CN106999872A - 混合单元和混合方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种混合单元，其包括：低压容器(110)、经由液体入口(122)与所述容器(110)连通的液体供应***(120)、经由粉末入口(132)与所述容器(110)连通的粉末供应***(130)、以及经由产品出口(112)与所述容器(110)连通的排出***(140)。所述液体供应***(120)包括脱气***(200)，所述粉末供应***(130)包括空气分离器(134)，并且所述排出***(140)包括用于通过泵送经混合的产品来增加经混合的产品的压力的泵(142)。

Description

混合单元和混合方法
技术领域
本发明涉及一种混合单元，并且涉及一种混合方法。特别地，本发明涉及一种用于将粉末与流体(例如，水)混合的混合单元和方法。
背景技术
混合单元用于几种不同的应用，例如，以便将特定化合物的第一流与不同化合物的第二流合并。在食品加工中，例如当将奶粉与水混合时，混合单元可用于向液体流中加入粉末。
当将粉末与液体混合时，控制的一个重要参数是存在于液体和/或粉末中的空气或其它气体的量。在粉末与水混合的过程中，周围空气和被截留在粉末中的空气将同时混入液体中。这可能导致气泡的形成。此外，液体中溶解的空气也可能有助于气泡的总量，特别是在低压环境下进行混合的情况下。
气泡通常不是期望的，因为这样的存在可能会对混合处理以及进一步的下游处理(例如分离器操作等)产生负面影响。因此，将粉末与液体混合的主要挑战之一在于防止不需要的空气和起泡。空气可以通过具有搅拌作用的混合器或当添加成分(如粉末)时被掺入产品中，这易于捕获空气。气泡会上升到产品的表面，并从产品的表面逃脱。然而，如果存在泡沫稳定的成分(如蛋白质)，则它们反而将在产品的表面稳定成泡沫。
空气掺入可能导致加工和最终产品质量方面的主要问题。产品中的空气可能导致热交换器中的结垢增加、均质器中的气蚀、以及发酵产品中不希望的乳清形成。在产品质量方面，产品中的空气可能在加工过程中和在到消费者的途中的包装中都会导致氧化。此外，如果空气在混合罐和其他设备中产生大量不想要的泡沫，则空气掺入也可能导致生产中显著的产品损失。
在混合处理中，需要时间来释放截留的气泡。然而，这也可能构成目前混合单元的显著缺点，因为小气泡消失的唯一可能的方式是通过向上升到表面进行，这通常是非常缓慢的过程，特别是对于小气泡。
因此，需要改进的混合单元以及改进的混合方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决现有技术解决方案的上述缺点的混合单元和混合方法。
本发明的构思是提供一种显著减少气泡形成的混合单元和混合方法。通过这样做，可以显著降低气泡扩散所需的时间。
根据第一方面，提供了一种混合单元。所述混合单元包括：低压容器、经由液体入口与所述容器连通的液体供应***、经由粉末入口与所述容器连通的粉末供应***、以及经由产品出口与所述容器连通的排出***。所述液体供应***包括脱气***，所述粉末供应***包括空气分离器，并且所述排出***包括泵，所述泵用于通过泵送经混合的产品来增加所述经混合的产品的压力。
所述液体供应***的所述脱气***可以包括与所述容器的入口直接连接的节流点。
所述容器内的压力可以小于大气压。
所述容器内的压力可以等于在从产品温度扩展到高于所述产品温度10度的温度范围内的水的蒸汽压力。
所述空气分离器可以是多级空气分离器，使得空气由两个或两个以上空气分离器依次分离。
所述粉末供应***的所述空气分离器可以包括：螺旋输送机，或具有与所述粉末入口流体连通的粉末出口的粉末旋风分离器。
所述混合单元还可以包括与所述低压容器和所述粉末旋风分离器的气体出口流体连通的真空泵。
所述混合单元还可以包括布置在所述泵的下游的冷却器。
根据第二方面，提供了一种液体产品加工生产线，其包括根据第一方面所述的混合单元。
根据第三方面，提供了一种用于混合的方法。该方法包括以下步骤：从包括脱气***的液体供应***提供液体流；通过包括空气分离器的粉末供应***提供一定量的粉末；将所述液体流和所述一定量的粉末供给到低压容器，以将所述液体与所述粉末混合；以及通过将经混合的产品从所述低压容器泵出来增加所述经混合的产品的压力。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式，其中：
