CN111511474A - 用于分离牛奶的分离器和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于将生乳(RM)分离为脱脂乳相(SM)，乳脂相(CR)和包含固体杂质的喷射相(SI)的分离器(101)。分离器包括喷射口(104)，其布置在所述分离器的外围(105)处以喷射出所述喷射相。旋风分离器(106)连接到喷射口以接收所述喷射相并使其降低速度，并且容器(107)与所述旋风分离器(106)的喷射(112)相出口流体连通，以接收并收集来自所述旋风分离器的喷射相。旋风分离器包括通向大气的端口(108)，使得当将所述喷射相从所述分离器喷射到所述旋风分离器中时，在所述旋风分离器中产生的压力累积被释放。

Description

用于分离牛奶的分离器和方法
技术领域
本发明涉及一种用于将生乳分离为脱脂乳相，乳脂相和包含固体杂质的喷射相的分离器，以及相关方法。
背景技术
在离心力的作用下将生乳分离成不同密度的不同相的分离器称为离心分离器。将生乳(raw milk)引入离心分离器的旋转圆盘堆叠中。在离心力的影响下，生乳中较重的沉淀物和较轻的脂肪球在分离通道中开始根据其相对于脱脂乳的密度分别径向向外和向内沉降。牛奶中的高密度固体杂质将朝着分离器的外围向外沉降，并聚集在沉淀空间中。在沉积空间中收集的固体可能包括稻草和毛发，乳房细胞，白血球(白细胞)，红血球，细菌等。乳脂(即脂肪球)的密度低于脱脂乳，因此会朝向分离器的旋转轴在通道中向内移动。乳脂继续流向轴向出口，脱脂乳向外移动到圆盘堆叠之外的空间，然后从那里移动至脱脂乳出口。图1是示意图，其显示了生乳(RM)如何进入分离器10的离心机转筒(centrifuge bowl)11，以及随后在离心机转筒11的顶部分离脱脂乳相(SM)和乳脂相(CR)，以及从离心机转筒11的外围(periphery)喷射出喷射相(SI)中的固体杂质。喷射相(SI)在旋风分离器(cyclone)12中减速并通过管道13输送到收集容器14。泵15连接到容器14，以从收集容器14排出喷射相(SI)。先前的分离器既要在预期的使用寿命内维持预期的功能方面需要大量维护，又要满足各种卫生要求。因此，由于这些先前的分离器通常笨重地设置，对于这些目的以及工厂不动产也需要大量资源。
因此，使用改进的分离器是有利的，特别是允许避免至少一些上述问题和折衷，包括提供对在分离器的旋风分离器中喷射的生乳杂质的喷射相的更有效处理。另外，期望这样的分离器更卫生地处理喷射相，更少的维护以及更小的占地面积。
发明概述
因此，本发明的示例优选地通过提供根据所附专利权利要求的装置单独地或以任何组合的方式来试图减轻，缓解或消除本领域中的一个或多个缺陷，缺点或问题(例如上述的缺陷，缺点或问题)。
根据第一方面，提供了一种分离器，其用于将生乳分离为脱脂乳相，乳脂相和包含固体杂质的喷射相。分离器包括离心机转筒，该离心机转筒包括用于生乳的入口和用于脱脂乳相和乳脂相的出口。离心机转筒包括喷射口，该喷射口布置在离心机转筒的外围以从离心机转筒喷射出喷射相。分离器包括：旋风分离器(cyclone)，其连接至喷射口以接收从离心机转筒中喷射出的喷射相并使其减速；以及容器，其与旋风分离器的喷射相出口流体连通，以接收并收集来自旋风分离器的喷射相。旋风分离器包括通向大气的端口，从而当喷射相从离心机转筒喷射入旋风分离器时，释放在旋风分离器中产生的压力累积。
根据第二方面，提供了一种将生乳分离为脱脂乳相，乳脂相和包含固体杂质的喷射相的方法。该方法包括：将生乳接收到离心机转筒中；将喷射相通过喷射口从离心机转筒喷射出；将从离心机转筒喷出的喷射相接收入连接到喷射口的旋风分离器中，并在其中使喷射相减速；以及当喷射相通过通向大气的旋风分离器中的端口从离心机转筒喷射入旋风分离器中时，释放在旋风分离器中产生的压力累积。
在从属权利要求中定义了本发明的其他示例，其中可以针对第二方面实现第一方面的特征，反之亦然。
