乳制品行业主要能耗点及低碳技术概述Word文档下载推荐.docx

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我国乳制品加工行业的产品种类很多，但主要品种有4种：

巴氏杀菌乳、灭菌乳、酸乳和乳粉。

1.1巴氏杀菌乳和灭菌乳

巴氏杀菌乳和灭菌乳的工艺流程为：

原乳→验收→净乳→冷却→贮乳→标准化→均质→杀菌/灭菌→冷却→包装→产品→贮藏

按照生产的工艺流程分析，巴氏杀菌乳的能耗点分述如下：

①净乳：

原料乳验收后必须进行净化处理。

净乳一般采用先过滤再离心的方法，能耗为机械设备用电。

②冷却：

净化后的原料乳应迅速冷却到4～10℃，以抑制细菌的繁殖，能耗为制冷设备用电。

③贮乳：

为保证连续生产的需要，乳品厂需要有一定数量的原料乳低温贮存罐，贮存期间不得超过10℃。

贮乳过程能耗为给冷却夹套内制冷介质提供冷量而产生的电耗。

④标准化：

标准化目的是为了确定杀菌乳中的脂肪含量。

现代乳制品生产一般采用直接标准化的方法，需要将乳加热至55～65℃，按照预先设定好的脂肪含量分离出脱脂乳和稀奶油，并根据最终产品的脂肪含量，由设备自动控制回流到脱脂乳和稀奶油的流量。

