CN104093502A - 具有减少产品损失和水消耗的次级子系统的液体处理系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种液体处理系统，其包括处理液体产品的若干个子系统(204、206、208、304、306、308)，在所述液体产品的处理期间，所述液体产品在所述子系统(204、206、208、304、306、308)之间传送。所述液体处理系统进一步包括能分别连接到所述子系统(204、206、208、304、306、308)的若干个次级子系统(234、236、238、334、336、338)，每个次级子系统(234、236、238、334、336、338)具有相关联的测量装置(216、222、224、316、322、324)，使得由与所述液体处理系统(200)的相应的子系统(216、222、224、316、322、324)连接的至少一个次级子系统(234、236、238、334、336、338)所导致的产品损失或水消耗对于每个次级子系统(234、236、238、334、336、338)能够各自测量。

Description

具有减少产品损失和水消耗的次级子系统的液体处理系统
技术领域
本发明总体上涉及液体处理领域。更具体地说，本发明涉及一种具有若干个分别连接到所述液体处理系统的子系统的次级子系统，使得可以观察和准确预测产品损失和水消耗。
背景技术
液体处理生产线包括前后相互排列设置的多个机器单元。例如，奶制品处理生产线可以包括：例如，分离器，其用于从牛奶中分离诸如灰尘之类的较致密的颗粒；热交换器，其用于通过加热牛奶减少有害微生物的量；以及均化器，其用于使牛奶中的脂肪均匀地分布。
当从一种产品转换到另一种产品时，当启动清洁处理时，或以任何其它方式停止产品处理时，确保尽可能多的收集生产线中的产品是很重要的。因此，当停止产品处理时，用干净的水冲洗系统是常见的。当干净的水与产品混合时，形成了所谓的混合相。只要在这种混合相中的产品含量高于特定的阈值，则将该产品反馈进入生产线，并且当在这种混合相中的产品含量低于该阈值时，则将该混合相输出到排放口。
因此，为了减少产品损失和水消耗，应尽可能很好地定义混合相，即应尽可能缩短从最大产品浓度到只有水的时间。为了实现这个目的，已经提出了不同种类的技术。例如，已经建议使用冰和水的混合物从水中分离出产品，通常被称为冰清管(ice pigging)。此外，已经建议使用诸如橡胶球之类的机械元件保持产品远离水。另一个提出的技术是在用水冲洗之前利用空气把产品吹出。
在某些情况下，例如，当从处理牛奶转换到处理巧克力奶时，可以使用该巧克力奶将该牛奶清扫出处理生产线。之所以这是可能的是因为如果在处理生产线中有残留的牛奶并不破坏巧克力奶。因此，上述提出的用于保持产品与水分离的相同的技术也可以用于保持两种产品分离。
总而言之，停止处理生产线会造成产品损失以及大量的水消耗。已经研发了用于减少这些缺点的不同的技术。然而，问题仍然存在，并且意味着处理产品的成本高，同时由于产品损失和水消耗而产生相当大的负面的环境影响。
发明内容
本发明人已经意识到，可以将液体处理系统划分成若干个子系统，并使相应的次级子系统分别连接到这些子系统，并为这些次级子系统中的每一个测量产品损失和/或水消耗。这种方法的好处是，可以单独优化每个次级子系统，并且可以识别出具有大量水消耗和产品损失的子系统。这种方法的进一步的优点在于，更容易制造可靠的模型并因此预测水消耗和产品损失。
例如，在建立食品处理系统之前，在次级子系统是原位清洗(CIP)子系统的情况下，可以以提高的精确度计算出产品损失和水消耗的量。进一步，当建立食品处理系统时，可以以提高的精确度验证产品损失和水消耗的量。因此，这种模块化的方法使得产品损失更少并减少了水消耗，进而导致占有的总成本降低，还使得与没有使用这种模块化的方法的食品处理系统相比，有可能能够以高精确度预测将要建立的食品处理系统的产品损失和水消耗。
