用于乳制品的在线脂肪标准化的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于来自分离器的乳制品的在线脂肪标准化的方法和装置。

背景技术：

标准化意味着乳制品厂加工新进的脂肪含量可能会有所不同的全脂牛奶，以制造具有规定的恒定脂肪含量的市售牛奶-标准化牛奶。如果规定的恒定脂肪含量高于新进的全脂牛奶，则该加工将涉及去除一些脱脂牛奶，并且乳制品厂将具有多余的脱脂牛奶。然而，通常情况下，标准化进行到比新进的全脂牛奶更低的脂肪含量。因此，该加工留下了多余的脂肪，其可以用来例如制作黄油。同样类型的标准化也适用于例如乳清标准化、乳脂浓缩、牛奶在高温下(其中牛奶熔化)或在较低的温度下(其中牛奶脂肪是固体或部分固体)的分离，或添加成分的牛奶。

标准化的过程可以按三种不同的方式进行安排：预标准化、后标准化或直接在线标准化。三种方法的第一步是将全脂牛奶分为乳脂和脱脂牛奶。

预标准化意味着在巴氏杀菌之前将牛奶标准化。为了向上调整脂肪含量，将分离的乳脂与罐中的生全脂牛奶按照计算的比例混合以提供所需的脂肪含量。为了标准化为较低的脂肪含量，将生全脂牛奶用分离的脱脂牛奶稀释。在分析和调整之后，标准化牛奶被巴氏杀菌。

在后标准化中，以与预标准化的情况相同的方式，根据是否要向上或向下调整脂肪含量来将经巴氏灭菌的全脂牛奶与乳脂或脱脂牛奶混合。然而，由于后标准化涉及混合经巴氏杀菌的产品，所以涉及再感染的一些风险。而且，这两种方法都需要使用大型的大容量储罐，并且分析和调整工作是劳动密集型的。

第三种方法，直接标准化因此成为工业需求的有吸引力的选择。在该方法中，通过立即将来自分离器的乳脂流以计算的比例重新掺入脱脂牛奶线，将脂肪含量调整到所需水平。

直接标准化从将冷或预热的全脂牛奶分离成脂肪含量恒定的乳脂和脱脂牛奶开始。然后在分离器之后立即将规定量的乳脂与在线系统中的脱脂牛奶重新混合以获得所需脂肪含量的标准化牛奶。

为了在加工中获得必要的精确度，必须能够控制所有可变参数，例如新进牛奶的脂肪含量的波动；吞吐量的波动；预热温度的波动。

这些变量中的大部分是相互依赖的；因此，在加工的一个步骤中的任何偏差常常导致所有阶段的偏差。除非能很快纠正这种偏差，否则标准化的精确度将会受损，并且标准化的牛奶的脂肪含量会偏离规定值。

以能够处理多种乳制品的方式进行直接标准化需要相当复杂的控制系统，其中在线分析乳脂流量和脱脂牛奶流量。这种控制系统包括许多阀、连接件、传感器和控制设备。一种这样的自动化直接标准化系统是tetrapak出售的tetraalfast，其可以处理各种必须进行标准化的乳制品，牛奶是最常见的。

然而，当乳品厂只需要将简单乳制品标准化为牛奶时，对于许多不同的乳制品来说，可以控制脂肪含量并且也可以控制其他物质的含量到一个非常确切的水平的tetraalfast或类似的复杂的机器可能是不必要地昂贵的。因此，需要一种简化的自动化直接标准化方法来实现简单的标准化，而不需要更复杂的自动化，例如，tetraalfast。

