CN104969026B - 用于热处理设备的阀装置 - Google Patents

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CN104969026B CN201480007275.6A CN201480007275A CN104969026B CN 104969026 B CN104969026 B CN 104969026B CN 201480007275 A CN201480007275 A CN 201480007275A CN 104969026 B CN104969026 B CN 104969026B
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Abstract

提供了一种包含多个阀(602a‑602d,604a‑604d)的阀装置(602,604)。所述阀装置(602,604)被配置成处于第一模式和第二模式。在所述第一模式中，在热处理设备(600)中的区段(606,608,610,612,614,616,618,620,622,624)被产品以第一顺序通过，而在第二模式中，这些区段被以第二顺序通过。由于第一顺序不同于第二顺序，因此，第一顺序能用于全产能生产，而第二顺序能用于半产能生产。

Description

用于热处理设备的阀装置
技术领域
本发明总体上涉及热处理领域。更具体地说，本发明涉及一种用于热处理设备的阀装置，其使得灵活性改善，进而使得更有能效，处理更环境友好，以及在以不同的产能运行时，使得产品质量更稳定。
背景技术
如今，食品生产商都在努力降低能耗，以便降低成本，以及提供以环境友好的方式加工的食品。有不同的方式来实现这些目标。一种直截了当的方法是使用较少使用电力、蒸汽、水等的部件。例如，通过用新能源优化的换热器来更换旧管式换热器，就可以减少热处理食品所需要的能量的量。降低能耗的另一种方式是提高管线效率。这可以例如通过以巧妙的方式设计管线使得清洁管线所需要的水和洗涤剂较少来实现。又一方式是提供较灵活的组件和管线的解决方案使得用于更宽范围的产品和/或体积的组合的适当条件能够实现。例如，如今，如果食品生产商想以一半产能运行他的工厂，那么如果管线不被建造成以一半的产能运行，则这不可能是可行的。在其他情况下，可能以半产能运行是可行的，但所使用的能量超过全产能运行时所使用的能量的一半，这实际上使得这个不是一种可行的替代方案。此外，在许多情况下，当在全产能以下的产能下运行时，就会有不能最佳地加工食品的增加的风险，进而导致产品损失扩大。
热处理设备(如管式换热器)是一台装备，该装备历来难以以使得其可用于不同的产能的方式制造。热处理设备大多数情况下常常包括用于预加热、保持、最终加热和冷却的区段。已证明难以设计这样的能够在不同的产能下运行而不会不利地影响产品质量的设备。
发明内容
因此，本发明优选寻求缓解、减轻或者消除现有技术中的上述确定的缺陷和单独的缺点或任何组合的缺点中的一个或多个，并至少解决上述提到的问题。
根据第一个方面，提供了一种阀装置。所述阀装置包括多个阀，其中，所述阀装置被配置成处于第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式中，热处理设备的多个区段被产品按第一顺序通过，并且其中，在所述第二模式中，所述多个区段被按第二顺序通过，其中，所述第一顺序不同于所述第二顺序。
所述阀装置可以包括四个阀。
所述多个阀可以被放置成彼此相隔小于2米。
所述第一模式可以用于第一产能，例如全产能，而所述第二模式可以用于第二产能，例如半产能。
所述多个阀可以是使得所述阀装置能处于所述第一模式和所述第二模式之间的中间模式的阀。
根据第二个方面，提供了一种用于在多个区段热处理产品的热处理设备。所述多个区段可以包括第一加热区段，以及第二加热区段，其中，所述热处理设备通过使用根据第一方面所述的第一阀装置被配置成处于第一模式或第二模式，其中，在所述第一模式中，所述多个区段被所述产品以第一顺序通过，所述第一顺序为所述第一加热区段在所述第二加热区段之前，其中，在所述第二模式中，所述多个区段被所述产品以第二顺序通过，所述第二顺序为所述第二加热区段在所述第一加热区段之前。
