CN114887356B - 一种除泡设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种除泡设备及方法，该设备包括第一罐体，第一罐体内设有雾化器和壁面引流除泡板，雾化器位于壁面引流除泡板上方，壁面引流除泡板包括若干引流板，壁面引流除泡板呈螺旋阶梯至上而下设置，并连接于第一罐体内壁，待除泡物料经雾化器雾化喷射于第一罐体内壁，并在重力下沿壁面引流除泡板引流至第一罐体底部。本发明通过雾化器的细小孔径挤压以及压力变化除去大泡，然后利用物料在重力作用下在壁面引流除泡板流下，在阶梯上反复拍打机械碰撞，将剩余的大部分气泡破碎，能够明显降低物料的含气泡率，该除泡设备结构简单、设计巧妙、结构合理、生产效率高，适用于高粘度流体或半固体等不易除泡的物料，显著提升此类物料的除泡速率和效率。
Description
技术领域
本发明涉及食品、饮料及乳制品生产设备领域，特别是一种除泡设备及方法。
背景技术
在食品、饮料、乳制品生产时由于设备的搅拌、运转卷入大量空气，这些气体难以逸出，则会产生泡沫；部分食品，饮料和液体乳制品物料中本身含有的气泡并且具有易于发泡的特性；在饮料罐装时，由于罐装速度较快引起机械冲击，容易导致泡沫产生，在乳制品的加工过程中也会遇到类似问题。若产生的泡沫和内部气泡过多，会影响产品品质、降低生产效率并且缩短设备使用寿命。泡沫和内部气泡严重影响饮料产品的品尝口感，降低产品外观的美度，产生质量问题；会大幅延缓生产进度，降低生产效率；物料含有的泡沫和气泡某些特定生产加工环节中会产生空穴现象，并破坏设备内部结构。因此在食品、饮料和乳制品生产过程中消除物料的泡沫和含有的气泡是十分必要的。
在食品饮料行业现阶段采用的除泡方法为：
1、添加除泡剂去除泡沫，此方法运用简单，常用的食品消泡剂主要是油脂类、乳化硅油，但添加剂的运用也会改变食品的成分，增加了食品标签添加剂内容，无法达到清洁标签的目的，并降低消费者对配料表的满意度；
2、搅拌、过滤、离心等物理除泡，此类方法除泡速率慢、效率较低，并且只能用于低粘度流体，应用生产场景有限；
3、超声波振动除泡能除去液体中部分泡沐，但对于高粘度流体或半固体的除泡率较低；
4、单独利用对物料真空除泡的方法，只能去除物料表层泡沫，对于流体或半固体内部含有的气泡去除效果差，对高粘度流体的除泡效果不理想。
以上的方法对于高粘度流体或半固体的食品、饮料和乳制品生产环节中的除泡工艺并不适用。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的现有除泡方法对高粘度流体或半固体的食品、饮料和乳制品除泡较为困难，效果不好，效率低的问题，提供一种除泡设备及方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种除泡设备，包括第一罐体，所述第一罐体内设有雾化器和壁面引流除泡板，所述雾化器位于所述壁面引流除泡板上方，所述壁面引流除泡板包括若干引流板，所述壁面引流除泡板呈螺旋阶梯至上而下设置，并连接于所述第一罐体内壁，待除泡物料经所述雾化器雾化喷射于所述第一罐体内壁，并在重力下沿所述壁面引流除泡板引流至所述第一罐体底部。
所述壁面引流除泡板的除泡原理类似于揉面以及将面团拍打于案板上排除面团中的空气的原理。
采用本发明所述的一种除泡设备，通过所述雾化器的细小孔径挤压以及压力变化除去大泡，然后利用物料在重力作用下在所述壁面引流除泡板至上而下的流下，在阶梯上反复拍打的机械碰撞，将剩余的大部分气泡破碎，能够明显降低物料的含气泡率，该除泡设备结构简单、设计巧妙、结构合理、生产效率高，特别适用于高粘度流体或半固体等不易除泡的物料，能显著提升此类物料的除泡速率和效率。
优选地，该除泡设备还包括第二罐体和负压系统，所述负压系统连接于所述第二罐体顶部，对所述第二罐体产生真空，所述第二罐体侧壁设有切向进液弯头，所述切向进液弯头和所述第一罐体底部连接有第一管道，所述第一管道连通所述第一罐体和所述第二罐体，所述第一管道上设有第一输送泵，所述第一罐体底部物料经所述切向进液弯头喷出，在所述第二罐体中产生离心旋流，并在重力下流至所述第二罐体底部。