技术实现要素：

本发明的目的是改进现有技术以解决上述问题，并提供一种来自分离器的乳制品的在线脂肪标准化的改进。

根据本发明的第一方面，这些和其他目的通过用于将来自分离器的乳制品在线脂肪标准化的方法全部或至少部分地实现。所述分离器包括用于乳制品的入口、用于第一加工乳制品的第一出口、用于第二乳制品的第二出口。第一加工乳制品比第二加工乳制品具有更高的脂肪浓度。该方法包括以下步骤：检测所述第一加工乳制品或所述第二加工乳制品的脂肪含量；以及基于所述检测到的密度，使用连接到所述第一出口的阀来控制所述第一加工乳制品的脂肪含量。该方法的优点在于，它提供了一种简单而可靠的脂肪含量控制系统，其使用绝对最少量的部件。控制所述第一加工乳制品的脂肪含量的步骤可以进一步基于所述乳制品的已知脂肪含量和流入所述分离器的所述乳制品的已知流率。

所述乳制品的脂肪含量和进入所述分离器的所述乳制品的所述流率可以在通向所述分离器的入口上游测量。这样，当乳制品进入分离器时，与乳制品相关的所有必要的输入将是可用的。

根据以下质量平衡方程式可以将阀控制到某一流率：fr1＝frr*(fc1-fcr)/(fc1-fc2)，其中fr1是所述第一加工乳制品的流率；frr是所述乳制品的流率；fc1是所述第一加工乳制品的脂肪含量；fcr是所述乳制品的脂肪含量；fc1是所述第一加工乳制品的脂肪含量；并且fc2是第二加工乳制品的脂肪含量。这是本发明的优选实施方式，并且是用于向调节阀或控制该调节阀的控制单元提供必要输入的可靠解决方案。另外，可以将所述第二加工乳制品的流率计算为：fr2＝frr-fr1，其中fr2是所述第二加工乳制品的流率。

根据本发明的第二方面，通过用于乳制品的在线脂肪标准化的装置完全或至少部分地实现这些和其他目的。该装置包括：用于将已知流率的已知脂肪含量的乳制品分离成第一加工乳制品和第二加工乳制品的分离器。所述分离器具有用于所述第一加工乳制品的第一出口和用于所述第二乳制品的第二出口，其中所述第一加工乳制品比所述第二加工乳制品具有更高的脂肪浓度。该装置还包括第一脂肪传感器和连接到所述第一出口的阀，所述第一脂肪传感器用于检测在所述第一出口处的所述第一加工乳制品的脂肪含量或检测在所述第二出口处的所述第二加工乳制品的脂肪含量，所述阀适于基于检测到的所述脂肪含量来控制所述第一加工乳制品从所述第一出口流出的流量。该装置的优点在于，它提供了一个简单而可靠的脂肪含量控制系统，其使用绝对最少的部件。如果例如由第一脂肪传感器测量的所述第一加工乳制品的脂肪含量被认为太高，则可以使用调节阀来调节从所述第一出口流出的所述第一加工乳制品的流量。通过限制所述第一加工乳制品通过第一出口的流量，压力升高，从而脂肪含量降低。

第一脂肪传感器可以是提供质量流量和体积流量两者的质量流量计或与体积流量计组合的密度计。该装置还可以包括测量进入所述分离器的所述乳制品的所述流率的乳制品流量计和/或用于检测进入所述分离器的所述乳制品的所述脂肪含量的第二脂肪传感器。来自这些传感器的检测到的测量结果可以被用于通过控制单元来执行用于阀的控制的计算。通过使用控制单元，整个控制系统可以被自动化。因此，除了有待处理的产品的某些标准值的潜在手动输入外，不需要人工投入。

当上述方法和装置用于使牛奶标准化时，乳制品是全脂牛奶，第一乳制品是乳脂，并且第二乳制品是脱脂牛奶。然而，用于乳制品的在线脂肪标准化的装置也可以用于乳清的标准化、乳脂浓缩、牛奶在其熔化的高温下的分离或在乳脂为固体或部分固体的较低温度下的乳分离、或具有添加成分的牛奶。

通常，权利要求中使用的所有术语根据其在本技术领域中的通常含义来解释，除非在此另外明确地定义。所有对“一/一个/该[元件、设备、部件、装置、步骤等]”的引用应被公开地解释为指的是所述元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。

