浓缩乳制品中的物质的设备和方法与流程

1.本发明涉及乳制品加工领域。更具体地说，本发明涉及通过过滤来浓缩乳制品中的物质。


背景技术：

2.如今，使用过滤装置将乳制品过滤成不同的副产品是常见的做法。为了避免过滤装置干透，这些装置都是不能排水的。相反，过滤装置在不用于生产时被灌满水或被清洗，以确保它们不被损坏或受到其他方面的负面影响。
3.现在的过滤装置的一个缺点是，乳制品在生产后可能留在装置中，而不是被回收。当所生产的副产品的每一重量或体积单位价格较高时，这尤其是一个缺点。
4.由于这个原因，人们需要一个能够回收生产后留在过滤装置中的乳制品的系统，而不对过滤装置的耐久性提出挑战。


技术实现要素：

5.本发明的目的是至少部分地克服上述现有技术的一个或多个限制。特别是，本发明的目的是提供一种用于有效浓缩乳制品中的物质同时确保减少物质的损失的方法和系统。
6.因此，根据第一方面，提供了一种用于浓缩乳制品中的物质的方法，该方法包括以下步骤：
7.a)将乳制品从罐中馈送入过滤装置，
8.b)在过滤装置中，将乳制品过滤成渗透液和回流液，从而使物质在回流液中浓缩，
9.c)通过将回流液的第一部分馈送入过滤装置，使其在过滤装置上循环，从而形成乳制品的一部分，
10.d)将回流液的第二部分馈送入罐中，使其成为乳制品的一部分，
11.e)重复步骤a)至d)，从而逐步提高乳制品中的物质浓度，以及
12.f)当乳制品中的物质浓度达到预定值时，停止所述重复。
13.该方法可进一步包括，在停止重复之后：打开空气阀，让空气进入过滤装置，该过滤装置被布置成当空气流入过滤装置时，容纳在过滤装置中的乳制品在重力的作用下被排空；以及收集从过滤装置中排空的乳制品。
14.该方法可进一步包括让空气：进入第一流体管线的一区段，该管线被布置用于将乳制品馈送入过滤装置；以及进入第三流体管线的一区段，该管线被布置用于将回流液的第二部分馈送入罐，使得当空气流入所述区段时，容纳在所述区段的乳制品在重力作用下被排空。此后，从所述区段排空的乳制品被收集。
15.该方法可进一步包括，在停止重复之后：将部分渗透液馈送入过滤装置，使得当渗透液流入过滤装置时，容纳在过滤装置中的乳制品被渗透液推出；以及收集从过滤装置推出的乳制品。
16.回流液的第一部分可包括在过滤装置中过滤的回流液的70
‑
90％。
17.过滤装置可包括螺旋式缠绕膜过滤器。
18.相对于从过滤装置的乳制品入口到过滤装置的回流液出口的方向来看，过滤装置可以倾斜一个角度：相对于水平方向至少30
°
；或相对于水平方向至少45
°
。
19.相对于过滤装置的纵向方向来看，过滤装置的倾斜角度可以是：相对于水平方向至少30
°
；或相对于水平方向至少45
°
。
20.该方法可进一步包括通过第四流体管线将渗透液馈送入平衡罐或馈送入排出口。
21.该物质可以是乳铁蛋白。
22.根据第二方面，提供了一种被配置为浓缩乳制品中的物质的系统。该系统包括：
23.a)第一泵和第一流体管线，所述第一流体管线布置成将乳制品从罐送至过滤装置，
24.b)过滤装置，其布置成将乳制品过滤成渗透液和回流液，使得物质在回流液中被浓缩，
25.c)第二流体管线，其布置成通过将回流液的第一部分馈送入过滤装置，使其在过滤装置上循环，从而形成乳制品的一部分，
26.d)第三流体管线，其布置成将回流液的第二部分馈送入罐，使其成为乳制品的一部分，以及
27.e)处理单元，其配置为：
28.‑
监测乳制品中物质浓度的逐渐增加，以及
29.‑
当乳制品中的物质浓度达到预定值时，停止泵并从而停止乳制品的过滤。
30.相对于从过滤装置的乳制品入口到过滤装置的回流液出口的方向来看，过滤装置可以倾斜一个角度：相对于水平方向至少30
°
；或相对于水平方向至少45
°
。
31.相对于过滤装置的纵向方向来看，过滤装置的倾斜角度可以是：相对于水平方向至少30
°
；或相对于水平方向至少45
°
。
附图说明
32.现在将参照附图，以举例的方式描述本发明的实施方案，其中：
