比較齊全，可在完成超細(xì)粉碎及乳化、勻漿的深加工中效果特別理想。這種柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)起始于1900年，由美國Manton GauLin首先研制成功。現(xiàn)在國際上柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)，最大壓力從150 Bar1600 Bar，額定流量從6到60000 L/H，在食品、精細(xì)化工、石油化工、制藥及生物工程等領(lǐng)域，得以廣泛應(yīng)用，到目前為止還沒有比它更有成效的設(shè)備可以替換。尤其在食品行業(yè)中，加工乳品、果汁、豆奶等是必不可少關(guān)鍵設(shè)備，隨著倡導(dǎo)“一杯牛奶，健康一個民族”，不斷深進(jìn)人心，柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)在乳

3、制品產(chǎn)業(yè)大發(fā)展中，它的應(yīng)用更是引人注目，銷量急增，它的用途：1、 生物細(xì)胞破碎制成新產(chǎn)品或提取內(nèi)含物；2、 液液（不同相）均質(zhì)制成水包油或油包水的乳化液；3、 液固（粉末）均質(zhì)制成穩(wěn)定的勻漿液；這種設(shè)備的研制，在中國起步較晚，直到1980年由原上海科技大學(xué)科技職員，克服了結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制造工藝的困難，完全靠自己的氣力研制成中國第一代壓力為60 Mpa高壓均質(zhì)機(jī)，填補(bǔ)了國內(nèi)空缺，當(dāng)時獲得上海科技成果二等獎。1995年還是這些科技職員研制成第二代申鹿牌系列高壓均質(zhì)機(jī)，并推動組建了上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司。這些產(chǎn)品以高出發(fā)點(diǎn)，高效能走向市場，得到用戶普遍贊譽(yù)，產(chǎn)品遍及全國，為中國特大馳名企業(yè)選用。如上海

4、光明牛奶公司、內(nèi)蒙古伊利乳業(yè)、蒙牛乳業(yè)、石家莊三鹿乳業(yè)、杭州娃哈哈、江蘇維維乳業(yè)等等。并出口東南亞、歐美等國。2006年推出第三代智能自動調(diào)壓系列高壓均質(zhì)機(jī)，將給用戶在科學(xué)技術(shù)新品中得到更多的實(shí)惠。1 柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)是一種深加工設(shè)備，完成這種功能，主要靠高壓均質(zhì)閥完成，它的結(jié)構(gòu)如圖1所示：它由閥座、閥芯及碰撞環(huán)組成。 圖1 在圖1中可見到高壓液料進(jìn)進(jìn)閥座內(nèi)腔時，當(dāng)它的壓力超過預(yù)先設(shè)定的高壓彈簧作用下形成的壓力，閥芯向右移動，開啟閥芯和閥座，之間形成一個很小的縫隙，約0.4 mm，高壓液流以極高的線速度，通常達(dá)到200300 m/s，通過這個縫隙時，液料產(chǎn)生極大壓力降

5、，瞬間失壓，膨脹、爆炸（這個復(fù)雜過程稱空穴效應(yīng)），由此產(chǎn)生高頻振動和喘流形成強(qiáng)烈剪切效應(yīng)，和高速撞擊在碰撞環(huán)形成的碰撞效應(yīng)等，其中空穴效應(yīng)起了主導(dǎo)作用，將存在液體中顆?；蛴偷畏鬯槌珊苄〉某叽纾睆?.012m，均勻1m，而且獲得較理想的乳化液或勻漿液。這個過程，實(shí)際上集中了超聲波均質(zhì)機(jī)（空穴效應(yīng)），高速剪切機(jī)（剪切效應(yīng)），射流均質(zhì)機(jī)（碰撞效應(yīng)）等功能原理于一體，由此可見，它的功效遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他設(shè)備。它的產(chǎn)品保持原有活性、穩(wěn)定性、混合性，均質(zhì)以后乳制品具有更好營養(yǎng)值、易吸收性、保質(zhì)期、口味和色彩。所以一百余年來一直是國內(nèi)外公認(rèn)的一種高效、節(jié)能、可靠的超細(xì)粉碎、乳化勻漿設(shè)備。一般均質(zhì)機(jī)都具有二級均