附图说明

通过参考以下本发明的优选实施方式的说明性和非限制性的详细描述，当结合附图阅读时，将更全面地理解本发明的上述目的以及其他目的、特征和优点，其中：

图1是根据本发明的用于乳制品的在线脂肪标准化的装置的示意图。

图2是示出用于控制第一乳制品的流率并由此控制所述第一乳制品的脂肪含量的级联控制回路的框图。

具体实施方式

图1示出了用于乳制品的在线脂肪标准化的装置1，其包括分离器2，分离器2有具有流率frr的乳制品的流入。分离器2将乳制品(例如，全脂牛奶)分离成以流率fr1通过第一管道4流出的第一加工乳制品和以流率fr2通过第二管道5流出的第二加工乳制品。阀3放置在第一管道4上，能够节制第一加工乳制品的流量fr1。第一脂肪传感器s1也布置在第一管道4上，能够测量在第一管道4中流动的第一加工乳制品的脂肪含量。第一脂肪传感器s1可以例如是测量质量流量和体积流量的质量流量计或密度计。阀由控制单元6根据由第一脂肪传感器s1测得的值和控制算法来控制。控制算法是基于质量平衡方程，根据：

fr1＝frr*(fc1-fcr)/(fc1-fc2)，其中

fr1是所述第一加工乳制品的流率；frr是所述乳制品的流率；fc1是所述第一加工乳制品的脂肪含量；fcr是所述乳制品的脂肪含量；fc1是所述第一加工乳制品的脂肪含量；并且fc2是第二加工乳制品的脂肪含量。

乳制品的脂肪含量对于根据乳制品的先前分析处理的批次是已知的并被手动输入到控制单元或是由第二脂肪传感器(未示出)测量的。第二乳制品的脂肪含量fc2可以通过乳制品的脂肪含量fcr和第一加工乳制品的脂肪含量fc1来计算。流入分离器2的流率frr可以从乳品厂中的其他设备获知，或者通过流量计(未示出)测量。所述第二加工乳制品的流率fr2可以通过所述乳制品(也被称为生乳制品)的流率frr和所述第一加工乳制品的流率fr1来计算。

图2显示了级联控制回路。第一乳制品的脂肪含量fc1由脂肪传感器s1测量并且(如果需要的话)计算为提供给密度pid调节器的密度d1。第一乳制品的密度td的目标值也被提供给密度pid调节器dpid。

将乳制品的脂肪含量输入到计算单元，计算单元将计算第一乳制品的流率的初始值。来自密度pid调节器(dpid)的输出信号与用于第一乳制品的流率fr1的初始值22一起被提供给流率pid调节器(frpid)。从乳制品的流率frr的输入值23计算24初始值22。流率pid调节器(frpid)计算第一乳制品中的脂肪含量相对于密度td的目标值的偏差，并提供输出信号21，输出信号21控制阀3并由此控制第一乳制品的流率fr1。

控制单元6执行级联控制回路，并且该级联控制回路包括主控制器28和次级控制器29。主控制器28使用表示第一加工乳制品(乳脂)的密度的值作为控制输入，并且第二控制器29使用表示第一加工乳制品的流率的值作为控制输入。主控制器28根据期望的密度将其控制应用于测得的密度。期望的密度对应于期望的脂肪含量，并且脂肪含量和密度之间的转换根据已知技术和原理进行。因此，关于“脂肪含量”的控制可以被理解为关于“密度”的控制，反之亦然。主控制器然后向次级控制器29提供变化的设定点，即流率设定点，次级控制器29进而直接控制该加工(阀3)。

尽管在某些部分使用了具体的措辞，但不应将其理解为对一般概念的限制，而是作为示例。例如，“生乳制品”这一措辞应理解为任何进入分离器的产品，而不一定是未加工的奶制品。用于乳制品的在线脂肪标准化的方法的特征可以被实施用于乳制品的在线脂肪标准化的装置，反之亦然。