自适应热交换立式牛奶发酵罐及其高效牛奶发酵工艺的制作方法

本发明涉及乳制品加工设备及工艺领域，具体涉及一种自适应热交换立式牛奶发酵罐及其高效牛奶发酵工艺，特别适用于各类发酵乳制品的工业化生产。

背景技术：

1、随着乳制品行业的快速发展，对高品质发酵乳制品的需求日益增长。牛奶发酵罐作为乳制品生产中的关键设备，其性能直接影响产品质量和生产效率。然而，现有技术中的牛奶发酵罐仍存在一些待解决的问题，主要包括热交换性能不足、温度控制不精确、搅拌效果欠佳等。

2、本技术人的在先发明专利申请：国际公布号wo 2022/016989 a1公开了一种牛奶发酵罐，旨在解决现有技术中热交换性能差且容易产生旋涡效应的问题。该发明包括外包筒体和内胆筒体，内胆筒体外表面盘绕有若干段互相独立的盘管，每段盘管都连通有进水管和出水管。外包筒体与内胆筒体之间填充有保温层。内胆筒体内设有竖直且只能自转的转轴，转轴上固定有非对称搅拌叶片。外包筒体上固定有驱动转轴转动的电机。这种设计旨在提高热交换性能，并通过非对称搅拌叶片避免搅拌时产生旋涡效应。

3、授权公告号cn 220756399 u则公开了一种液态奶发酵冷却设备，主要解决发酵后快速冷却的问题。该实用新型包括发酵罐，发酵罐内部开设有换热腔，换热腔内安装有冷却盘管和均温板。罐盖上安装有驱动电机，通过传动杆和转杆连接搅拌杆。这种设计通过冷却盘管和均温板的配合，旨在实现牛奶的快速冷却，并保证发酵的稳定性。

4、尽管上述技术方案在一定程度上改善了牛奶发酵罐的性能，但仍存在一些局限性：

5、1.热交换效率：虽然采用了盘管或冷却盘管设计，但热交换介质与发酵物料的接触面积有限，影响热交换效率。

6、2.温度控制精度：现有技术缺乏对发酵过程中温度变化的精确响应机制，难以根据发酵阶段的不同需求动态调节温度。

7、3.搅拌均匀性：虽然采用了非对称搅拌叶片或简单的搅拌杆，但难以在发酵全程保持最佳的搅拌效果，特别是在应对不同粘度的发酵物料时缺乏灵活性。

8、4.能源效率：现有设计在热交换和搅拌过程中的能源利用效率仍有提升空间。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明通过创新的活动式叶片组设计，结合柔性中空流管热交换系统和智能一体化控制，实现了牛奶发酵过程中的自适应搅拌、精确温控和高效热交换，显著提升了发酵乳制品的质量和生产效率，为乳制品行业提供了兼具灵活性和智能化的新一代生产解决方案。

2、本发明实施例的技术方案提供了一种自适应热交换立式牛奶发酵罐，包括：外包筒体；同轴嵌套于所述外包筒体内的内胆筒体；设置于所述内胆筒体内的搅拌组件，所述搅拌组件包括：转轴；可拆卸地固定于所述转轴上的搅拌框体；安装在所述搅拌框体一半区域的固定式叶片组；安装在所述搅拌框体另一半区域的活动式叶片组。

3、有益效果：整体结构设计：外包筒体和内胆筒体的同轴嵌套设计提高了结构稳定性和热交换效率。搅拌组件创新：固定式叶片组和活动式叶片组的组合设计实现了高效搅拌，适应不同发酵阶段的需求。可拆卸搅拌框体：便于清洁和维护，提高了设备的卫生标准和使用寿命。

4、作为优选，所述搅拌框体的主体结构从中心区域延伸至靠近内外边缘的区域被设计成具有柔性中空的流管；所述转轴为中空设计，在与所述搅拌框体的连接处设有连通孔，所述连通孔与所述流管形成闭环循环系统。有益效果：柔性中空流管设计：显著增加了热交换面积，提高热交换效率。闭环循环系统：确保热交换介质的高效循环，实现精确的温度控制。一体化设计：将搅拌和热交换功能集成，优化了空间利用，提高了整体效率。

5、作为优选，所述流管上设有进管和出管，用于热交换介质的循环。有益效果：独立进出管设计：便于控制热交换介质的流向和流量，实现更精确的温度调节。灵活性：可根据不同发酵阶段的需求调整热交换介质的温度和流量。

6、作为优选，还包括设置在所述转轴靠近所述内胆筒体底部的机械式调节阀门，用于控制所述进管的介质流量或压力。有益效果：精确流量控制：机械式调节阀门能够精确控制热交换介质的流量或压力，实现更精细的温度管理。位置优化：设置在转轴底部，减少对发酵物料的干扰，同时便于维护。