6、質(zhì)閥。后面一級均質(zhì)閥（即第二級均質(zhì)閥或稱低壓閥），它的功能主要給第一級高壓一個合適的背壓，集中第一級能量，使空穴效應(yīng)發(fā)生在縫隙的最佳區(qū)域；同時第一級均質(zhì)后，可能因范得瓦爾斯引力作用下，微粒發(fā)生聚合，再次給予破碎，料液得到進(jìn)一步的乳化和勻漿?？昭ㄐ?yīng)發(fā)生區(qū)域取決于背壓大小，閥的結(jié)構(gòu)及液料的粘度大小。背壓太小，空穴效應(yīng)發(fā)生區(qū)域移向縫隙出口處，可能造成空穴失控，閥座的外緣輕易崩塌損壞；背壓增高，空穴效應(yīng)發(fā)生區(qū)域會移向縫隙進(jìn)口處；背壓過高，還會引起空穴效應(yīng)較少，影響均質(zhì)效果，且閥座孔內(nèi)壁輕易崩塌損壞。所以空穴效應(yīng)必須受控的?？昭ㄐ?yīng)發(fā)生時，會產(chǎn)生局部高溫順高壓，引起空穴氣融，而逐漸使均質(zhì)閥座和閥桿的工

7、作端面變得粗糙，根據(jù)這種粗糙情況，可以判定空穴效應(yīng)是受控還是失控。受控良好的，應(yīng)在受蝕而變得粗糙端面上出現(xiàn)一個封閉圓環(huán)。（如圖2a）如觀察到工作面上局部粗糙性是放射狀，這意味空穴失控（如圖2b），這時能量不能被全部利用。所以，第一級均質(zhì)閥后面再串聯(lián)第二級均質(zhì)閥，改變第二級均質(zhì)閥縫隙大小可以改變第一級均質(zhì)閥的背壓大??；同時，防止分散了顆粒重新聚合。 圖2 圖a 圖b最佳背壓要通過實(shí)驗(yàn)得到，實(shí)踐中牛奶均質(zhì)時最佳背壓不能大于均質(zhì)壓力的20%，實(shí)際上由于牛奶生產(chǎn)管路相當(dāng)復(fù)雜，已形成相當(dāng)?shù)牡谋硥?。這樣，就無法獲得所需的較低背壓，甚至無法調(diào)低背壓，所以，有些均質(zhì)機(jī)只有一級均質(zhì)閥，它利用水力特性，形成一定背

8、壓。由于第二級均質(zhì)閥主要還是集中第一級能量，所以在結(jié)構(gòu)上，不裝碰撞環(huán)。如在生產(chǎn)實(shí)踐中，一般牛奶低壓取2 Mpa左右（20 Bar），高壓取1618 Mpa（160180 Bar），酸奶低壓取24 Mpa左右（2040 Bar），高壓取2025 Mpa（200250 Bar），原則是達(dá)到均質(zhì)效果，壓力取低值為宜。均質(zhì)溫度對均質(zhì)效果影響是很大的，溫度高飽和蒸汽壓也高，均質(zhì)時空穴效應(yīng)輕易形成，為了進(jìn)步均質(zhì)效果，在保證液體物料不變性的條件下，適當(dāng)進(jìn)步均質(zhì)溫度是有益的，實(shí)際中牛奶均質(zhì)溫度一般為5070，50是牛奶有效均質(zhì)的最低溫度。超過70在設(shè)備中產(chǎn)生氣窩，工作不正常，壓力指針擺動大。溫度高一些可以促進(jìn)

9、脂肪球粉碎和分散效果更好，但不利于熱穩(wěn)定性。以上需要各地生產(chǎn)廠家在工藝師指導(dǎo)下經(jīng)過實(shí)踐以取得最佳均質(zhì)壓力數(shù)據(jù)。2 均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)柱塞泵均質(zhì)機(jī)，它有傳動箱，柱塞泵、均質(zhì)閥，壓力指示部分及電氣柜或變頻器組成。傳動箱：有電動機(jī)、曲軸箱、活塞這個過程是將電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成低速往復(fù)直線運(yùn)動。實(shí)踐中兩級變速，即皮帶輪及齒輪變速為好。通過變速之后，使柱塞往復(fù)速度控制在130170 r/min。這種速度，機(jī)器穩(wěn)定、噪聲低，柱塞及其密封耐用性好。柱塞泵：由活塞帶動柱塞，在泵體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動，在單向閥配合下，完成吸料，加壓進(jìn)進(jìn)集流管。均質(zhì)閥：接受集流管輸送過來高壓液料，完成超細(xì)粉碎、乳化、勻漿任務(wù)。它有兩級均質(zhì)閥及