此部分的能耗包括加热的锅炉能耗和自动化设备的电耗。

⑤均质：

均质前需要进行预热，达到60～65℃。

然后采用两段式的均质方法。

此部分的能耗包括加热的锅炉能耗和均质设备的电耗。

⑥杀菌：

杀菌工艺主要能耗是提供杀菌蒸汽的锅炉能耗，还有少量的设备电耗。

⑦冷却：

杀菌后的牛乳应尽快冷却至4℃，能耗为制冷设备用电。

⑧包装：

包装过程主要是设备用电。

⑨贮藏：

巴氏杀菌乳在杀菌灌装后立即置于4℃条件下冷藏。

能耗源于制冷设备用电。

按照工艺流程分析，灭菌乳的主要能耗点和巴氏杀菌乳相同，只是具体工艺参数不同，一是杀菌的条件不同；

二是杀菌后冷却的温度不同。

液体乳加工过程的主要能耗点为杀菌工艺的锅炉供热，其次是制冷工艺的电耗，两者占总能耗的60%以上。

1.2酸乳

目前国内的酸乳根据工艺不同主要分两种：

搅拌型酸乳和凝固型酸乳，两种酸乳的工艺流程为：

搅拌型酸乳：

原乳→验收→净乳→冷却→贮乳→标准化→配料→均质→杀菌→冷却→接种、发酵→冷却→包装→产品→贮藏

凝固型酸乳：

原乳→验收→净乳→冷却→贮乳→标准化→配料→均质→杀菌→冷却→接种→包装→发酵→冷却→后熟→产品→贮藏

从原乳到标准化的前段工艺以及冷藏工段和巴氏杀菌乳相同，所以能耗点也相同，此处不再重复，和液体乳的不同之处如下：

（1）配料过程的供热和用电能耗。

凝固型酸乳添加配料时先将原料乳加热到50℃，再添加配料。

待加热到65℃时，过滤除杂，或者将配料配成一定浓度，杀菌后加入乳中。

能耗源于锅炉提供热量和过滤设备等的用电。

（2）发酵过程的搅拌和保温能耗。

发酵过程需要提供热量，保证乳酸菌的增殖，热源有电加热和蒸汽管道加热两种，搅拌型酸乳还要持续搅拌，能耗源于提供热源的电、搅拌机械用电和锅炉。

酸乳产品能耗最大的工段是发酵，其次是贮藏，两个工段的能耗占总能耗的60%左右。

1.3乳粉

目前国内乳制品加工企业的乳粉工艺流程大体如下：

原乳→验收→净乳→冷却→贮乳→标准化→均质→杀菌→浓缩→喷雾干燥→包装→产品→贮藏

乳粉的前段工艺：

从原乳到标准化和液体乳相同，所以能耗点也相同，此处不再重复分析，后段工艺和液体乳及酸乳的能耗点不同：

①浓缩过程的水蒸汽蒸发和提供真空的能耗。

浓缩通常采用单效或多效真空蒸发器进行。

水蒸汽蒸发需要提供热量，一般多效蒸发器比单效蒸发器蒸发单位质量的水蒸汽能效更高。

真空浓缩需要由锅炉产生的饱和蒸汽不断供给热量，还要使后段蒸汽冷却变成水排掉，需要泵提供真空。

所以此工段能耗巨大，包括锅炉、泵和制冷用电。

②喷雾干燥过程的水蒸汽蒸发能耗。

相比其他乳制品，乳粉的能耗最高，主要原因是液体乳中大量水分的蒸发耗能，体现在乳粉制备过程的预浓缩和喷雾干燥，这两个工序的能耗占总能耗的70%左右。

综合以上4种产品的能耗情况，可以看出乳制品加工企业的能耗主要包括锅炉燃煤（气，电），设备及厂区用电。

2乳制品生产过程中的低碳技术、设备和工艺[2-3]