33.图1说明了用于浓缩乳制品的系统，
34.图2a是一个流程图，其说明图1的系统处于生产模式，
35.图2b是一个流程图，其说明图1的系统处于第一排放模式，
36.图2c是一个流程图，其说明图1的系统处于第二排放模式，以及
37.图3是一个流程图，其说明浓缩乳制品的方法。
具体实施方式
38.参照图1和图2a，通过举例的方式说明了布置成浓缩乳制品mp中的物质的系统100。该系统100被布置成通过使用布置在该系统100中的过滤装置102来浓缩乳制品mp中的物质。过滤装置102包括乳制品入口111和回流液出口112。过滤装置102布置成将乳制品mp过滤成渗透液p和回流液r。回流液r包括的一定浓度的该物质。举例来说，该物质可以是乳铁蛋白。
39.如图所示，过滤装置102是细长的，并布置在从乳制品mp入口111延伸到回流液出口112的方向702。为了使液体(如乳制品mp)能够容易和有效地从过滤装置102排出，该方向702可以相对于水平方向701倾斜。方向702和水平方向701之间的角度703可以是至少30
°
或至少45
°
。在一些实施方式中，方向702与水平方向701平行。
40.与上述内容一致，通过以这种方式布置过滤装置102，在系统100停止后，可以通过利用重力排空容纳在过滤装置102中的乳制品mp。换句话说，过滤装置102可以通过使用重力来排空。下面将参照图2b
‑
c更详细地讨论排出系统100的不同方式。
41.这里描述的原理和概念可以应用于不同种类的过滤装置。举例来说，过滤装置102可以是传统的膜过滤装置。过滤装置102可以是螺旋式缠绕膜过滤装置。该膜过滤装置可以包括一或多个膜元件，其中每个膜元件可包括两个或更多个膜层。两个膜层可以由多孔层隔开。该多孔层可以由多孔的渗透导电材料制成。膜过滤器可以围绕收集管滚动，以形成过滤装置102。在膜过滤过程中，渗透液p可以螺旋式地进入收集管，而回流液r可以通过过滤装置102被馈送入。在其他实施方案中，过滤装置102可以使用其他过滤技术。
42.系统100包括空气阀104。空气阀104可以被布置成让空气a(见图2b)进入过滤装置102，这样空气a就可以通过过滤装置102流入布置成属于系统100的流体管线。让空气a进入可以在排空系统100时进行，并与重力合作排空过滤装置102。
43.系统100还可以包括平衡罐106。平衡罐106可以被布置成收集在过滤装置102中被过滤出的渗透液p。
44.参照图2a
‑
c，通过举例说明了用于浓缩乳制品mp中物质的系统100的流程图。在图2a
‑
c中，说明了系统100的三种不同模式。在图2a中，说明了系统100的一种生产模式。在图2b中，说明了系统100的第一种排放模式，其中引入空气以实现排放。在图2c中，说明了系统100的第二种排放模式，其中渗透液被用于排放。这些图示是系统100的不同模式的例子，系统100不限于这些模式。这些模式可以随后使用，但也可以单独使用。为了说明问题，各图中的粗线说明了系统中的管线，在各模式中存在着流量。图2a
‑
c中说明的系统100代表了与图1相关的系统100的一个例子。下面将更详细地讨论每种模式。
45.在图2a中，说明了系统100的生产模式的一个示例。在该生产模式中，系统100被布置成通过将乳制品mp过滤成渗透液p和回流液r来浓缩乳制品mp中的物质。
46.乳制品mp可以通过外部产品管线206被馈送入系统100。外部产品管线206可以将乳制品mp馈送入罐202，其中罐202可以作为系统100的一部分进行布置。乳制品mp包括应被浓缩的物质。当最初馈送入系统100时，乳制品mp具有正常的物质浓度，即乳制品mp中自然存在的浓度。乳制品mp可以是牛奶，在被馈送入罐202之前，其可能已经被热处理过或以其他方式处理过。
47.乳制品mp可以从罐202通过第一流体管线208被馈送入过滤装置102。为了使系统100将乳制品mp馈送至过滤装置102，可在第一流体管线208中设置第一泵230。