10、其二級調(diào)壓裝置。它是完成超細(xì)粉碎、乳化、勻漿專用零部件。以上接觸液料的材質(zhì)必須具備無毒、無玷污、耐磨、耐沖擊、耐酸、耐堿、耐腐蝕的條件。壓力指示部分：壓力指示通常用指針式耐震壓力表。為防止壓力表使用中失控而損壞設(shè)備，經(jīng)常配有電流表同時監(jiān)控。在380V電壓條件下，機(jī)器正常運(yùn)行，額定流量，壓力及功率、電流成正比關(guān)系，申鹿牌均質(zhì)機(jī)電流值估算公式如下：IQ×P×231212式中：Q：流量以升/小時（L/H）表示P：壓力以巴（Bar）表示（1 Mpa10 Bar）I：電流以安培（A）表示例如：流量Q：5000 L/H、生產(chǎn)壓力P：180 BarI5000×180×

11、23121257.7 A假如電流表指示及壓力表指示擺幅非常大，或者指示過大，都說明機(jī)器運(yùn)行不正常。需要檢查、排除。均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制造工藝是決定均質(zhì)機(jī)性能、效率、噪聲、可靠性的關(guān)鍵。制造商都把重點(diǎn)放在這方面的研究上。二十余年來，申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司科技工作者認(rèn)真總結(jié)前人研制開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，深進(jìn)研究均質(zhì)機(jī)理論，在結(jié)構(gòu)上、材質(zhì)上及制造工藝上有了較大突破，并取得成效。表現(xiàn)在以下三個方面：2.1申鹿均質(zhì)機(jī)的傳動箱采用雙出軸電機(jī)，兩面皮帶，兩面轉(zhuǎn)動軸承，曲臂齒輪，對稱傳動，軸瓦采用特種合金，正常使用條件下永久不用更換；潤滑采用飛濺式潤滑加壓力輔助潤滑（配套變頻器工作），以確保各運(yùn)動部件潤滑良好，磨損小。這

12、種結(jié)構(gòu)在巴塞羅那國際展覽會上令國際同行贊嘆不已；實(shí)踐證實(shí)，這種結(jié)構(gòu)，傳動平穩(wěn)、低噪聲、高效率、無技術(shù)性故障，機(jī)械均勻效率進(jìn)步10%左右；傳動噪聲低于電機(jī)聲，如90 KW電機(jī)噪音為90 db；45 KW電機(jī)噪音為84 dB，配在申鹿均質(zhì)機(jī)SRH1000-25和SRH5000-25壓力為25 Mpa時，實(shí)測分別為88 db和83 db（按市企標(biāo)分貝表置于主泵體正前方1米處檢測）。2.2主泵體打破傳統(tǒng)的壓蓋平面密封和柱塞V型方式，采用壓蓋徑向密封和柱塞方形自位密封方式，所有密封材料均為第四代密封材料，耐酸堿、耐腐蝕、無毒、無污染，耐高溫達(dá)150以上，柱塞密封不需頻繁更換，通常3000小時以上。2.3

13、柱塞、單向閥、均質(zhì)閥等硬件，都是第四代特種合金鋼材料，具有穩(wěn)定化學(xué)性能，耐磨、耐沖擊、耐酸堿等優(yōu)點(diǎn)，對乳品生產(chǎn)來說，通常6000小時以上更換與修磨，適用于二次滅菌及CIP消毒。這種材料達(dá)到國際先進(jìn)水平。這些方面成功，為申鹿均質(zhì)機(jī)在國內(nèi)外市場達(dá)到空前占有率起到關(guān)鍵作用。3 均質(zhì)機(jī)的選型一條生產(chǎn)線配套的理想的均質(zhì)機(jī)是至關(guān)重要，由于它是產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、本錢效益的關(guān)鍵，還影響整個生產(chǎn)線能否正常運(yùn)行，選用理想均質(zhì)機(jī)的條件，應(yīng)具備流量充足，壓力穩(wěn)定，均質(zhì)機(jī)效果好，易損件耐用，噪音低、節(jié)能、節(jié)油、操縱維修方便等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合工程項(xiàng)目的規(guī)模，產(chǎn)品種類和生產(chǎn)工藝流程，綜合考慮選用最理想的均質(zhì)機(jī)，實(shí)踐中應(yīng)捉住以下幾項(xiàng)