采用这种结构设置，通过所述切向进液弯头喷洒物料在所述第二罐体中产生离心旋流，通过所述负压系统在所述第二罐体中产生真空负压，离心旋流状态下的物料在离心力的作用下，物料中的泡沫和所含气泡上浮至物料上层，并在真空负压作用下破碎，进一步提升了物料的除泡效率。
进一步优选地，所述第二罐体上设有压力表，通过所述压力表监测所述第二罐体的压力值，能够设定真空度压力值，使所述负压系统来匹配该压力值。
进一步优选地，所述负压系统包括第一钢丝除沫器、第一进气阀和真空泵，所述第一钢丝除沫器设于所述第二罐体内，所述第一钢丝除沫器通过第二管道连接所述真空泵，所述第二管道上设置所述第一进气阀。
采用这种结构，所述真空泵能够抽取空气使所述第二罐体达到真空除泡的工作状态，形成负压除泡环境。
进一步优选地，所述负压系统还包括第二钢丝除沫器、第二进气阀和空气过滤器，所述第二钢丝除沫器设于所述第二罐体内，所述第二钢丝除沫器通过第三管道连接所述空气过滤器，所述第三管道上设置所述第二进气阀。
采用这种结构，所述第二进气阀和所述空气过滤器的配合来通入空气调节所述第二罐体内部的压力。
进一步优选地，该除泡设备还包括物料罐，所述待除泡物料设于所述物料罐中，所述物料罐底部和所述雾化器通过第四管道连通，所述第四管道上设有第二输送泵。
进一步优选地，该除泡设备还包括接收罐，所述接收罐与所述第二罐体底部通过第五管道连通，所述第五管道上设有第三输送泵。
进一步优选地，该除泡设备还包括控制系统，所述控制系统电性连接所述负压系统、所述第一输送泵、所述第二输送泵和所述第三输送泵。
优选地，所述雾化器上设有若干个雾化喷头，所有所述雾化喷头沿所述第一罐体周向均匀分布。
本发明还提供了一种除泡方法，使用所述的除泡设备，该方法包括以下步骤：
待除泡物料经所述雾化器雾化喷射于所述第一罐体内壁，待除泡物料中的大气泡在压力和所述雾化器细小孔径挤压下破碎除去；
雾化处理后的物料在重力作用下由所述第一罐体内壁流至所述壁面引流除泡板，并由所述壁面引流除泡板至上而下引流至所述第一罐体底部，在螺旋阶梯上持续产生机械碰撞，雾化处理后的物料中的体积较大的气泡经过机械碰撞后破碎或分裂为体积较小的气泡；
物料通过所述切向进液弯头进入，在所述第二罐体中产生离心旋流下落，过程中物料中的泡沫和所含气泡在离心力的作用下上浮至物料上层，并在真空负压作用下破碎。
采用本发明所述的一种除泡方法，通过所述雾化器挤压和所述壁面引流除泡板拍打进行一级除泡，然后联动所述切向进液弯头和所述负压系统进行离心真空二级除泡，能够极大提高高粘度流体或半固体等不易除泡的物料的除泡速率和效率，该方法步骤简单，操作方便，除泡效果好。
综上所述，由于采用了上述技术方案，有益效果是：
1、本发明所述的一种除泡设备，通过所述雾化器的细小孔径挤压以及压力变化除去大泡，然后利用物料在重力作用下在所述壁面引流除泡板至上而下的流下，在阶梯上反复拍打的机械碰撞，将剩余的大部分气泡破碎，能够明显降低物料的含气泡率，该除泡设备结构简单、设计巧妙、结构合理、生产效率高，特别适用于高粘度流体或半固体等不易除泡的物料，能显著提升此类物料的除泡速率和效率；
2、本发明优选的一种除泡设备，通过所述切向进液弯头喷洒物料在所述第二罐体中产生离心旋流，通过所述负压系统在所述第二罐体中产生真空负压，离心旋流状态下的物料在离心力的作用下，物料中的泡沫和所含气泡上浮至物料上层，并在真空负压作用下破碎，进一步提升了物料的除泡效率；
3、本发明所述的一种除泡方法，通过所述雾化器挤压和所述壁面引流除泡板拍打进行一级除泡，然后联动所述切向进液弯头和所述负压系统进行离心真空二级除泡，能够极大提高高粘度流体或半固体等不易除泡的物料的除泡速率和效率，该方法步骤简单，操作方便，除泡效果好。
附图说明
图1为所述除泡设备的结构示意图；
图2为雾化器的俯视结构示意图；