48.为了调节系统100中乳制品mp的流速，可在第一流体管线208中设置阀组250。阀组250可以被放置在系统100中在竖直方向上位于用于待浓缩物质的排放口的上方的位置，从而使系统100可以被充分排空。根据图2a
‑
c，阀组250包括四个阀：第一阀252、第二阀254、第三阀256和第四阀258。在该生产模式下，第一阀252和第三阀256可以打开，第二阀254和第四阀258可以关闭。第三阀256可被布置成调节被馈送入过滤装置102的乳制品mp的流速。第
一阀252可被布置成调节被从过滤装置102送回到罐202的乳制品mp的流速。系统100不限于具有包括四个阀的阀组，而是可以包括其他合适数量的阀。
49.在该生产模式中，在阀组250的下游，乳制品mp通过第一连接点398。第一连接点398可被布置成将乳制品mp馈送入第二流体管线217。第二泵274可被布置在第二流体管线217中，以将乳制品mp馈送入过滤装置102。如上所述，过滤装置102被布置成将乳制品mp过滤成渗透液p和回流液r。过滤装置102本身可以是传统的膜过滤器。
50.由过滤装置102过滤的渗透液p被馈送入被称为第四流体管线210的流体管线。第四流体管线210被布置成从过滤装置102馈送渗透物p。渗透液p可以被馈送入平衡罐106。为了调节馈送到平衡罐106的渗透液p的流速，可以在第四流体管线210中设置第五阀270。第五阀270被布置成也能将渗透物p馈送入排放口。
51.渗透液p可以被从平衡罐106馈送入外部渗透液罐(未图示)。为了将渗透液p从外部渗透液罐中馈送出，可以在第四流体管线210中设置第三泵264。为了调节渗透液p的流速，可以在第四流体管线210中设置第六阀244。
52.回流液r可以被从过滤装置102馈送入第五流体管线213。为了加热或冷却回流液r，可在第五流体管线213中设置加热/冷却交换器204。加热/冷却介质可以被馈送入加热/冷却流体管线216，以使回流液r具有最适合过滤的温度。回流液r被馈送到第二连接点396。第二连接点396被设置成将回流液r分离成第一回流液流(第一部分)r1和第二回流液流(第二部分)r2。回流液r的第一部分r1通过第一连接点398被馈送入第二流体管线217。回流液r的第二部分r2被馈送入第三流体管线212。
53.通过这种方式，并且由于第二流体管线217与过滤装置102相连接，回流液r的第一部分r1在过滤装置102上循环流动。当被馈送入第二流体管线217时，回流液r的第一部分r1与被从罐202馈送入过滤装置102的乳制品mp结合。为了调节回流液的第一部分r1的流速，可以在第二流体管线217中设置第七阀278。回流液r的第一部分r1可以包括从过滤装置102出来的回流液r的70
‑
90％。回流液r的第一部分r1可以在过滤装置102上循环，直到乳制品mp中的物质浓度达到预定值。
54.第三流体管线212被布置成将回流液r的第二部分r2馈送入罐202。因此，回流液r的第二部分r2成为被馈送入过滤装置102的乳制品mp的一部分。在此，回流液r和它的两部分r1和r2都是乳制品mp的一部分，因为它们在所述的过滤过程中都混合在一起。
55.为了调节第二部分r2的流速，可以在第三流体管线212中设置第八阀282。此外，第二部分r2的流速也可以通过第九阀246和第一阀252，两者都设置在第三流体管线212中。第九阀246在生产模式下可以打开。回流液r的第二部分r2包括在第一部分r1被转移到过滤装置102后剩余的那部分回流液，例如从过滤装置102出来的回流液r的10
‑
30％。
56.为了在系统100中保持恒定的流量，当渗透液p离开系统100时，可以在系统100中加入更多的乳制品mp。
57.要浓缩的乳制品中物质浓度的预定值可以通过合适的传感器和处理单元(未显示)来监测，其中传感器和处理单元可以被布置成系统100的一部分。处理单元可被配置为监测乳制品mp中物质浓度的逐渐增加。当物质的浓度达到预定值时，处理单元可被布置成停止过滤过程及其流体流动。