14、主要技術(shù)參數(shù)。3.1流量單位用升/小時或L/H表示,指生產(chǎn)流量不少于銘牌標(biāo)明的數(shù)據(jù)，即使壓力達(dá)到最大數(shù)值時，流量也不少于銘牌所示數(shù)據(jù)，才能確保生產(chǎn)線設(shè)計(jì)要求和正常運(yùn)行，在進(jìn)料充足條件下，制造商提供的流量數(shù)據(jù)可以通過以下計(jì)算方式求得：Q= d2/4×2e×Vn×n×60×K/1000 L/H式中：d:柱塞直徑，用cm表示：3.14162e:柱塞行程（e是曲軸偏心），用cm表示n: 柱塞的根數(shù)Vn: 柱塞速度用r/min表示k:流量系數(shù)式中流量系數(shù)K的大小，決定于均質(zhì)機(jī)本身的單向閥結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、密封材料和密封方式以及加工精度等，即使在供料充足條件下，

15、由于以上條件不能滿足，引起嚴(yán)重內(nèi)、外泄漏導(dǎo)致K系數(shù)過低，造成先天性的流量不足，結(jié)果給用戶造成永久性產(chǎn)量效益損失過大。為此，制造商提供的均質(zhì)機(jī)設(shè)備必須具有公道的結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的材質(zhì)，先進(jìn)的密封以及良好的加工條件才能達(dá)到。實(shí)踐中，要確定流量大小，若手頭無流量表時,最簡便的方法就是用稱重估算法，即在均質(zhì)機(jī)額定壓力運(yùn)行時，用水桶接料（或以水代料）一分鐘稱重后乘以60分就到每小時流量。例如，申鹿均質(zhì)機(jī)SRH10000-35，額定壓力為28Mpa時，每分鐘測得水重是Q=167kg。SRH5000-30為額定壓力24Mpa,每分鐘測得水重Q=84kg。3.2壓力單位：用Mpa，Bar ， Psi.表示在數(shù)值1M

16、pa10 Bar145 Psi 表示約即是均質(zhì)機(jī)銘牌上經(jīng)常標(biāo)有最大工作壓力或最大測試壓力用Pmax表示。還有標(biāo)有額定工作壓力連續(xù)生產(chǎn)壓力用P表示。在生產(chǎn)實(shí)踐中，高壓均質(zhì)機(jī)經(jīng)常提倡輕負(fù)荷工作，取額定工作壓力P0.8Pmax。例如：最大壓力Pmax25Mpa,額定生產(chǎn)壓力應(yīng)該P(yáng)20 Mpa為宜。即選型時留意需用生產(chǎn)壓力必須留有余地為宜；壓力表指示擺幅0.5 Mpa。在額定工作壓力下，只要達(dá)到工藝要求，保證質(zhì)量的條件下，壓力取低值,以降低耗能，延長易損件使用壽命和維修周期，是十分有益的。3.3均質(zhì)效果柱塞泵高壓均質(zhì)機(jī)，均質(zhì)效果關(guān)鍵另部件是高壓均質(zhì)閥，同樣壓力下它的結(jié)構(gòu)形式.流道、閥的材質(zhì)決定了均質(zhì)效

17、果，這也是由制造商設(shè)計(jì)決定了。而均質(zhì)閥在高壓條件下閥座、閥桿、碰撞環(huán)的工作端面極易磨蝕，加工制造比較困難，本錢也較高。為此，選型時高壓閥座、閥芯、碰撞環(huán)等零件外形必須簡單，以利加工，尤其使用廠家能方便加以修復(fù)，以便再次使用。目前，高壓均質(zhì)閥件，普遍采用平面閥就是這個道理。選型時要留意。確定均質(zhì)效果，對于牛奶一般兩個參數(shù)確定，一是粒度大小，二是達(dá)到同一粒度微粒所占的比例，根據(jù)均質(zhì)后達(dá)到同一粒徑的脂肪球比例，可以評估均質(zhì)機(jī)效果好壞，當(dāng)脂肪球直徑：2m以下達(dá)到98以上，均質(zhì)效果為優(yōu)；脂肪球直徑：2m以下，低于98，在2.5m以下高于95時，均質(zhì)效果良好；若脂肪球直徑3m以下低于90時，均質(zhì)效果不良，