图3为壁面引流除泡板的螺旋设置示意图；
图4为物料初始气泡含量至经过雾化喷头及壁面引流除泡处理后气泡含量变化情况的线箱图；
图5为判定物料初始气泡含量与经过雾化喷头及壁面引流除泡处理后气泡含量均值显著性差异对比的统计分析Tukey HSD线图；
图6为判定物料经过不同真空度的真空除泡后气泡含量变化的散点图。
图中标记：1-物料罐，2-待除泡物料，31-第二输送泵，32-第一输送泵，33-第三输送泵，4-第一罐体，41-雾化器，42-雾化喷头，43-雾化处理后的物料，44-壁面引流除泡板，45-含有气泡的物料，5-第二罐体，51-切向进液弯头，52-压力表，6-负压系统，61-第二钢丝除沫器，62-第二进气阀，63-空气过滤器，64-第一钢丝除沫器，65-第一进气阀，66-真空泵，7-接收罐，8-除泡完成的物料。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1至图6所示，本发明所述的一种除泡设备，包括物料罐1、第一罐体4、第二罐体5、负压系统6、接收罐7和控制系统。
请参见图1，待除泡物料2设于所述物料罐1中，所述物料罐1底部和所述第一罐体4顶部通过第四管道连通，所述第四管道上设有第二输送泵31。
请参见图1，所述第一罐体4内设有雾化器41和壁面引流除泡板44，所述雾化器41位于所述壁面引流除泡板44上方。
请参见图1、图2和图3，所述壁面引流除泡板44包括若干引流板，所述壁面引流除泡板44呈螺旋阶梯至上而下设置，并连接于所述第一罐体4内壁，所述待除泡物料2经所述雾化器41雾化喷射于所述第一罐体4内壁，并在重力下沿所述壁面引流除泡板44引流至所述第一罐体4底部。
所述壁面引流除泡板44的除泡原理类似于揉面以及将面团拍打于案板上排除面团中的空气的原理。
具体地，所述第四管道连接所述雾化器41，所述雾化器41上设有若干个雾化喷头42，所有所述雾化喷头42沿所述第一罐体4周向均匀分布，如图2所示，本实施例使用了八个食品级304不锈钢雾化喷嘴构成的多头型多孔雾化喷头，喷嘴类型有扇形、锥形、广角锥形、广角扇形，可改变物料喷射形状，喷嘴孔径可选择0.8mm、2.0mm、1.5mm、2.0mm，将物料迅速雾化，八个高压喷嘴压力达到4bar，即4kg/cm2，可将物料雾化喷洒到所述第一罐体4的内壁表面，喷嘴孔径的不同可改变流量，可根据物料黏度选择合适孔径，输送泵输送流量范围为1t/h～10t/h。
请参见图1，所述负压系统6连接于所述第二罐体5顶部，对所述第二罐体5产生真空，所述第二罐体5侧壁设有沿所述第二罐体5径向夹45°角设置的切向进液弯头51，所述切向进液弯头51和所述第一罐体4底部连接有第一管道，所述第一管道连通所述第一罐体4和所述第二罐体5，所述第一管道上设有第一输送泵32，所述第一罐体4底部物料经所述切向进液弯头51喷出，在所述第二罐体5中产生离心旋流，并在重力下流至所述第二罐体5底部。
具体地，所述第二罐体5上设有压力表52，通过所述压力表52监测所述第二罐体5的压力值，能够设定真空度压力值，使所述负压系统6来匹配该压力值。
请参见图1，所述负压系统6包括第一钢丝除沫器64、第一进气阀65、真空泵66、第二钢丝除沫器61、第二进气阀62和空气过滤器63，所述第一钢丝除沫器64设于所述第二罐体5内，所述第一钢丝除沫器64通过第二管道连接所述真空泵66，所述第二管道上设置所述第一进气阀65，所述第二钢丝除沫器61设于所述第二罐体5内，所述第二钢丝除沫器61通过第三管道连接所述空气过滤器63，所述第三管道上设置所述第二进气阀62，所述第一钢丝除沫器64和所述第二钢丝除沫器61均为食品级304构件，采用这种结构，所述真空泵66能够抽取空气使所述第二罐体5达到真空除泡的工作状态，形成负压除泡环境，所述第二进气阀62和所述空气过滤器63的配合来通入空气调节所述第二罐体5内部的压力，所述负压系统6运行时真空度控制在-0.03～-0.085MPa。