在这个背景下，应广义地解释措辞“液体处理系统”。液体处理系统可以是完整的生产线，该生产线包括一起形成从原料摄入到包装填充的系统的不同的设备。然而，也可以将液体处理系统理解为诸如热交换器之类的单台设备。将单台设备划分成若干个子系统的原因可能是一个部件需要大清洗，而另一个部件需要不大的清洗。
此外，应广义地解释措词“子系统”为该系统的部分。两个子系统可以有重叠的局部。例如，需要大清洗的部分可能属于两个子系统的局部，使得比起没有由两个子系统重叠的其它部分，可以更频繁地清洁这个部分。
根据第一方面，提供了液体处理系统。该液体处理系统包括若干个处理液体产品的子系统，在所述液体产品的处理期间，所述液体产品在所述子系统之间转移。该液体处理系统进一步包括分别能连接到所述子系统的若干个次级子系统，每个次级子系统具有相关联的测量装置，使得由与该液体处理系统的相应的子系统连接的至少一个次级子系统所导致的产品损失或水消耗对于每个次级子系统能够各自测量。
根据进一步方面，提供了液体处理系统。该液体处理系统包括若干个以连续的顺序处理液体产品的子系统，所述液体产品经由管道在所述子系统之间转移，其中若干个次级子系统分别连接到所述子系统，每个次级子系统具有相关联的测量装置，使得可以为每个次级子系统单独测量产品损失和水消耗。
每个次级子系统可以包括一个入口和一个出口。
进一步地，液体处理系统可以包括控制装置，该控制装置设置来控制至少一个所述次级子系统，使得可以最小化所述至少一个所述次级子系统的产品损失和水消耗。
液体处理系统可以包含含有所述若干个次级子系统中的至少一个的水消耗和产品损失的参考数据的数据库，使得如果实际数据与所述参考数据不同则能发出通知。
述液体处理系统可以包含含有所述若干个次级子系统中的至少一个的水消耗和产品损失的历史数据的数据库，使得如果实际数据与所述历史数据不同则能发出通知。
次级子系统可以是原位清洗(CIP)子系统。如果是这样的话，CIP子系统可以包括被设置来捕获清洗参数并将所述清洗参数发送给所述控制装置的监测装置。在这个背景下，清洗参数可以是，例如，在清洗处理中不同步骤的清洗时间、温度、所使用的清洗剂、以及清洗处理的不同步骤的流速。
假若次级子系统是CIP子系统的话，则可以单独为每个CIP子系统设置清洗时间。
此外，同样在次级子系统是CIP子系统的情况下，每个CIP子系统可以配置为通过以下操作来清洗其相应的子系统：在第一步骤中，用干净的水冲洗所述子系统，在第二步骤中，泵送含有清洗剂的清洗液通过所述子系统，并且，在第三步骤中，用干净的水冲洗所述子系统使得清洗剂被去除，其中单独为每个CIP子系统做出从所述第一步骤转换到所述第二步骤的决定。
此外，同样在次级子系统是CIP子系统的情况下，每个CIP子系统可以配置为通过以下步骤来清洗其相应的子系统：在第一步骤中，用干净的水冲洗所述子系统，在第二步骤中，泵送含有清洗剂的清洗液通过所述子系统，并且，在第三步骤中，用干净的水冲洗所述子系统使得清洗剂被去除，其中单独为每个CIP子系统做出从所述第二步骤转换到所述第三步骤的决定。
根据更进一步的方面，提供了一种用于检测在液体处理系统中的低效性的方法，所述液体处理系统包括若干个分别连接到所述子系统的次级子系统，每个次级子系统具有相关联的测量装置。该方法包括利用所述测量装置测量次级子系统的产品损失或水消耗，并将所述产品损失或水消耗与参考数据比较。
该方法可以进一步包括，如果所述产品损失或水消耗与所述参考数据不同，则发出警报。
此外，该方法可以包括将，将所述产品损失或水消耗与历史数据比较，并且如果所述产品损失或水消耗与所述历史数据不同，则发出警报。
在子系统是CIP子系统的情况下，该方法可以进一步包括为至少一个所述CIP子系统捕获清洗参数，以及基于所述清洗参数改变所述至少一个CIP子系统的设置使得可以最小化产品损失和水消耗。
此外，在子系统是CIP子系统的情况下，该CIP子系统可以配置为通过以下步骤来清洗其相应的子系统：在第一步骤中，用干净的水冲洗所述子系统，在第二步骤中，泵送含有清洗剂的清洗液通过所述子系统，并且，在第三步骤中，用干净的水冲洗所述子系统使得清洗剂被去除，其中单独为所述CIP子系统做出从所述第一步骤转换到所述第二步骤的决定。