可以通过使用阀重定向传热介质使处于所述第二模式的所述第二加热区段停用。
在所述第一加热区段所使用的传热介质能够将产品温度提高到预热处理温度。
在所述第二加热区段所使用的传热介质能够将所述产品温度提高到最终的热处理温度。
当所述产品进入所述第二加热区段时的温度在所述第一模式中可以比在所述第二模式中高。
所述多个区段还包括保持区段，以及冷却区段，其中，所述热处理设备通过使用第二阀装置被构造成处于所述第一模式或所述第二模式，其中，在所述第一模式中，所述多个区段被所述产品以第一顺序通过，所述第一顺序为：所述第一加热区段在所述第二加热区段之前，所述第二加热区段在所述保持区段之前，而所述保持区段在所述冷却区段之前，其中，在所述第二模式中，所述多个区段被所述产品以第二顺序通过，所述第二顺序为：所述第二加热区段在所述第一加热区段之前，所述第一加热区段在所述冷却区段之前，而所述冷却区段在所述保持区段之前。
所述热处理设备可以是管式换热器。
所述第一阀装置可以包括四个阀。
所述第二阀装置可以包括四个阀。
所述第一阀装置和所述第二阀装置可以是相同的。
根据第三个方面，提供了一种用于在多个区段热处理产品的热处理设备，所述多个区段包括：保持区段，以及冷却区段，其中，所述热处理设备通过使用根据第一方面所述的第二阀装置被配置成处于第一模式或第二模式，其中，在所述第一模式中，所述多个区段被所述产品以第一顺序通过，所述第一顺序为：所述保持区段在所述冷却区段之前，其中，在所述第二模式中，所述多个区段被所述产品以第二顺序通过，所述第二顺序为：所述冷却区段在所述保持区段之前。
所述多个区段可以进一步包括：第一加热区段，以及第二加热区段，其中，所述热处理设备通过使用第一阀装置被配置成处于所述第一模式或所述第二模式，其中，在所述第一模式中，所述多个区段被所述产品以所述第一顺序通过，所述第一顺序为：所述第一加热区段在所述第二加热区段之前，所述第二加热区段在所述保持区段之前，而所述保持区段在所述冷却区段之前，其中，在所述第二模式中，所述多个区段被所述产品以所述第二顺序通过，所述第二顺序为：所述第二加热区段在所述第一加热区段之前，所述第一加热区段在所述冷却区段之前，而所述冷却区段在所述保持区段之前。
根据第四个方面，提供了一种食物处理***，其包括根据第二方面所述的热处理设备。
根据第五个方面，提供了一种处理产品的方法，其使用根据第二方面所述的热处理设备。
附图说明
参考附图，通过本发明的优选实施方式的以下说明性且非限制性的详细描述将更好地理解本发明的以上目的、特征和优点，以及附加的目的、特征和优点，其中：
图1a和1b示出了管式换热器的实施例。
图2示出了巴氏消毒***的一个实施例。
图3示出了超高温(UHT)***的一个实施例。
图4示出了所谓的分体式加热。
图5是示出了对于全产能和半产能，产品温度随时间的推移而变化的图形。
图6a示出了用于以全产能处理产品的在第一模式中的热处理设备的一个实施例。
图6b示出了在第二模式中用于以半产能处理产品的如图6a中所示的热处理设备。
图7a和7b示出了包括四个阀的阀装置的不同透视图。
具体实施方式
图1a和1b示出了管式换热器100的实施例，更具体地是由Tetra Pak销售的TetraSpirafloTM。如图所示，多个管经由提供紧凑设计的弯管102彼此连接。在示出的实施例中，内管104被成组地保持，每个组被配置在被称为壳管106的较大的管中。食品通过内管进给，传热介质通过壳管进给。为了保持能量消耗低，使用在被存储之前将被冷却下来的送出食品作为传热介质是有利的。这样的***通常被称为回热***。
图2示出了巴氏消毒管线200的一个实施例。在该具体实施例中，使用板式换热器。最常见的情况是，板式换热器用于巴氏消毒管线，而管式换热器用于超高温(UHT)管线。其中的一个原因是，在UHT管线中增加的结垢可以通过管式换热器更好地处理。
如图所示，平衡罐202被用于存储奶。为了确保在所有时间都有待处理的产品，可使用流动分配阀204，使得在平衡罐中的产品量低于阈值时，可以将送出的产品馈送回平衡罐中。