7、作为优选，所述调节阀门通过拉绳与所述活动式叶片组相连，实现自动调节。有益效果：自动调节机制：通过拉绳连接活动式叶片组和调节阀门，实现搅拌强度和热交换效率的自动协调。适应性强：能够根据发酵过程中物料粘度的变化自动调整搅拌和热交换参数。

8、作为优选，所述搅拌框体以中心旋转轴为分隔线，设计成两个可组合为一的独立构件。有益效果：模块化设计：便于安装、拆卸和清洁，提高了设备的维护效率。灵活性：可根据不同产品需求更换或调整搅拌框体构件。

9、作为优选，所述活动式叶片组包括：一动叶片，其一端铰接于所述搅拌框体的下框；一弹性板件，其一端铰接于所述搅拌框体的外侧框，另一端铰接于所述动叶片；一弧形导轨，其圆心为所述动叶片的铰接点。有益效果：动态适应：动叶片、弹性板件和弧形导轨的组合设计使叶片能够根据物料粘度自动调整位置。均匀搅拌：避免了传统固定叶片可能造成的死角，提高了搅拌均匀性。

10、本发明实施例的技术方案还提供了一种运用上述的自适应热交换立式牛奶发酵罐的高效牛奶发酵工艺，包括以下步骤：

11、(1) 原料准备：选用优质生牛奶，调整脂肪含量和总固形物含量；

12、(2) 预处理：加热调配好的牛奶并添加稳定剂；

13、(3) 均质：对混合物进行高压均质处理；

14、(4) 杀菌：对均质后的混合物进行巴氏杀菌并迅速冷却至发酵温度；

15、(5) 接种：将冷却后的混合物输送至热交换优异立式牛奶发酵罐，添加发酵剂；

16、(6) 发酵：启动发酵罐搅拌系统，控制温度，利用活动式叶片组和流量调节机制自动调整搅拌强度和热交换介质流量；

17、(7) 冷却：发酵结束后迅速冷却；

18、(8) 灌装：将冷却后的发酵乳进行无菌灌装；

19、(9) 后熟成：在低温条件下完成后熟成过程；

20、(10) 质量控制：进行感官检查、理化指标检测和微生物检测；

21、(11) 包装与储存：进行最终包装并冷藏储存。

22、有益效果：全面工艺流程：涵盖了从原料准备到最终产品储存的完整流程，确保产品质量的一致性。优化每个环节：每个步骤都经过精心设计，以最大化产品质量和生产效率。

23、作为优选，步骤(6)中，发酵初期活动叶片处于最大半径位置，中期逐渐向内收缩，后期接近最小半径位置。有益效果：动态搅拌调节：根据发酵阶段自动调整搅拌强度，避免了过度搅拌或搅拌不足的问题。优化发酵条件：确保在每个发酵阶段都能维持最佳的物料流动和混合状态。

24、作为优选，步骤(6)中，通过与活动叶片连接的调节阀门自动调整热交换介质流量，发酵初期阀门开度较大，后期开度减小。有益效果：智能温控：通过自动调节热交换介质流量，实现了精确的温度控制。能源效率：根据发酵需求动态调整热交换强度，避免了能源浪费。

25、作为优选，步骤(7)中，将温度在30分钟内降至20℃以下，同时将搅拌速度降低至10rpm。有益效果：快速冷却：30分钟内将温度降至20℃以下，有效控制了后发酵，保证产品质量。温和搅拌：降低搅拌速度至10rpm，避免了冷却过程中对凝乳结构的破坏。

26、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

27、本发明的自适应热交换立式牛奶发酵罐及其高效牛奶发酵工艺通过创新的结构设计和智能控制系统，实现了多方面的显著优势：首先，其独特的柔性中空流管设计大幅提升了热交换效率，配合智能调节阀门实现了精确的温度控制；其次，固定式和活动式叶片组的创新组合，结合自动调节机制，确保了在不同发酵阶段都能保持最佳搅拌效果，有效避免了旋涡效应；一体化的智能控制系统实现了搅拌强度和热交换效率的自动协调，根据物料粘度变化动态调整参数；此外，模块化和可拆卸的结构设计大大提高了清洁和维护效率；最后，优化的全面工艺流程从原料准备到产品储存各个环节都经过精心设计，确保了产品质量的一致性和生产效率的提升。这些创新不仅显著提高了发酵乳制品的质量和生产效率，还优化了能源利用，降低了生产成本，为乳制品行业的可持续发展提供了强有力的技术支持。