此外，在子系统是CIP子系统的情况下，该CIP子系统配置为通过以下步骤来清洗其相应的子系统：在第一步骤中，用干净的水冲洗所述子系统，在第二步骤中，泵送含有清洗剂的清洗液通过所述子系统，并且，在第三步骤中，用干净的水冲洗所述子系统使得清洗剂被去除，其中单独为所述CIP子系统做出从所述第二步骤转换到所述第三步骤的决定。
根据另外的方面，提供了一种用于检测在液体处理系统中的低效性的方法。该液体处理系统包括若干个可连接到所述液体处理系统的子系统的次级子系统，每个次级子系统具有相关联的测量装置，从而该方法包括利用所述测量装置测量由与该液体处理系统的相应的子系统连接的至少一个次级子系统所导致的次级子系统的产品损失或水消耗，并将所述产品损失或水消耗与参考数据比较。
附图说明
参考附图，通过本发明的优选的实施方式的以下的说明性的和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的以上所述的以及其它的目的、特征和优点，其中：
图1a总体上示出了在生产状态下的食品处理生产线。
图1b总体上示出了在清洗状态下的食品处理生产线。
图2a总体上示出了在生产状态下的具有次级子系统的食品处理生产线的第一实施方式。
图2b总体上示出了在清洗状态下的具有次级子系统的食品处理生产线的第一实施方式。
图3a总体上示出了在生产状态下的具有次级子系统的食品处理生产线的第二实施方式。
图3b总体上示出了在清洗状态下的具有次级子系统的食品处理生产线的第二实施方式。
图4总体上示出了具有接收装置和储存装置的食品处理系统。
图5总体上示出了生产周期。
具体实施方式
图1a和图1b示出了目前的食品处理系统100的一般的实施例。可以对容纳在罐102中的食品产品在三种不同的设备-第一单元104、第二单元106、第三单元108-中进行的三个处理步骤中进行处理，该三种不同的设备如：分离器、热交换器、均化器或不同的配置的其它食品处理设备。
在图1a中所示的生产状态期间，设置第一阀110使得食品产品能从罐102流向第一单元104。类似地，设置第二阀112使得经处理的食品产品能从第三单元108流向如包装机，在此未示出。
在图1b中所示的在清洗状态期间，设置第一阀110使得容纳在CIP罐114中的水或清洗液能从CIP罐114流向第一单元104。设置第二阀112使得已经流经第一单元104、第二单元106和第三单元108的水或清洗液能经由测量装置116流向排放口或回收系统。进一步地，虽然未示出，但水或清洗液可以在食品处理系统中循环。
正如目前已知的，清洗周期包括三个主要步骤：第一步骤，其中让水冲洗通过系统以便捕获剩余的产品；第二步骤，其中泵送清洗液通过食品处理系统以便除掉诸如污垢、纸浆或纤维之类的沉积物；以及第三步骤，其中让水冲洗通过食品处理系统以便除去清洗液。在这个简化的实施例中，为了说明的目的，仅仅描绘了一个CIP罐114。
在第一步骤期间，当让水冲洗通过食品处理系统时，通过测量装置116测定含有水和剩余产品的混合相中的食品产品的量。只要食品产品的量高于阈值，则将该混合相反馈到该食品处理系统以便减少产品损失。然而，为了说明的目的，没有示出反馈回路。
图2a和图2b示出了具有若干个子系统和相应的CIP子系统的一般的食品处理系统。图2a示出了在生产状态下的一般的食品处理系统以及图2b示出了在清洁状态下的食品处理系统。
如同图1，食品处理系统200可以包括罐202、第一液体处理单元204、第二液体处理单元206、第三液体处理单元208、第一阀210、第二阀212、CIP罐214以及第一测量装置216。然而，与目前图1中所示的食品处理系统和相应的CIP系统不同的是，可以于第二单元206和第三单元208之间放置第三阀218，以及可以于第一单元204和第二单元206之间放置第四阀220。
食品处理系统200通过具有额外的阀，第三阀218和第四阀220，可以划分为三个子系统，使得可以单独清洗第一单元204、第二单元206和第三单元208。虽然未示出，但可以使用反馈回路以便能够使水或清洗液进行循环。因此，单元204、单元206、单元208中的每一个或者单独形成食品处理系统200的独特的子系统，或者连同相关的管道和阀212、阀218、阀220一起形成食品处理系统200的独特的子系统。