进料泵206被配置成将产品馈送到预加热区段208。在该预加热区段208，在这个实施例中温度被升温至55摄氏度，接着将产品馈送到澄清器210，然后返回到预热区段以进一步进行热处理。为了减少能耗，可布置巴氏灭菌线，使得预加热区段208被连接到置于下游的冷却区段，导致以热形式存在的能量从待冷却的送出产品转移到待加热的送入产品。这样的***被称为回热***。
产品在被预热后使用升压泵212馈送到加热区段214，加热区段214也被称为最终加热器。通常，在用于奶的巴氏灭菌器管线中，温度升高到72度或略高于72度。为了在加热区段214中加热产品，可以使用热水。用于提供热水的子***216可包括板式换热器、罐和泵。
在产品已经在加热部214中被加热后，可以将产品馈送到保持单元215以确保该产品被保持在高温下持续一定的时间段。在奶巴氏消毒器中，通常将产品保持在72摄氏度持续15-20秒。
接着，在确保产品已被适当地热处理后，也就是，在确保不需要的微生物被杀死后，将产品馈送到第一冷却区段218，在第一冷却区段218冷却产品。如上所述，第一冷却区段218可被布置为使得传热可以在预加热区段208和冷却区段218之间进行，以便减少能量消耗。
为了进一步降低温度，可以提供第二冷却区段220。不同于第一冷却区段218的是，产品的温度是通过使用外部介质(如冷水和/或冰水)进行的。
巴氏灭菌管线的进一步的细节可以在由Tetra Pak Processing Systems AB出版的Dairy Processing Handbook(乳品加工手册)第二版,2003,ISBN 91-631-3427-6中找到。特别是，对于对巴氏灭菌管线的进一步的细节感兴趣的任何人，第7章“设计生产线(Designing a process line)”可能是令人感兴趣的。
图3示出了基于管式换热器的UHT***300的一个实施例。
产品被馈送到平衡罐302。通过使用进料泵304将产品从平衡罐馈送到第一管式换热器区段306，回热式地预热产品，即通过利用从待冷却的送出产品释放出来的能量预热产品。参照图1a和1b，被预热的产品通常馈送到内管104和壳106之间的空间，而被冷却的产品被馈送到内管104内。
产品被预热后，在此特定实例中，被预热到75摄氏度后，通过阀将其馈送到均化器308中。由于产品尚未被热处理，因此可以使用非无菌均化器，即，不完全符合无菌均化器的严格无菌标准的均化器。反过来，这意味着可以使用较不复杂的并且因此成本较低的均化器。然而，由于产品随后将进行热处理，因此不会损害有关食品的安全。
两个或更多个步骤预热和加热产品的优点是，除了可以使用回热***外，这些步骤(例如均化)可以在这两个或更多个步骤之间进行。这意味着例如均化可选择在最佳温度下进行。
在产品已经均化后，将其馈送到第二管式换热器区段310，在第二管式换热器区段310中，温度进一步升高。不同于第一管式换热器区段306，热水被选择作为传热介质。接着，在第三管式换热器区段312中，温度甚至可以进一步提高到例如135-140摄氏度持续几秒钟。为了确保该温度保持预定的时间段使得不需要的微生物被杀死，并且获得所需的产品属性，可以使用保持单元314。
此后，在第四管式换热器区段316中，在第一步骤，产品被冷却，然后被馈送到第一管式换热器区段306，在其中产品被进一步冷却。如上所述，所释放的热量可用于在工艺的早期预热该产品。
最后，将产品馈送到无菌灌装机318或无菌罐320。
对于进一步的细节可参考由Tetra Pak Processing Systems AB出版的DairyProcessing Handbook(乳品加工手册)第二版,2003,ISBN 91-631-3427-6，特别是第9章“保质期长的奶(Long-life milk)”。
如今，当热处理***、巴氏灭菌管线或UHT管线应补偿产品的产能降低时，一种方法是使用所谓的分体式加热。图4示出了板式换热器400的一部分以提供可以如何使用分体式加热的一个实施例。
经由第一加热区段402并且随后经由第二加热区段404馈送送入产品。为了减少产品在100度以上的时间，或为了减少产品在被认为会引起产品性质改变的任何其他温度以上的时间，加热介质(例如热水或蒸汽)通过使用阀406绕过第一区段402，通过这种方式，温度在第一区段402没有升高。例如，如果产品的温度在进入第一区段402时为75摄氏度，则该温度将一直保留，直到进入第二区段404。