图1是根据一实施方式的混合单元的示意图，其根据一实施方式具有脱气***；
图2示出了根据一实施方式的混合单元；以及
图3是根据一实施方式的方法的示意图。
具体实施方式
从图1开始，示出了混合单元100的示意图。混合单元100优选用于例如在液体食品应用中将液体流与粉末添加剂混合。因此，混合单元100可用于将奶粉添加到水中。
因此，混合单元100可以形成液体食品加工生产线或设备的一部分，由此附加的食品加工设备(未示出)可以布置成在混合单元100上游或下游与混合单元100流体连通。
混合单元100包括：低压容器110、经由液体入口122与容器110连通的液体供应***120、经由粉末入口132与容器110连通的粉末供应***130、以及经由产品出口112与容器110连通的排出***140。根据本文所述的实施方式，液体供应***120包括脱气***200，粉末供应***130包括空气分离器134，并且所述排出***140包括用于在增加的压力下泵送经混合的产品的泵142。
低压容器110可以封装各种混合设备(未示出)，例如具有转子和穿孔定子的涡轮机单元，以确保有效和可靠的混合处理。这种混合设备例如可从可商购的Tetra Almix在线真空高剪切混合器中获知。
低压容器110经由出口114与真空泵150连通，出口114优选地布置在容器110的上部位置。真空泵150被配置为在该容器110内部产生非常低的压力，该非常低的压力接近于(例如1℃附近或0-2℃)容器110内的液体产品的沸腾压力。
粉末供应***132的空气分离器134优选地包括具有与低压容器110的粉末入口132流体连通的粉末出口135的粉末旋风分离器。此外，粉末旋风分离器134具有可选地通过流量控制阀160与真空泵150流体连通的气体出口136。因此，真空泵150将从容器110以及从粉末旋风分离器134的气体出口136抽出诸如空气之类的气体。
因此，粉末经由粉末旋风分离器134引入，使得大部分载体空气能够流出，同时粉末落入混合器/真空容器110中。在某些实施方式中，优选两个或两个以上分离步骤，通过串联布置两个或两个以上旋风分离器134或通过使粉末在单个旋风分离器134上循环来实现。
排出***140优选地连接到容器110的下部，即出口112布置在竖直地低的位置处。泵142被配置为在增加的压强(例如3-4巴(g))下从容器110泵出经混合的产品。由此，来自混合的极少量剩余的空气将迅速溶解到水中，由于通过脱气***200对液体进行脱气，水很容易再次吸入空气进入溶解状态。优选地，阀144设置在出口泵142的下游，并且从泵142到压力增加点(即，在阀114的位置处)的流体通道对于溶解动力学(dissolving kinetics)应该足够长。该距离应该优选地被选择成使得产品流过该距离的时间大约是5-10秒。压力应优选缓慢地释放，以避免再次从溶解状态转变为气泡。这种缓慢的压力下降可以通过具有增加的内径的管道在例如1米的距离上来提供。
排出***140还可以包括冷却器146。如果在混合之后要将产品冷却，则推荐在泵142之后发生冷却，因为空气的溶解度越高，流体温度越低。
仍然参考图1，将更详细地描述液体供应***120的实施方式，特别是脱气***200的实施方式。脱气***200的目的是确保用于混合的水或液体在***内被脱气，从而在常温和常压下减少进入低压容器的大约3体积％的空气流。
在图1中示出了脱气***200的一个实施方式，该脱气***200被证明对于水尤为有利。
液体供应***120的脱气***200具有与低压容器110连接的流体通道202。节流点204设置成与低压容器110的入口212直接连接。入口212形成水平扩散和气泡分离通道。可选地，流体通道202与中间罐连接，并且出口泵可以设置并布置成与中间低压罐的出口流体连通。此外，真空泵可以经由在中间罐的顶部处的管连接以用于废气。冷水脱气可能需要非常低的压力。该压力取决于所需的溶氧量，但大约ΔT≈-5—-0.5℃。