可以引入第二测量装置222以便能够测量来自冲洗通过第二单元206的水的混合相中的食品产品的量。类似地，可以引入第三测量装置224以便能够测量来自冲洗通过第一单元204的水的混合相中的食品产品的量。因此，在这个特定的实施例中，通过将食品处理系统200划分为三个子系统204、206、208，并通过测量每个子系统，能够适应单独为每个子系统的清洗。对于这个特定的实施方式，清洗是通过CIP系统完成的。CIP系统是由三个相应的次级子系统234、236、238形成的，其中每个次级子系统至少包括罐214和测量装置216、测量装置222、测量装置224中的一个。任选地，每个次级子系统还可以包括相应的阀212、阀220、阀218，由此次级子系统可以实际上还包括已经包括在处理系统200的子系统中的部件。
对于每个测量装置216、测量装置222、测量装置224，除了测量混合相中的产品的量，也可以测量水消耗。这样，不仅可以测量产品损失还可以测量水消耗并且传达给操作员。在这个实施例中，测量装置216、测量装置222、测量装置224已被示为单个的测量装置，但另一种选择是有若干个测量装置来测量水消耗和产品损失。
图3a和图3b示出了另一种食品处理系统。图3a示出了生产状态以及图3b示出了清洁状态。如同图2a和图2b，食品处理系统300包括罐302、第一液体处理单元304、第二液体处理单元306、第三液体处理单元308、第一阀310、第二阀312、第一测量装置316、第二阀318、第三阀320、第二测量装置322以及第三测量装置324。然而，与在图2a和图2b中所示的食品处理系统不同的是，食品处理系统300包括连接至第一阀310的第一CIP罐314a，使得第一单元304可以使用来自该第一CIP罐314a的水或清洗液进行清洗。类似地，可以使用第二罐314b清洗第二单元306以及可以使用第三罐314c清洗第三单元308。
对食品处理系统300的不同的子系统使用不同的清洗液的优点在于，可以为不同的子系统选择不同的清洗液例如使得只有需要大清洗的子系统需要高浓度。这无论是从成本的角度来看，还是从环境的角度来看都是积极的。
因此，在图3a和图3b中的处理系统与已经参照图2a和图2b描述的处理系统略有不同，如次级子系统334、次级子系统336、次级子系统338中的每个有其自己的与相关的下游测量装置324、测量装置322、测量装置316的组合的罐313a、罐314b、罐314c。
图4示出了包括接收食品产品的接收装置和储存所接收的食品产品的储存装置的食品处理系统400。由于有两个接收站和三个储存罐，所以即使正在使用其它接收站的情况下，也可以清洗与接收站中的一个相关联的第一子系统402。此外，以类似的方式，可以在清洗与储存罐中的一个相关联的第二子系统404的同时，向其它储存罐中的一个送入食品产品。
在图5中示出了生产周期。通常，生产周期包括两个主要阶段，清洗阶段和生产阶段。当从生产阶段转换到清洗阶段时，加入水。水与存在于系统中的产品混合，由此形成产品和水的混合物，通常被称为混合相。为了减少产品的损失，可以测定在混合相中的产品的量并且只要该量高于阈值则将其返回系统。任选地，如果认为水的量过高，则在将该混合相返回系统之前可以将该混合相过滤。
当产品的量低于一定的水平并且没有捕获到产品时，用水冲洗系统。在已经冲洗完系统之后，加入清洗剂，该清洗剂例如碱液和酸。使用清洁剂的步骤可以划分为几个子步骤，例如一个子步骤用碱液以及另一个子步骤用酸。为了除掉剩余的清洗剂，水通过该系统进行冲洗。在除掉所有剩余的清洗剂之后，将产品送入系统。在过渡阶段期间，会有水和产品的混合物，也称为混合相。
虽然已经给出了涉及食品处理的实施例，但是同样的原理也可以适用于诸如化妆品、药品处理或啤酒之类的任何其它液体处理领域。
上述参照几个实施方式已经主要描述了本发明。然而，如本领域普通技术人员可容易理解的是，除了上述所公开的实施方式之外的其它实施方式同样可能落入本发明的由所附的专利的权利要求所限定的范围之内。