图5示出了在全产能状态下和半产能状态下显示温度随时间变化的曲线图。由于在全产能状态下流量是较大的，因此，时间是半产能状态的时间的大约一半。如可从图中看出的，在半产能状态下，在第一时间段保持温度，然后升高。第一时间段是使产品通过第一区段402需要的时间。
虚线示出了未采用分体式加热的半产能状态，也就是不具有阀406。如从图中可以看出的，当产品在第一区段中时，温度已经升高。由于产品将被加热到100度以上，该温度被许多食品生产商认为高于影响产品属性(如味道)的温度，当没有使用分体式加热时，产品属性将会在较大程度上受到影响。然而，如可从图中看到的，即使使用分体式加热，相比于全产能状态，在半产能状态期间，产品仍将被暴露在高温下(如100℃或以上)持续较长的时间段。这样做的效果是，在半产能和全产能下运行时，产品属性会略有差异。通过使用分体式加热，这样的差异会减小。
图6a概括地示出了热处理设备600，其包括例如设置有多个区段的管式换热器或板式换热器。
为了能够在全产能和半产能下运行而不会产生不同的产品属性，可以使用第一阀装置602和第二阀装置604。
在图6a中，示出了利用处于第一模式下的第一阀装置602和第二阀装置604的全产能状态，产品被馈送入热处理设备中，从例如均化器到达第一阀装置602。如箭头所示出的，产品通过阀装置602馈送，更具体地经由第一阀602a馈送到用于预热产品的第一区段606。接着产品从第一区段606馈送到用作保持单元的第二区段608，然后进一步到用于预热产品的第三区段610，之后，馈送回第一阀装置602，更具体地馈送到第二阀602b。产品从第二阀602b被馈送到第三阀602c。接着，产品从第三阀602c和第一阀装置602被馈送到用作最终加热区段的第四区段612。产品从第四区段612被馈送回第一阀装置602，更具体地馈送到第四阀602d。接着，产品从第一阀装置602馈送到用作最终加热区段的第五区段614，然后到用作保持单元的第六区段616，然后馈送到第二阀装置604，更具体地馈送到第一阀604a。产品从第二阀装置604馈送到用作保持单元的第七区段618，然后回到第二阀装置604，更具体地回到第二阀区段604b，从而将产品馈送到第三阀604c。产品从第二阀装置604馈送到用作冷却区段的第八区段620，然后到也用作冷却区段的第九区段622。接着，将产品馈送到第二阀装置604，更具体地馈送到第四阀604d，以及从这里馈送到用作冷却区段的第十区段624。
如图所示，第一阀装置602和第二阀装置604可以是相同的。这方面的一个积极的效果是使得需要库存的不同部件较少。
图6b示出了与在图6a中的热处理设备相同的热处理设备。然而，在图6b中，第一阀装置602和第二阀装置604被改变成第二模式，使得热处理设备适于通过保持产品在高温(如100℃或100℃以上)下持续比在全产能状态下的时间段较长的时间段在半产能下运行而不会不利地影响的产品属性。
如图所示，第一阀装置602的四个阀和第二阀装置604的四个阀都已被改变。
通过改变阀装置中的阀，产品经由另一顺序被馈送通过不同区段，使得能够确保产品不会保持在导致产生产品属性改变的高温以上持续比在全产能状态下的时间段较长的时间段。
不同区段以如在图6a中所示的在全产能状态下的命名方式相同的命名方式命名。为了说明的目的，并且为了使得遵循顺序(在半产能状态下产品按该顺序经过区段)更容易，在不同区段下引入编号以表明顺序(产品按该顺序通过这些不同区段)。
将送入产品馈送到第一阀装置602，更具体地，到第一阀602a，进而馈送到第三阀602c，并从这里到第四区段612，在这里，第四区段612仅作为传输区段。如图6a所示，在全产能状态下，第四区段612被用作最终加热区段。在半产能状态下，由于产品的温度因通过使用阀613使加热介质绕过第四区段612(类似于在图4所示的阀406)而不会改变，因此该区段将作为传输区段。由于不在第四区段612加热产品并且既然产品在进入第四区段612时是相对冷的(如低于85°)，因此产品将不会在该区段中达到不利地影响产品属性的温度，这是一个优势，因为这使得在半产能状态下能够提供与在全产能状态下的产品属性相同的产品属性。