使用具有通向大气的端口的旋风分离器的优点在于，它减少了可能从旋风分离器传递的压力波动，从而减小了振动。
本公开的一些示例提供了更有效地处理在分离器的旋风分离器中喷射的生乳杂质。
本公开的一些示例提供了具有较小占地面积的分离器。
本公开的一些示例提供了对在分离器的旋风分离器中喷射的生乳杂质的更卫生的处理。
本公开的一些示例提供了更稳固耐用(robust)的分离器。
本公开的一些示例提供了需要较少维护的分离器。
本公开的一些示例提供了延长使用寿命的分离器。
附图简要说明
参考附图，从下面对本发明的示例的描述中，本发明的示例能够实现的这些和其他方面，特征和优点将变得显而易见并得到阐明，在附图中。
图1是根据现有技术的用于将生乳分离为脱脂乳相，乳脂相和喷射相(SI)的分离器的示意图；
图2是根据本公开的示例的分离器的示意图，该分离器包括离心机转筒，旋风分离器和容器；
图3是根据本公开的示例的分离器的旋风分离器的示意图；和
图4是根据本公开的示例的用于将生乳分离为脱脂乳相，乳脂相和喷射相的方法的流程图。
发明详述
现在将参考附图描述本发明的具体实例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实例。相反，提供这些实例是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在附图中示出的实例的详细描述中使用的术语并不旨在限制本发明。在附图中，相同的标号表示相同的元件。
图2是用于将生乳(RM)分离为脱脂乳相(SM)，乳脂相(CR)和包含固体杂质(SI)的喷射相(SI)的分离器100的示意图。分离器100包括离心机转筒101。离心机转筒101包括用于生乳(RM)的入口102和分别用于脱脂乳相(SM)和乳脂相(CR)的出口103、103′。离心机转筒101包括布置在离心机转筒101的外围105处的喷射口104。喷射口104从离心机转筒101喷射出喷射相(SI)。喷射口104可构造成短时间打开。并以预定的频率打开，以便定期从离心机转筒101中排空在外围(即在沉淀物空间处)收集的杂质。分离器100包括旋风分离器106，旋风分离器106连接至喷射口104，以接收从离心机转筒101中喷射出的喷射相(SI)并使其减速。因此，旋风分离器106吸收经由喷射口104离开离心机转筒101的喷射相(SI)的能量冲击(the chock of energy)。喷射口104可以在旋风分离器106的切线方向上成角度，从而喷射相(SI)可以沿着旋风分离器106的壁的内曲率以一定轨迹减速，该旋风分离器原则上具有圆柱体的总体形状。
分离器100包括与旋风分离器106的喷射相出口112流体连通的容器107，以接收并收集来自旋风分离器106的喷射相(SI)。因此，喷射相(SI)在旋风分离器106中减速后聚集在容器107中。，容器107可以通过如图2所示例地附接到旋风分离器106而与旋风分离器106流体连通，或者以其他方式布置使得流体喷射相(SI)可以从旋风分离器106中流到容器107中，例如如图3所示，其中喷射相出口112延伸到容器107的至少一部分中。
在本文中，两个部件(例如旋风分离器106和容器107)之间的“流体连通”是指部件被布置成使得液体能够在部件之间流动。部件可以彼此直接连接，或者可以彼此相邻定位且彼此之间具有间隔，只要液体可以在部件之间流动。