Claims (16)

1.一种液体处理系统，其包括：
处理液体产品的若干个子系统(204、206、208、304、306、308)，在所述液体产品的处理期间，所述液体产品在所述子系统(204、206、208、304、306、308)之间传送，
其特征在于：
若干个次级子系统(234、236、238、334、336、338)分别能连接到所述子系统(204、206、208、304、306、308)，每个次级子系统(234、236、238、334、336、338)具有相关联的测量装置(216、222、224、316、322、324)，使得由与所述液体处理系统(200)的相应的子系统(216、222、224、316、322、324)连接的至少一个次级子系统(234、236、238、334、336、338)所导致的产品损失或水消耗对于每个次级子系统(234、236、238、334、336、338)能够各自测量。
2.根据权利要求1所述的液体处理系统，其中所述若干个子系统(216、222、224、316、322、324)以连续的顺序处理所述液体产品，并且其中所述若干个次级子系统(234、236、238、334、336、338)连接到所述子系统(216、222、224、316、322、324)。
3.根据权利要求1或2所述的液体处理系统，其中每个次级子系统(234、236、238、334、336、338)包括一个入口和一个出口。
4.根据前述权利要求中的任何一项所述的液体处理系统，其进一步包括：
控制装置，该控制装置被设置来控制至少一个所述次级子系统(234、236、238、334、336、338)，使得能够最小化所述至少一个所述次级子系统(234、236、238、334、336、338)的产品损失和水消耗。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的液体处理系统，其进一步包括：
含有所述若干个次级子系统(234、236、238、334、336、338)中的至少一个的水消耗和产品损失的参考数据的数据库，使得如果实际数据与所述参考数据不同则能发出通知。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的液体处理系统，其进一步包括：
含有所述若干个次级子系统(234、236、238、334、336、338)中的至少一个的水消耗和产品损失的历史数据的数据库，使得如果实际数据与所述历史数据不同则能发出通知。
7.根据权利要求4所述的液体处理系统，其中所述次级子系统(234、236、238、334、336、338)是原位清洗(CIP)子系统，其进一步包括：
被设置来捕获清洗参数并将所述清洗参数发送给所述控制装置的监测装置。
8.根据前述权利要求中的任何一项所述的液体处理系统，其中所述次级子系统(234、236、238、334、336、338)是原位清洗(CIP)子系统，其中单独为每个CIP子系统设置清洗时间。
9.根据前述权利要求中的任何一项所述的液体处理系统，其中所述次级子系统(234、236、238、334、336、338)是原位清洗(CIP)子系统，其中每个CIP子系统被配置为通过以下步骤来清洗其相应的子系统(216、222、224、316、322、324)：在第一步骤中，用干净的水冲洗所述子系统(216、222、224、316、322、324)，在第二步骤中，泵送含有清洗剂的清洗液通过所述子系统(216、222、224、316、322、324)，并且，在第三步骤中，用干净的水冲洗所述子系统(216、222、224、316、322、324)使得清洗剂被去除，其中单独为每个CIP子系统(234、236、238、334、336、338)做出从所述第一步骤转换到所述第二步骤的决定。