58.在图2b中，说明了系统100的第一排放模式的一个示例。在第一排放模式中，系统
100通过利用重力和/或进入空气入口104的空气a来排空。系统100通常在清洗前被排空，以便回收剩余的乳制品mp，现在乳制品(浓缩物)中具有理想的物质浓度。具有所需物质浓度的乳制品通常是一种高价值产品。
59.因此，生产后留在系统100中的乳制品mp具有很高的价值，回收它是有益的。当生产模式结束时，部分乳制品mp通常留在流体管线和/或系统100的装置中，特别是在过滤装置102中。
60.为了开始排放，空气阀104被打开。当空气阀104被打开时，空气a通过空气阀104进入系统100。空气阀104与过滤装置102的最上部相连接，当它打开时，周围的空气流入过滤装置102的上部。然后，过滤装置102中的乳制品流入第二流体管线217。因此，空气a从空气阀104流经过滤装置102并流向系统100的流体管线。通过让空气进入系统100，过滤装置102可以被排空。为了便于排放，过滤装置102被布置成以与图1有关的角度703倾斜。以这种方式布置过滤装置102，通过让空气填充先前被乳制品mp占据的空间，将容纳在过滤装置102中的乳制品mp排空。由于重力作用，乳制品从过滤装置和流体管线中流出。
61.乳制品mp从过滤装置102通过乳制品入口111被排空到第二流体管线217。第三连接点397位于第二流体管线217中。在第三连接点397和罐202之间连接有第七流体管线214。第十阀272被布置在第七流体管线214中。在排放过程中，第十阀272被打开，从而使排出的乳制品流向罐202。第五流体管线213中的乳制品mp流经加热/冷却交换器204、第二连接点396、第七阀278、第一连接点398、第二泵274并流向第三连接点397，在那里乳制品进入第七流体管线214并继续流向罐202。第三连接点397位于所有部件和流体管线竖直下方的位置，乳制品从这里排到第三连接点397。第七流体管线214和罐202可以位于第三连接点397的下方。
62.当过滤装置102通过允许空气流入而被排空时，空气最终流入第一流体管线208的区段209，该区段位于过滤装置102和第三阀256之间。然后，第三阀256中和区段209中的乳制品由于重力作用，流向第二连接点398，经过第二泵274，流向第三连接点397，进入第七流体管线214并流向罐202。
63.另外，空气最终流入第三流体管线212的区段211，该区段位于过滤装置102和第九阀246之间。第九阀246和区段211中的乳制品然后由于重力作用，流过第八阀282、流过第二连接点396、第七阀278、第二连接点398，流过第二泵274，到第三连接点397，进入第七流体管线214然后流到罐202。
64.类似的情况也适用于从第九阀246到第四个连接点399的流体管线219，该连接点位于第七流体管线214中。该流体管线219可用于系统100的清洗。然后，流体管线219中的乳制品由于重力作用，流向第四连接点399，并进入第七流体管线214和罐202。为了调节排出的乳制品mp的流速，可以在第七流体管线214中设置第十一阀226。第十一阀226可以设置在罐202的附近。
65.当空气进入第三阀256时，阀组250中的所有阀都被打开，这样空气就被允许流入第一流体管线208和第三流体管线212中尚未排空的区段。然后，这些流体管线区段从乳制品中排出，乳制品直接流向罐，分别从阀组250中的阀到罐202的方向排出。
66.在图2c中，说明了系统100的第二排放模式的一个示例。第二排放模式被布置成通过使用在生产模式中收集的渗透液p来排空系统100。