旋风分离器106包括通向大气的端口108，使得当喷射相(SI)从离心机转筒101喷射入旋风分离器106中时，在旋风分离器106中产生的压力累积被释放。通向大气的端口108应被解释为与周围空间气态连通的端口108，当喷射相(SI)被喷射到旋风分离器106中时，旋风分离器106的一定量的气体可以释放到周围空间中，以最小化或降低旋风分离器106中的瞬时压力增加。喷射到旋风分离器106中的杂质的短脉冲在旋风分离器106的内部产生压力脉冲。旋风分离器106的端口108通向大气，使得由脉冲产生的压力积累可以通过端口108逸出的事实允许减少旋风分离器106本身吸收的压力波动。由此可以减少旋风分离器106中与这种波动相关的振动。旋风分离器106中减少的振动量允许容易处理喷射相(SI)和提供更紧凑的分离器100。例如，在现有技术的分离器系统10中，如图1所示，在其中输送有喷射相(SI)的容器14必须使其容积相当大的一部分的大小能吸收从旋风分离器12经由管道12喷射到容器14中的压力脉冲。因此，在先前的方案中，容器14的体积必须大得多，例如是在目前描述的分离器100中的容器107的体积的两倍，例如80升相比于40升。节省的空间允许更灵活地放置分离器100，例如允许更容易适应不同的生产线并根据需要进行修改。此外，由于先前解决方案中的旋风分离器12以及与之连接的部件(例如输送管13)中的剧烈振动，必须在容器14的开口处具有空间16，在该空间中管13可以由于这种振动而振荡。由于在容器14中的流体中由喷射到容器14中的压力脉冲产生的湍流，流体喷射相(SI)可以通过该空间16逸出。这需要更多的维护并且较不卫生。
如上所述，使旋风分离器106具有通向大气的端口108，从而允许较早地吸收分离器100中的压力脉冲，避免了如先前方案中遇到的分离器系统下游的压力梯度和振动问题。因此，具有通向大气的端口108的旋风分离器106可以更卫生地处理喷射入旋风分离器106的生乳杂质，并且使得分离器100更为紧凑。减少的振动还可以最大程度地降低机械故障的风险并延长分离器100的使用寿命。提供了需要更少维护的更稳固耐用的分离器100。
图4示出了用于将生乳(RM)分离成脱脂乳相(SM)，乳脂相(CR)和包含固体杂质(SI)的喷射相(SI)的方法200的流程图。描述和示例说明的方法200的步骤的顺序不应被解释为限制性的，并且可以想到的是，可以以变化的顺序执行步骤。方法200包括201将生乳(RM)接收到离心机转筒101中，以及202通过喷射口104从离心机转筒101中喷射出喷射相(SI)。方法200还包括203将从离心机转筒101喷出的喷射相(SI)接收入连接至喷射口104的旋风分离器106中并使其减速，以及204当喷射相(SI)通过通向大气的旋风分离器106中的端口108从离心机转筒101喷射入旋风分离器106中时，释放在旋风分离器106中产生的压力累积，如上所述。因此，方法200提供了如上关于分离器100和图2所述的有利益处。也就是说，方法200允许更有效地处理喷射入在分离器100的旋风分离器106中的生乳杂质的喷射相(SI)，更卫生地处理喷射相(SI)，提供需要更少的维护以及更小的占地面积的这种分离器100。
回到图2和图3的实例，容器107可以布置在旋风分离器106的下部109，并且端口108可以布置在相对的旋风分离器106的上部110。因此，喷射相(SI)可以收集在下部109处，而不会干扰通过端口108的气体压力出口。因此，可以最小化阻塞端口108的风险并且可以确保更稳固的性能。端口108可以同心地布置在旋风分离器106中，即在旋风分离器的中心轴线123处或附近，如图2中示意性所示。端口108和旋风分离器106的外围(连接喷射口104的位置处)之间的径向距离因此可以被最大化。因此，在旋风分离器106的外围处的喷射相(SI)中的固体杂质的喷射具有最小化的干扰端口108的风险。然而，可以想到的是，端口108可以布置在旋风分离器106的其他部分，同时允许释放所描述的压力累积。例如，端口108可布置在旋风分离器106的侧部，同时通过诸如在旋风分离器106内部的凸缘(未示出)之类的屏蔽结构防止喷射相(SI)流到端口108。