10.根据前述权利要求中的任何一项所述的液体处理系统，其中所述次级子系统(234、236、238、334、336、338)是原位清洗(CIP)子系统，其中每个CIP子系统被配置为通过以下步骤来清洗其相应的子系统(216、222、224、316、322、324)：在第一步骤中，用干净的水冲洗所述子系统(216、222、224、316、322、324)，在第二步骤中，泵送含有清洗剂的清洗液通过所述子系统(216、222、224、316、322、324)，并且，在第三步骤中，用干净的水冲洗所述子系统(216、222、224、316、322、324)使得清洗剂被去除，其中单独为每个CIP子系统(234、236、238、334、336、338)做出从所述第二步骤转换到所述第三步骤的决定。
11.一种用于检测在液体处理系统中的低效性的方法，所述液体处理系统包括能连接到所述液体处理系统的子系统(216、222、224、316、322、324)的若干个次级子系统(234、236、238、334、336、338)，每个次级子系统(234、236、238、334、336、338)具有相关联的测量装置，
所述方法包括：
利用所述测量装置测量由与所述液体处理系统(200)的相应的子系统(216、222、224、316、322、324)连接的至少一个次级子系统(234、236、238、334、336、338)所导致的次级子系统(234、236、238、334、336、338)的产品损失或水消耗，以及
将所述产品损失或水消耗与参考数据比较。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
如果所述产品损失或水消耗与所述参考数据不同，则发出警报。
13.根据权利要求11或12中的任何一项所述的方法，其进一步包括：
将所述产品损失或水消耗与历史数据比较，并且
如果所述产品损失或水消耗与所述历史数据不同，则发出警报。
14.根据权利要求11至13中的任何一项所述的方法，其中所述次级子系统(234、236、238、334、336、338)是CIP子系统，其进一步包括：
为所述CIP子系统(234、236、238、334、336、338)中的至少一个捕获清洗参数，以及
基于所述清洗参数改变所述CIP子系统(234、236、238、334、336、338)中的所述至少一个的设置使得能够最小化产品损失和水消耗。
15.根据权利要求11至14中的任何一项所述的方法，其中所述次级子系统(234、236、238、334、336、338)是CIP子系统，其中所述CIP子系统(234、236、238、334、336、338)被配置为通过以下步骤来清洗其相应的子系统(216、222、224、316、322、324)：在第一步骤中，用干净的水冲洗所述子系统(216、222、224、316、322、324)，在第二步骤中，泵送含有清洗剂的清洗液通过所述子系统(216、222、224、316、322、324)，并且，在第三步骤中，用干净的水冲洗所述子系统(216、222、224、316、322、324)使得清洗剂被去除，其中单独为所述CIP子系统(234、236、238、334、336、338)做出从所述第一步骤转换到所述第二步骤的决定。
16.根据权利要求11至15中的任何一项所述的方法，其中所述次级子系统(234、236、238、334、336、338)是CIP子系统，其中所述CIP子系统(234、236、238、334、336、338)被配置为通过以下步骤来清洗其相应的子系统(216、222、224、316、322、324)：在第一步骤中，用干净的水冲洗所述子系统(216、222、224、316、322、324)，在第二步骤中，泵送含有清洗剂的清洗液通过所述子系统(216、222、224、316、322、324)，并且，在第三步骤中，用干净的水冲洗所述子系统(216、222、224、316、322、324)使得清洗剂被去除，其中单独为所述CIP子系统(234、236、238、334、336、338)做出从所述第二步骤转换到所述第三步骤的决定。
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