请参见图1，所述接收罐7与所述第二罐体5底部通过第五管道连通，所述第五管道上设有第三输送泵33。
具体地，所述控制系统电性连接所述压力表52、所述空气过滤器63、所述真空泵66、所述第一输送泵32、所述第二输送泵31和所述第三输送泵33。
引入一个具体的实施方式，但该实施方式并不限制本发明：
制备气泡物料：准备1t的黏度约为3000mPa·s不含气泡的物料，采用高速搅拌增加气泡含量，经搅拌后物料的气泡含量达到45％左右。
将上述气泡物料通过如图1所示的设备，处理得到气泡含量大大降低的物料，气泡含量显著降低，其结果图示于图4和图6，除泡效率为85L/5min，真空除泡器的真空度是-0.03～-0.085Mpa。
作为对比，将上述气泡物料仅通过雾化器进行除泡试验，利用体积差异方法测量气泡含量变化情况，整理数据并进行分析，最后得出结论，其数据结果图示于图4。
表1雾化喷头与壁面引流板的除泡效果数据表
通过对试验得出的数据进行整理，得到物料气泡含量平均值45.62±0.68％，经雾化器除泡后变为29.59±1.57％，即气泡比原来减少15％，再加上雾化式壁面引流器的处理后变为15.26±1.92％，则又降低约14％，三组试验的偏差较小说明试验的准确度较高。
采用One-Way Anova分析上述三个阶段物料气泡含量均值变化的显著性差异，表2所示P＜0.05，上述三阶段物料气泡含有显著性差异。
表2 One-Way ANOVA表
随后采用Tukey HSD统计学分析上述三阶段物料气泡含量均值之间的显著性差异，其结果图示于图5。
从图5所示结果可以看出，经过雾化喷头处理后以及雾化喷头与壁面引流相结合，相比初始物料的气泡含量都显著性的降低(P＜0.05)。
通过上述的同样方式制备出含气泡物料，用含气泡物料来验证真空除泡的除泡效果，得出气泡含量与真空度之间的关系，其结果图示于图6。
从图6所示结果可以看出，物料的初始气泡含量为60％，随着真空度从-0.03Mpa增加至-0.085Mpa的过程，物料的气泡含量从50％成线性降低至15％左右。
因此在真空消泡处理的过程中，物料的气泡含量随着真空度增加而降低，两者呈负相关。
因此设置所述负压系统6的操作使所述第二罐体5中真空度为-0.03～-0.085MPa，该参数范围可以实现对高粘度物料的有效除泡。
本发明所述的一种除泡设备，通过所述雾化器41的细小孔径挤压以及压力变化除去大泡，然后利用物料在重力作用下在所述壁面引流除泡板44至上而下的流下，在阶梯上反复拍打的机械碰撞，将剩余的大部分气泡破碎，能够明显降低物料的含气泡率，通过所述切向进液弯头51喷洒物料在所述第二罐体5中产生离心旋流，通过所述负压系统6在所述第二罐体5中产生真空负压，离心旋流状态下的物料在离心力的作用下，物料中的泡沫和所含气泡上浮至物料上层，并在真空负压作用下破碎，进一步提升了物料的除泡效率，该除泡设备结构简单、设计巧妙、结构合理、生产效率高，特别适用于的食品、饮料、传统以及新型乳品的黏度要求在1000mPa·s～6000mPa·s，能显著提升此类物料的除泡速率和效率。
实施例2
如图1至图6所示，本发明所述的一种除泡方法，使用如实施例1所述的除泡设备，该方法包括以下步骤：
待除泡物料2经所述雾化器41雾化喷射于所述第一罐体4内壁，待除泡物料2中的大气泡在压力和所述雾化器41细小孔径挤压下破碎除去；
雾化处理后的物料43在重力作用下由所述第一罐体4内壁流至所述壁面引流除泡板44，并由所述壁面引流除泡板44至上而下引流至所述第一罐体4底部，在螺旋阶梯上持续产生机械碰撞，雾化处理后的物料43中的体积较大的气泡经过机械碰撞后破碎或分裂为体积较小的气泡；
物料通过所述切向进液弯头51进入，在所述第二罐体5中产生离心旋流下落，过程中物料中的泡沫和所含气泡在离心力的作用下上浮至物料上层，并在真空负压作用下破碎。