容器107可以在旋风分离器106下方相对于旋风分离器106垂直对齐，使得喷射相(SI)可以在重力的影响下聚集在容器107中，如图2和图3所示(图3仅示出了容器107的一部分)。这提供了紧凑的分离器100，因为喷射相(SI)可以直接从旋风分离器106流到容器107中。旋风分离器106没有振动或振动最小化因此允许容器107相对于旋风分离器106方便且更灵活的定位，归因于对容器自身中的振动适应结构或压力吸收体积的需求的减少。分离器100的减小的占地面积提供了在生产线上的容易且资源高效的集成。图2-3示出了相对于旋风分离器106的中心轴线123同心对准的容器107。然而，容器107可以布置在旋风分离器106的其他部分同时允许在重力的影响下将喷射相(SI)收集在容器107中，例如偏离中心轴线123。
分离器100可包括连接至端口108的导管111，如图2和图3所示。导管111可从平行于旋风分离器106的中心轴线123的方向123(由于端口108的同心布置，在图2的示例中是重叠的)偏转。如果喷射相(SI)的任何流体将通过端口108离开旋风分离器106，则它将通过导管111偏转并收集。这进一步促进了对分离器100中的喷射相(SI)的卫生处理。导管111仍具有通向大气的开口，以释放在旋风分离器106中产生的压力脉冲。
旋风分离器106的喷射相出口112的通流面积(through-flow area)可以小于端口108的通流面积。这有助于通过端口108释放压力脉冲，从而使旋风分离器106的振动最小化，而喷射相(SI)可以通过喷射相出口112流到容器107中，而压力脉冲通过端口108逸出的影响最小化。在图2中示意性地示出与端口108的通流面积相比减小了的喷射相出口112的通流面积。在图3的示例中，还通过如下所述的限流器113减小了喷射相出口112的通流面积。
在一个示例中，旋风分离器106的喷射相出口112的通流面积可以小于端口108的通流面积的20％。这可以提供对压力脉冲的特别有效的衰减以及喷射相(SI)流入容器107的足够的流速。但是可以想到的是，喷射相出口112的通流面积和端口108的通流面积之间的比率可以采用其他值，以针对变化的条件和分离器100的布置进行优化。在一些示例中，旋风分离器106的喷射相出口112的通流面积可以例如小于端口108的通流面积的10％或小于5％。
喷射相出口112可以包括限流器113，该限流器被布置成将经过喷射相出口112的喷射相(SI)的流量设置为预定速率。图3示出了这种限流器113的示意性示例。限流器113可以具有变化的形状和尺寸，以实现喷射相(SI)流入容器107内的期望流速。如上所述，这种优化允许获得对压力脉冲的有效衰减以及喷射相(SI)进入容器107的必要流速。
喷射相出口112可以包括延伸到容器107的至少一部分中的凸缘(flange)114，如图3的示例中示意性示出的。因此，可以确保离开旋风分离器106的喷射相(SI)确实流入容器107中，即使在旋风分离器106和容器107之间存在水平的相对运动时亦如此。凸缘114可以是围绕喷射相出口112的环形结构。可以想到的是，可以将其他结构布置在喷射相出口112处，延伸到容器107的至少一部分中，这限制了容器107和旋风分离器106相对于彼此的位移。然而，凸缘114在确保根据需要将喷射相(SI)输送到容器107中时可能是特别有利的。
分离器100可包括通向大气的溢流通道115，该溢流通道115布置在凸缘114和容器107之间，从而允许喷射相(SI)经由溢流通道115离开容器107。图3示意性地示出了这种溢流通道115，其允许在发生故障的情况下从容器107中喷射出喷射相(SI)，从而不会根据需要排空容器107。因此避免了在旋风分离器106中积累喷射相(SI)的风险。后者在将喷射相(SI)喷射到旋风分离器106期间可能是特别有害的。溢流通道115因此提供了在分离器100的操作过程中增加的安全性。溢流通道115通向大气应该解释为：向喷射相(SI)可能流入其中的周围空间开放，从而不超过容器107中的喷射相(SI)流体的最大液位，即直至溢流通道115的垂直位置。