在已经被传输通过第四区段612之后，产品被馈送回到第一阀装置602，更具体地到第四阀602d，然后到第一阀602a，并从这里到作为预热区段的第一区段606。产品从第一区段606被馈送到用作保持单元的第二区段608。接着，将产品馈送到用作预热区段的第三区段610，并从这里返回到第一阀装置602，更具体地到第二阀602b，然后到第三阀602c，回到第二阀602b，然后到第四阀602d。产品从第一阀装置602被馈送到用作最终加热区段的第五区段614，这也是在图6a中所示的全产能状态的情形。
产品从第五区段614被馈送到用作保持单元的第六区段616。接着，将产品馈送到第二阀装置604，更具体地，到第一阀604a，馈送到第三阀604c，进而馈送到第二阀区段604b，进而被馈送回到第三阀604c。从这里，产品被馈送到作为冷却区段的第八区段620，然后到作为冷却区段的第九区段622。然后，产品被馈送回到第二阀装置604，更具体地，到第四阀604d，进而馈送到第一阀604a，并从这里到用作保持单元的第七区段618，但现在由于产品在第八区段620和第九区段622已经冷却至低于影响产品属性的高温，因此，产品属性的变化是有限的。产品从第七区段618被馈送回到第二阀装置604，更具体地，到第二阀区段604b，进而馈送到第四阀604d。最后，将产品从第二阀装置604馈送到作为冷却区段的第十区段624。
因此，通过使用所述第一阀装置602，用于全产能的两个最终加热区段中的一个在半产能下运行时用于运输。另外，通过使用所述第二阀装置，用作用于在全产能状态中保持离开最后加热区段时的产品的温度(例如，135-140度)的保持单元的两个区段中的仅仅一个在半产能状态中用于相同目的。另一个区段也用作保持单元，但是，是在产品已经冷却后。这样做的积极效果是，当在半产能下运行时，产品将不会在不利地影响产品属性的高温下保持比在全产能下的运行时的时间较长的时间。
为了实现从一个产能到另一个产能的顺利过渡，可以使用过渡阶段。在这个阶段，工艺可减慢，并且可以改变阀装置。
在第一模式和第二模式都使用所有区段的一个优点是，当从一种模式切换到另一种模式时，在任何区段中都没有截留产品，从而例如减少了产品截留于加热区段导致产品损失增加的风险。
进一步的优点是，可以减少生产的停机时间。例如，在某些情况下，从例如全产能切换到半产能时，生产不一定要停止。这减少了对生产清洗、清洁、再消毒和产品加注的需要和所花费的时间。
图7a和7b通过示例示出了第一阀装置或所述第二阀装置的两个不同的透视图。
两阀装置都可以包括四个连接的阀。这些阀可以是座阀。另外，这些阀可以是气动操作的。
使这些阀紧靠在一起的优点是，当这些阀从用于全产能运行的第一模式切换到用于半产能运行的第二模式时，这些阀之间会截留较少的产品，反之亦然。通过这种方式，产品的损失可以减少。
此外，包括在第一阀装置和第二阀装置中的阀并不必需是所谓的关断阀或变换阀。也可以使用沿不同方向将产品流分开的阀。这种情况的一个优点是，热处理设备可以针对介于半产能和全产能之间的产能进行优化。
进一步的优点是，热处理设备中的管的数目可以减少，因为相同的区段可以用于全产能，也可以用于半产能。因此，也不需要专门用于任一产能的区段。
另外，第一阀装置也可以组合额外的最终加热区段使用以便延长热处理设备的运行时间。更具体地说，当结垢已经堆积在用作最终加热区段的第四区段612中时，将第一阀装置602从第一模式改变到第二模式，从而使用第四区段612作为传输区段，效果是，由于产品温度较低，因而会有较少的结垢积累。此外，为了使得两个最终加热区段可以使用，将额外的最终加热区段激活。
除了在图7a和7b所示的实施例外，还可以使用包括不同数量的阀的阀装置。然而，选择少数量的阀可以具有这些阀之间的较少的管道布置的优点，从而影响产品在管道从一种产能切换到另一种产能时被截留在管道中的产品的量。选择少数量的阀的还有的一个理由是具成本效益，因为每个阀增加了额外的成本。