本发明所述的一种除泡方法，通过所述雾化器41挤压和所述壁面引流除泡板44拍打进行一级除泡，然后联动所述切向进液弯头51和所述负压系统6进行离心真空二级除泡，能够极大提高高粘度流体或半固体等不易除泡的物料的除泡速率和效率，该方法步骤简单，操作方便，除泡效果好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种除泡设备，包括第一罐体(4)，其特征在于，还包括第二罐体(5)和负压系统(6)，所述第一罐体(4)内设有雾化器(41)和壁面引流除泡板(44)，所述雾化器(41)位于所述壁面引流除泡板(44)上方，所述壁面引流除泡板(44)包括若干引流板，所述壁面引流除泡板(44)呈螺旋阶梯至上而下设置，并连接于所述第一罐体(4)内壁，待除泡物料(2)经所述雾化器(41)雾化喷射于所述第一罐体(4)内壁，并在重力下沿所述壁面引流除泡板(44)引流至所述第一罐体(4)底部，所述负压系统(6)连接于所述第二罐体(5)顶部，对所述第二罐体(5)产生真空，所述第二罐体(5)侧壁设有切向进液弯头(51)，所述切向进液弯头(51)和所述第一罐体(4)底部连接有第一管道，所述第一管道连通所述第一罐体(4)和所述第二罐体(5)，所述第一管道上设有第一输送泵(32)，所述第一罐体(4)底部物料经所述切向进液弯头(51)喷出，在所述第二罐体(5)中产生离心旋流，并在重力下流至所述第二罐体(5)底部。
2.根据权利要求1所述的除泡设备，其特征在于，所述第二罐体(5)上设有压力表(52)。
3.根据权利要求1所述的除泡设备，其特征在于，所述负压系统(6)包括第一钢丝除沫器(64)、第一进气阀(65)和真空泵(66)，所述第一钢丝除沫器(64)设于所述第二罐体(5)内，所述第一钢丝除沫器(64)通过第二管道连接所述真空泵(66)，所述第二管道上设置所述第一进气阀(65)。
4.根据权利要求3所述的除泡设备，其特征在于，所述负压系统(6)还包括第二钢丝除沫器(61)、第二进气阀(62)和空气过滤器(63)，所述第二钢丝除沫器(61)设于所述第二罐体(5)内，所述第二钢丝除沫器(61)通过第三管道连接所述空气过滤器(63)，所述第三管道上设置所述第二进气阀(62)。
5.根据权利要求1所述的除泡设备，其特征在于，还包括物料罐(1)，所述待除泡物料(2)设于所述物料罐(1)中，所述物料罐(1)底部和所述雾化器(41)通过第四管道连通，所述第四管道上设有第二输送泵(31)。
6.根据权利要求5所述的除泡设备，其特征在于，还包括接收罐(7)，所述接收罐(7)与所述第二罐体(5)底部通过第五管道连通，所述第五管道上设有第三输送泵(33)。
7.根据权利要求6所述的除泡设备，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统电性连接所述负压系统(6)、所述第一输送泵(32)、所述第二输送泵(31)和所述第三输送泵(33)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的除泡设备，其特征在于，所述雾化器(41)上设有若干个雾化喷头(42)，所有所述雾化喷头(42)沿所述第一罐体(4)周向均匀分布。
9.一种除泡方法，其特征在于，使用如权利要求1-8任一项所述的除泡设备，该方法包括以下步骤：
待除泡物料(2)经所述雾化器(41)雾化喷射于所述第一罐体(4)内壁，待除泡物料(2)中的大气泡在压力和所述雾化器(41)细小孔径挤压下破碎除去；
雾化处理后的物料(43)在重力作用下由所述第一罐体(4)内壁流至所述壁面引流除泡板(44)，并由所述壁面引流除泡板(44)至上而下引流至所述第一罐体(4)底部，在螺旋阶梯上持续产生机械碰撞，雾化处理后的物料(43)中的体积较大的气泡经过机械碰撞后破碎或分裂为体积较小的气泡；
物料通过所述切向进液弯头(51)进入，在所述第二罐体(5)中产生离心旋流下落，过程中物料中的泡沫和所含气泡在离心力的作用下上浮至物料上层，并在真空负压作用下破碎。
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