乳制品企业可能采取的低碳技术很多，参考美国和加拿大关于乳制品行业的节能降耗文献资料，归类如下。

2.1具体乳制品加工工艺过程的低碳技术

（1）巴氏杀菌、消毒以及其他类似热处理的节能措施。

在热回收或者在现有回收单元增加板。

热回收是广泛应用技术，它把冷却巴氏杀菌乳的热加热原料乳，热回收效率超过95%。

采用少量的蒸汽完成加热原料乳，少量的制冷剂应用于完成冷却巴氏杀菌乳。

安装一个再回收工艺设施可节省费用。

采用再回收工艺的工厂，在现有回收单元基础上增加板是提高热回收经济性的方法。

（2）螺旋式热交换设施。

螺旋换热设施相比传统的管壳换热器可提供更快的热交换速度，减少故障，降低维修费用。

这种热交换方法使连续的巴氏杀菌和消毒工艺更加节能。

（3）增强热交换的技术。

污垢是乳制品加工厂中经常发生的，包括管路中和热交换表面变性的乳清蛋白和不溶性的磷酸钙盐。

清除污垢是提高热交换效率的最有效方法之一。

此外可通过将换热器的管壁表面粗糙化增加湍动，或者制作为可引起液体特殊流动的几何表面。

这些方法都能增加热交换的效率，减少能耗。

（4）维修。

蒸发系统中通常的耗能损失和热损失包括排气，辐射和传统的损失，真空系统效率低，空气泄漏，水泄漏，结垢和分离效率低。

及时维修蒸发系统能帮助减少和避免很多能源的损失。

一般而言，一个固定的维修系统包括检测和避免蒸汽系统泄漏；

清洗热交换表面，保证能量的有效交换；

检查和替换湿的、损坏或者腐朽的隔热设施；

保持蒸汽分离设施的清洁；

检查和避免水泄漏到系统中稀释产品；

保持蒸发过程的最佳压力。

（5）多效蒸发器。

一般而言，最大节能措施可通过采用多效蒸发器取代单效蒸发器。

（6）蒸汽再压缩。

一般而言，比多效蒸发器更有效的节能系统是采用蒸汽再压缩系统，其中存在蒸发的蒸汽被压缩（因此增加了蒸发温度），然后作为蒸汽再次引入加热体系。

（7）膜浓缩。

因为膜浓缩不需要相变（相对于蒸发），因此比传统的蒸发方法节能。

膜过滤系统已经成功应用于乳制品加工过程，不仅在酸乳的标准化中取代单效蒸发，而且用于其他产品以及蒸发前的浓缩，蒸发的预浓缩提高了固形物含量，降低了后续蒸发的能耗。

乳制品工业中最经常采用的膜过滤系统是反渗透和超滤。

（8）乳清粉生产过程中采用结晶工艺。

最直接的方法是通过蒸发的方法将乳清液浓缩到固含量45%，然后喷雾干燥。

如果乳糖在乳清液中结晶，会降低乳清粉的吸湿性，这个过程也称为高效浓缩，在干燥之前采用蒸发的方法从乳清中除去更多的水分。

虽然结晶步骤会增加4～24h的工艺操作时间，但相比直接干燥，每公斤产品的蒸汽耗量从6.6kg降到5.5kg。

如果采用多效干燥方法，蒸汽的耗量可下降到5.0kg/kg产品。

相比单级干燥节能约24%，此外，经过结晶乳糖处理后的乳清粉具有更高的抗结块性，产品质量更高。

（9）在干燥之前采用蒸发或者其他浓缩技术。

虽然干燥之前可以不采用任何浓缩工艺，但在去除水分方面干燥比膜浓缩和蒸发效率低，每去除1kg水的蒸汽耗量是6倍。

蒸发之前采用膜浓缩和蒸发的方法去除水分相比直接干燥节能。

（10）喷雾干燥温度的优化。

对于喷雾干燥的最有效节能方法是：

进风温度尽可能高，出风温度尽可能低。

（11）进气的战略布局。

进风的质量对喷雾干燥有很大的影响。

显而易见，热的进风优于冷的进风，因为在加热过程的能耗较低。

（12）进风的监测仪。

虽然喷雾干燥的条件不变，但实际进风的温度和湿度是变化的。

因此，干燥经常没有在最高效率下进行。

安装可随时监测进风温度和湿度的监测仪可帮助操作者根据进风条件的变化实时改变操作条件，节约能耗。

（13）多级干燥。

最近，两级或者三级干燥已经走进主流生产工艺过程。

多级干燥中间产品的水分含量可相对较高。

例如，喷雾干燥的粉末和大量过剩的空气混合，因此相比喷雾干燥高效得多，但流化床适宜干燥水分含量低的物料以避免结块，将其应用于干燥的后期，并和其他干燥方法配合使用，可节约能耗。

（14）余热的回收。

通常，干燥器外部的空气仍然很热，可进行余热回收。

估计可回收余热的30%。

但因为周围的空气经常被乳制品的微粒污染，需要过滤以避免回收的热空气污染。

（15）酸奶、奶酪和其他产品在发酵罐中良好的混合。

使一些需要发酵的乳制品进行良好的混合有很多好处。

可使产品更均一，更好的控制产品质量，降低温度梯度，产品的热传递效率更高，可以降低能耗。

（16）关于巴氏杀菌工艺。

利用脉冲电场技术巴氏杀菌。

利用脉冲电场技术对液体食品巴氏杀菌是一种新兴技术。

紫外线巴氏杀菌。

此技术采用高强度的紫外线对流动的液体进行巴氏杀菌。

高净水压的方法进行巴氏杀菌。

将液体装在一个相对灵活的容器中，浸入水中，获得极高的压力。

微滤作为巴氏杀菌的方法。

微滤和超滤反渗透相似，已经广泛应用于乳制品行业。

采用此类杀菌方法可替代原杀菌工艺所涉及的加热和冷却工序，节约能耗。

（17）采用酶法进行CIP清洗。

可节约水耗和能耗。

2.2非乳制品行业专属的低碳技术

2.2.1锅炉相关系统的低碳技术

（1）安装空气流动的自动监测器。

排出气体中CO或者烟气含量的增高是空气不足的信号，安装自动空气流动的监测器，可优化燃料和空气的比例，最大程度降低能耗和其他污染物的排放。

（2）因为锅炉中有孔隙，经常会有额外的烟气从中产生，这类孔隙会降低蒸汽的热传递效率并增加泵的负荷。

孔隙可通过修补进行改善，达到节能的目的。

（3）使用新的材料，例如陶瓷纤维，既可以更好的起到绝缘作用，又具有较低的热容。

（4）烟气的热回收经常是蒸汽系统热回收的最好途径。

烟气系统的回收热可用于预热锅炉水。

此技术较适合大型的锅炉，因为大型锅炉有空间回收更多的热量。

（5）冷凝水回收。

回用锅炉的冷却水可节约能源，减少锅炉给水量。

如锅炉采用新鲜给水，那首先要除去可能会在锅炉中产生沉积的固形物；

使用冷凝水可大量减少除去沉积物所需购买的化学试剂。

（6）放空的蒸汽回收。

当水从高压的锅炉中放出时，压力下降经常会产生大量的蒸汽。

这种蒸汽的温度较低，但可以应用于暖气和锅炉用水的预热。

除了节省能耗外，放空蒸汽的回用也可以降低蒸汽系统腐蚀的潜在危害。

（7）根据所需加热温度不同对热水体系进行分离。

在实际应用中需要各种不同温度的热水，使用不同的锅炉产生不同温度的水蒸汽可节约能耗。

（8）改善和维护蒸汽输送系统的隔热材料。

选择隔热材料的几个关键因素包括低导热性、温度改变时尺寸稳定性、防水和阻燃性。

当保温隔热系统维修后，系统外的保温材料需及时补充。

此外，保温材料在使用过程中还会变脆和腐烂，也需及时维护。

（9）蒸汽阀门的监测和维护。

简单的检修蒸汽阀门系统可确保它们正常运行，可用很少的费用节省大量的能耗。

2.2.2电机和泵系统的低碳技术

（1）电机的选择和合理使用。

选择电机时有几个因素很重要，包括电机的转速，功率，机箱类