如图3所示，溢流通道115可以垂直地布置在凸缘114的最下部分117上方。最上部分116或容器107垂直地位于凸缘114的最下部分117上方。当容器107没有被填充到溢流通道115的垂直位置时，喷射相(SI)从溢流通道115流出的风险因此可以被最小化。即防止了直接从喷射相出口112流到溢流通道115的流动。这进一步促进了分离器100中的喷射相(SI)的卫生处理。
旋风分离器106和在喷射相出口112处的凸缘114可以相对于容器107自由移动。因此，可以将凸缘114和容器107的尺寸定制为在凸缘114和容器107之间提供允许于其间相对运动的空间，以及上述用于溢流通道115的空间。因此，任何振动都可以容纳在所述空间中，这进一步使旋风分离器106下游发生任何不希望的振荡的风险最小化。
在图2的示例中还示出了容器107的溢流通道115'。在这种情况下，当容器107连接到旋风分离器106时，溢流通道115'可以包括在容器107中的开口，该开口在垂直方向上邻近并低于喷射相出口112。
分离器100可以包括清洁单元118，该清洁单元118布置在端口180和喷射相出口112附近，如图2中示意性所示。这允许有效地清洁分离器100，并使不希望的污染物积聚的风险最小化。清洁单元118可以包括第一清洁设备和第二清洁设备，例如CIP(就地清洁设备)。CIP设备可以包括旋转设备，该旋转设备被配置为在其附近喷射清洁流体，例如水。第一和/或第二清洁设备可以布置成距离端口180和/或喷射相出口112不到20cm，以提供特别有效的清洁操作。清洁设备可用于图3所示的实施例。
分离器100可以包括在其下部120处连接到容器107的泵119，用于从容器107排出喷射相(SI)，如图2中示意性所示。泵119可以通过柔性导管121连接到容器107。在容器107直接附接到旋风分离器106的情况下，任何振动因此可以通过柔性导管121被进一步有效地衰减和吸收。图3的实施例可以减少甚至消除从旋风分离器106到容器107的振动。柔性导管仍可用于图3的实施例。
容器107可包括传感器122、122'，其布置成检测容器107中的喷射相(SI)的水平以触发喷射相(SI)从容器107经由连接到容器107的泵119排出。图1-2示意性地示出了这样的传感器122、122'，其被布置在容器107的较低高度和较高高度处。因此，当喷射相(SI)在容器的垂直方向上到达上部传感器122时，可以触发泵119以从容器中喷射出喷射相(SI)。因此，可以进一步确保分离单元100的有效和安全的操作。
上面已经参考具体示例描述了本发明。然而，在本发明的范围内，除了上述以外的其他示例同样是可能的。本发明的不同特征和步骤可以以不同于那些描述的其他组合来组合。本发明的范围仅由所附专利权利要求书限制。

Claims (15)

1.一种分离器(100)，其用于将生乳(RM)分离为脱脂乳相(SM)，乳脂相(CR)和包含固体杂质(SI)的喷射相(SI)，该分离器(100)包括
离心机转筒(101)，包括
用于所述生乳(RM)的入口(102)和用于所述脱脂乳相(SM)和所述乳脂相(CR)的出口(103、103')，
喷射口(104)，其布置在所述离心机转筒(101)的外围(105)处，以从所述离心机转筒(101)中喷射出所述喷射相(SI)，
旋风分离器(106)，其连接到所述喷射口(104)以接收从所述离心机转筒(101)喷射出的所述喷射相(SI)并使其减速，
容器(107)，其与所述旋风分离器(106)的喷射相出口(112)流体连通，以接收和收集来自所述旋风分离器(106)的所述喷射相(SI)，其中
所述旋风分离器(106)包括通向大气的端口(108)，用于当所述喷射相(SI)从所述离心机转筒(101)喷射到所述旋风分离器(106)时释放在所述旋风分离器(106)中产生的压力累积。
2.根据权利要求1所述的分离器，其中，所述容器(107)布置在所述旋风分离器(106)的下部(109)，并且所述端口(108)布置在相对的所述旋风分离器(106)的上部(110)。