在上面给出的实施例中，提及了全产能和半产能。然而，具有用于改变顺序(产品按该顺序通过热处理设备中的不同的区段)的阀装置的总体构思也能适用于其它产能。为了确保产品属性被以相同的方式受影响，可能需要或较多或较少的区段。例如，在全产能和三分之一产能之间转换的情况下，可以使用用于产品的最终加热的三个区段，而不是在图6a和6b所示的实施例中使用的两个区段，即第四区段612和第五区段614。以同样的方式，保持单元的数量可增加到三个，而不是在图6a和图6b中示出的两个区段，即第六区段616和第七区段618。可以基于放置在下游的填充机的可用产能来选择哪一种设置。
尽管上面的实施例是基于管式换热器和板式换热器，但是可使用具有若干区段的所有的热处理设备。
上面已经主要参照若干实施方式描述了本发明。然而，如由本领域技术人员所容易理解的，除了上面公开的实施方式，其他实施方式在本发明的由所附的权利要求所定义的范围之内同样是可行的。

Claims (10)

1.一种用于在热处理设备(600)的多个区段热处理产品的所述热处理设备(600)，所述多个区段至少包括：
第一加热区段(606)，
第二加热区段(612)，
所述热处理设备(600)包括阀装置(602)，该阀装置包括多个阀，所述阀装置(602)被配置成处于第一模式或第二模式，其中在所述第一模式中，所述多个区段配置成被产品按第一顺序通过，并且在所述第二模式中，所述多个区段配置成被所述产品按第二顺序通过，所述第一顺序不同于所述第二顺序，
通过使用所述阀装置(602)，所述热处理设备被配置成处于第一模式或处于第二模式，当所述阀装置(602)处于其第一模式时，所述热处理设备也处于第一模式，其中，在所述热处理设备的所述第一模式中，所述多个区段配置成被所述产品以第一顺序通过，所述第一顺序包括所述第一加热区段(606)在所述第二加热区段(612)之前；当所述阀装置(602)处于其第二模式时，所述热处理设备也处于第二模式，其中，在所述热处理设备的所述第二模式中，所述多个区段配置成被所述产品以第二顺序通过，所述第二顺序包括所述第二加热区段(612)在所述第一加热区段(606)之前，
其中，通过使用阀(613)重定向传热介质以使所述传热介质绕过所述第二加热区段(612)从而使得处于所述热处理设备的所述第二模式的所述第二加热区段(612)停用。
2.根据权利要求1所述的热处理设备，其中被安排在所述第一加热区段(606)所使用的传热介质被提供以将产品温度提高到预热处理温度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的热处理设备，其中被安排在所述第二加热区段(612)所使用的传热介质被提供以将所述产品温度提高到最终的热处理温度。
4.根据权利要求1所述的热处理设备，其被配置成运行以使得：当所述产品进入所述第二加热区段(612)时，所述产品的温度在所述热处理设备的所述第一模式中比在所述热处理设备的所述第二模式中高。
5.根据权利要求1所述的热处理设备，所述多个区段还包括
保持区段(618)，以及
冷却区段(620)，
通过使用另一个阀装置(604)，所述热处理设备被构造成处于所述热处理设备的所述第一模式或所述第二模式，
其中，在所述热处理设备的所述第一模式中，所述第一顺序还包括：所述第二加热区段(612)在所述保持区段(618)之前，而所述保持区段(618)在所述冷却区段(620)之前，
其中，在所述热处理设备的所述第二模式中，所述第二顺序还包括：所述第一加热区段(606)在所述冷却区段(620)之前，而所述冷却区段(620)在所述保持区段(618)之前。
6.根据权利要求1所述的热处理设备，其中，所述热处理设备是管式换热器。
7.根据权利要求1所述的热处理设备，其中，所述阀装置(602)包括四个阀(602a，602b，602c，602d)。
8.根据权利要求5所述的热处理设备，其中，所述另一个阀装置(604)包括四个阀(604a，604b，604c，604d)。
9.根据权利要求8所述的热处理设备，其中，所述阀装置(602)和所述另一个阀装置(604)是相同的。
10.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的热处理设备处理产品的方法。
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