节流点204通过高压降(例如>3.5巴)提供成核点。在节流点之后，压力应优选保持与真空容器中的压力相同或非常接近。因此，由于例如阀弯曲部或类似物而没有任何进一步的压降，节流点应该优选地直接连接到水平扩散和气泡分离通道，即入口212。这里进一步脱气与气泡分离一起进行。入口212的长度可以取决于期望的性能，但通常应在2-3m的范围内。直径很大程度上取决于所需的流速。入口212连接到容器110，或任选地连接到中间低压罐，在中间低压罐中低氧平衡水平以接近于对应于沸点(ΔT≈-0.5℃)的压力的真空压力占优势。因此，重要的是控制该压力接近沸腾，即接近闪蒸(flash)，但不会有闪蒸(flashing)的危险。
图2中示出了脱气器200的一个实例，该脱气器200可以形成混合单元100的一部分。将预热的牛奶供给到膨胀容器中，在该膨胀容器中真空被调节至与比预热温度低约7至8℃的沸点相当的水平。如果产品在68℃进入容器，温度将立即下降至68-8＝60℃。压力的下降将溶解的空气排出，该溶解的空气与牛奶中的一定量的水一起汽化(boil off)。蒸汽通过容器中的内置冷凝器，冷凝并流回到牛奶中，而汽化的空气通过真空泵被从容器中去除。
现在转向图3，将描述用于混合的方法300。该方法包括：第一步骤302，从根据关于图1的描述的包括脱气***200的液体供应***提供液体流。执行另一步骤304，以通过根据关于图1的描述包括空气分离器的粉末供应***提供一定量的粉末。在步骤306中，将所述液体流和所述一定量的粉末供给到低压容器中，以将所述液体与所述粉末混合；并且该方法还包括在压力下将所述经混合的产品从所述低压容器中泵出的步骤308。
主要参考几个实施方式描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附权利要求限定的本发明的范围内，除了上述公开的实施方式之外的其它实施方式同样是可能的。

Claims (11)

1.一种混合单元，其包括：低压容器(110)、经由液体入口(122)与所述容器(110)连通的液体供应***(120)、经由粉末入口(132)与所述容器(110)连通的粉末供应***(130)、以及经由产品出口(112)与所述容器(110)连通的排出***(140)，其特征在于
所述液体供应***(120)包括脱气***(200)，所述粉末供应***(130)包括空气分离器(134)，并且所述排出***(140)包括泵(142)，所述泵(142)用于通过泵送经混合的产品来增加所述经混合的产品的压力。
2.根据权利要求1所述的混合单元，其中所述液体供应***(120)的所述脱气***(200)包括与所述容器(110)的入口(212)直接连接的节流点(204)。
3.根据权利要求1或2所述的混合单元，其中所述容器(110)内的压力小于大气压。
4.根据权利要求3所述的混合单元，其中所述容器(110)内的所述压力等于在从产品温度扩展到高于所述产品温度10度的温度范围内的水的蒸汽压力。
5.根据前述权利要求中任一项所述的混合单元，其中所述粉末供应***(130)的所述空气分离器(134)包括多级空气分离器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的混合单元，其中所述粉末供应***(130)的所述空气分离器(134)是螺旋输送机。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的混合单元，其中所述粉末供应***(130)的所述空气分离器(134)包括粉末旋风分离器，所述粉末旋风分离器具有与所述粉末入口(132)流体连通的粉末出口。
8.根据权利要求7所述的混合单元，其还包括与所述低压容器(210)和所述粉末旋风分离器(134)的气体出口(136)流体连通的真空泵(150)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的混合单元，其还包括布置在所述泵(142)的下游的冷却器(146)。
10.一种液体产品加工生产线，其包括根据权利要求1-9中任一项所述的混合单元。
11.一种混合方法，其包括以下步骤：
从包括脱气***的液体供应***提供液体流；
通过包括空气分离器的粉末供应***提供一定量的粉末；
将所述液体流和所述一定量的粉末供给到低压容器以用于将所述液体与所述粉末混合；以及
通过将经混合的产品从所述低压容器泵出来增加所述经混合的产品的压力。
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