3.根据权利要求1或2所述的分离器，包括连接至所述端口(108)的导管(111)，其中，所述导管(111)从平行于所述旋风分离器(106)的中心轴线(123)的方向偏转。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的分离器，其中，所述旋风分离器(106)的喷射相出口(112)的通流面积小于所述端口(108)的通流面积。
5.根据权利要求4所述的分离器，其中，所述旋风分离器(106)的所述喷射相出口(112)的通流面积小于所述端口(108)的通流面积的20％。
6.根据权利要求4或5所述的分离器，其中，所述喷射相出口(112)包括限流器(113)，所述限流器被布置成将经过所述喷射相出口(112)的所述喷射相(SI)的流量设定为预定速率。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的分离器，其中，所述容器(107)在所述旋风分离器(106)下方相对于所述旋风分离器(106)垂直对齐，使得所述喷射相(SI)能在重力的影响下聚集在所述容器(107)中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的分离器，其中，所述喷射相出口(112)包括延伸到所述容器(107)的至少一部分中的凸缘(114)。
9.根据权利要求8所述的分离器，其中，在所述凸缘(114)和所述容器(107)之间布置有通向大气的溢流通道(115)，使得所述溢流通道(115)允许所述喷射相(SI)通过所述溢流通道(115)离开所述容器(107)。
10.根据权利要求9所述的分离器，其中，所述溢流通道(115)竖直地布置在所述凸缘(114)的最下部分(117)上方。
11.根据权利要求9或10所述的分离器，其中，所述旋风分离器(106)和在所述喷射相出口(112)处的所述凸缘(114)能相对于所述容器(107)自由移动。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的分离器，包括清洁单元(118)，所述清洁单元(118)邻近所述端口(180)和所述喷射相出口(112)布置。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的分离器，包括泵(119)，所述泵(119)在所述容器(107)的下部(120)处连接至所述容器(107)，用于从所述容器(107)排出所述喷射相(SI)，其中所述泵(119)通过柔性导管(121)连接到所述容器(107)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的分离器，其中，所述容器(107)包括传感器(122、122')，所述传感器(122、122')布置成检测所述容器(107)中的喷射相(SI)的水平以触发所述喷射相(SI)从所述容器(107)经由连接到所述容器(107)的泵(119)排出。
15.一种用于将生乳(RM)分离为脱脂乳相(SM)，乳脂相(CR)和包含固体杂质(SI)的喷射相(SI)的方法(200)，该方法(200)包括
(201)将所述生乳(RM)接收入离心机转筒(101)中，
(202)将所述喷射相(SI)通过喷射口(104)从所述离心机转筒(101)喷出，
(203)将从所述离心机转筒(101)喷出的所述喷射相(SI)接收入连接到所述喷射口(104)的旋风分离器(106)中，并在其中使所述喷射相(SI)减速，以及
(204)当所述喷射相(SI)通过通向大气的旋风分离器(106)中的端口(108)从所述离心机转筒(101)喷射入所述旋风分离器(106)中时，释放在所述旋风分离器(106)中产生的压力累积。
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