18、即均質(zhì)性能不好。判定均質(zhì)效果最直觀方法是顯微鏡法，一般采用光學(xué)顯微鏡在1000x或其他適當(dāng)倍率下，用目鏡的測微尺，螺旋測微尺等在視野內(nèi)對脂肪球進(jìn)行直接測定。如圖： 圖3 均質(zhì)效果圖 3.4噪音用分貝db表示，噪音大小與設(shè)備結(jié)構(gòu)方式，加工精度,安裝條件有密切關(guān)系，均質(zhì)機(jī)行業(yè)內(nèi)目前還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，申鹿均質(zhì)機(jī)按照市企標(biāo)準(zhǔn)用分貝計(jì)放在主泵體正前方一米處測定，應(yīng)小于電動機(jī)銘牌上表示分貝數(shù)是比較理想。3.5耗能均質(zhì)機(jī)的耗能與均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)制造精度安裝有關(guān)，在實(shí)踐中可以用下式估算：N=Q×P/K（Kw）式中：N耗能，用Kw表示 Q:每小時流量用L/H表示P: 選用壓力，用Bar表示K:效率系數(shù)（各廠

19、家不完全一樣，有K:30060、K:31212，K越大，耗能越?。?例如：申鹿SRH500025Q:5000L/H P:200BarK:31212N=5000×200/31212 =32Kw電流表指示64A±10在選型和公道電氣配套時，是十分有用的參考數(shù)據(jù)3.6易損件均質(zhì)機(jī)易損件主要閥件，密封件，柱塞等，由于選用材質(zhì)，加工工藝不同，各制造商不能一樣。對于選用設(shè)備，只能作比較才能擇優(yōu)選用。3.7 適合CIP消毒全過程。接觸食品的零件閥、柱塞、密封、頂桿等件必須滿足NaOH 1.5-2%，HNO3 1.5%，85的要求。 4 均質(zhì)機(jī)前道配套產(chǎn)業(yè)型高壓均質(zhì)機(jī)往往有幾個柱塞泵組成，

20、柱塞隨曲軸旋轉(zhuǎn)作往復(fù)行動，在主泵體內(nèi)通過進(jìn)料閥，出料閥以及均質(zhì)閥，完成進(jìn)料壓縮泄放進(jìn)料壓縮泄放周而復(fù)始運(yùn)行。這樣，對于每一個柱塞泵來說，進(jìn)料和泄放都是間隙的，管道的液流必然是脈沖狀態(tài)，即使是多柱塞合成的液流也成脈動狀態(tài)，這個脈沖（動）頻率會引起管道的共振，假如柱塞運(yùn)行速度130170r/min，柱塞每一個行程周期僅0.460.36秒，進(jìn)出料單向閥開啟時間僅0.230.18秒，表明主泵體在短時間內(nèi)完成進(jìn)料、壓縮和泄放全過程首先必須具備穩(wěn)定進(jìn)料速度和進(jìn)料壓力。實(shí)踐中，選擇公道均質(zhì)機(jī)的進(jìn)、出料管徑，輸送泵和緩沖管，是十分必要的。4.1管道選擇： 為了減少管道背壓，用V進(jìn)表示進(jìn)料管速度，V出表示出料管速度，采用V進(jìn)V出為宜，進(jìn)出料管選擇原則，必須把握流經(jīng)管道速度V進(jìn)2m/s 為宜?？捎孟率接?jì)算驗(yàn)證：V進(jìn)Q×4/3600×2×（m/s）式中：Q：流量用m3表示：進(jìn)出料管內(nèi)徑用m表示：3.1416表示例如：申鹿SRH10000-35均質(zhì)機(jī)選配管道內(nèi)徑50即0.05m，供10000L/H即Q=10m3/H進(jìn)出料是否合適，可代進(jìn)公式V進(jìn)10×4/3600×0.052×=1.41m/s此管用在每小時流量10000L/H進(jìn)出料管是合適的。4.2配備合適的輸送泵為了有效的開關(guān)進(jìn)料閥門，