67.然后，通过将一部分渗透液p从平衡罐106通过第八流体管线224馈送入过滤装置102，使系统100排空。为了使部分渗透液p从渗透液罐106馈送入过滤装置102，在第八流体管线224中设置第四泵265。在第八流体管线224中设置第十二阀262并将第十二阀262设置成调节渗透液p的流速。渗透液p被馈送入过滤装置102的顶部，其位置与空气a被馈送入过滤装置102的位置相同，如与图2b有关的所描述。渗透液p然后流入过滤装置102，以排出可能留在过滤装置102中的乳制品mp。然后，乳制品mp从过滤装置102中被排到罐202中，遵循与空气a相同的流体路径，如与图2b相关的所描述。第二排放模式可以在第一排放模式之后进行。
68.参照图2a
‑
c，除了上面已经讨论过的内容外，系统100还可以包括形成就地清洗(cip)系统的流体管线，所述就地清洗(cip)系统布置成用于清洗系统100。系统100的清洗可以包括通过流体管线和布置在系统100中的装置来冲洗水和cip化学品。为此，可以设置第九流体管线218，以将水冲过系统100。可以通过第十流体管线220在系统100中提供cip给料剂。可以通过第十一流体管线222在系统100中提供外部cip剂。可以提供额外的cip管线，如流体管线223。各种泵阀和阀(未显示)被包括在cip管线218、220、222、223中，以完成cip。cip剂也可以通过外部产品管线206被提供到系统中。
69.系统100的清洁过程可包括冲洗系统100中的流体管线和装置中的水。此后，可将cip剂提供给系统100。在向系统100提供cip剂后，可再次向系统100提供冲洗水，以去除所有的cip剂。这可以重复进行，直到系统100清洁。
70.通过让过滤装置102倾斜一个角度，过滤装置102可以更容易、更有效地被排空。通过在清洗前排空系统100，可以提高具有高浓度物质的乳制品mp的回收率。通过本方法，重力和气流和/或渗透液流的结合提高了系统100的排放，而不会对系统100的耐久性造成挑战。因此，系统100的这种安排允许尽可能多地排出乳制品mp，因此，与标准生产冲洗程序相比，减少了系统100中的产品损失。在使用空气排放后，系统100可能会充满液体(水)，特别是如果过滤装置102对干燥敏感的话。
71.图3说明了浓缩乳制品mp中物质的方法300。该方法将参照图2a
‑
2c的系统100进行描述。
72.在第一步302中，乳制品mp从罐202被馈送入过滤装置102。相对于从过滤装置102的乳制品mp入口111到过滤装置102的回流液出口112的方向702来看，过滤装置102相对于水平方向701倾斜了至少30
°
或45
°
的角度703。相对于过滤装置102的纵向方向702来看，过滤装置102可以是相对于水平方向701倾斜至少30
°
或45
°
的角度703。在第二步304中，乳制品mp在过滤装置102中被过滤成渗透液p和回流液r，从而物质被浓缩在回流液r中。在第三步306中，回流液r的第一部分r1通过将其馈送入过滤装置102在过滤装置102上循环，从而形成乳制品mp的一部分。回流液r的第一部分r1可以包括在过滤装置102中过滤出(排出)的回流液r的70
‑
90％。在第四步308中，回流液r的第二部分r2被馈送入罐202，使其成为乳制品mp的一部分。在第五步310中，重复第一步302至第四步308。通过重复这些步骤，乳制品mp中的物质浓度逐渐增加。在第六步312中，当乳制品mp中的物质浓度达到预定值时，停止重复步骤310。
73.在第七步314中，可以打开空气入口104，让空气a进入过滤装置102中。过滤装置102被布置成，当空气a流入过滤装置时，容纳在过滤装置102中的乳制品mp在重力作用下被
排空。
74.在第八步316，收集从过滤装置102中排空的乳制品mp。
75.在第九步318，一部分渗透液p可以被馈送入过滤装置102，这样，当渗透液p流入过滤装置102时，容纳在过滤装置102中的乳制品mp被渗透液p推出。在第十步320中，收集从过滤装置102中推出的乳制品mp。
76.在第十一步322中，渗透液p被馈送入渗透液罐106或通过第四流体管线210被馈送入排放口。
77.从上面的描述可以看出，尽管已经描述和展示了本发明的各种实施方案，但本发明并不局限于此，还可以在以下权利要求书中定义的主题范围内以其他方式体现。