換熱器的種類及在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1、食品工程原理與裝備課程論文換熱器的種類及在食品行業(yè)中的應(yīng)用學(xué)生姓名： 學(xué) 號：指導(dǎo)教師： 所在學(xué)院：專 業(yè)： 2012年3月?lián)Q熱器的種類及在食品行業(yè)中的應(yīng)用摘要：換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，在食品行業(yè)中應(yīng)用廣泛，本文根據(jù)不同的分類方法總結(jié)了現(xiàn)有換熱器的種類，以及其在食品行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。就其主要類型板式換熱器的發(fā)展現(xiàn)狀進行深入剖析，并探討新型換熱器的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：換熱器分類；板式換熱器；應(yīng)用；發(fā)展前景The heat exchanger type and the application in food industryAbstract: Heat exchanger is

2、 part of the thermal fluid flow of heat transfer fluid to cold of the equipment, and widely used in the food industry, according to the different classification method summarizes the existing types of heat exchanger, and the present situation of the application of the food industry. The main types o

3、f plate heat exchanger analyzes the current situation of the development, and discusses the prospect of the development of new type heat exchanger. Key word: heat exchanger classification; plate heat exchanger ; application ; development prospect 0前言換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多

4、工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器的種類繁多，有多種分類方法。近年來,隨著人們生活水平的提高,對食品需求旺盛,促使食品工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。為追求低成本、高效益,許多食品企業(yè)不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模,使得食品機械設(shè)備向大型化、連續(xù)化、自動化生產(chǎn)方向發(fā)展。另一方面,根據(jù)市場多樣化的需求,特別是一些農(nóng)副產(chǎn)品加工有其季節(jié)性的特點,要求設(shè)備適應(yīng)多目的生產(chǎn),以建立可多品種、少量且富有經(jīng)濟效益的生產(chǎn)體系。因此,作為食品加工中最基本的操作加熱、殺菌、冷卻用的熱交換器也要適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn),既要能對各種物性的原料進行熱處理

5、,又能加工季節(jié)制品。這不僅擴大了應(yīng)用范圍,也提高了運轉(zhuǎn)效率。由于食品加工日益復(fù)雜,必須根據(jù)行業(yè)自身生產(chǎn)特點設(shè)計、制造換熱設(shè)備,而在生產(chǎn)設(shè)備使用運轉(zhuǎn)的同時,還要注意防止鍋垢的附著,并采取有效的洗凈、滅菌等控制微生物繁殖的基本措施。1換熱器的種類1.1按原理分類直接接觸式換熱器這類換熱器的主要工作原理是兩種介質(zhì)經(jīng)接觸而相互傳遞熱量，實現(xiàn)傳熱，接觸面積直接影響到傳熱量，這類換熱器的介質(zhì)通常一種是氣體，另一種為液體，主要是以塔設(shè)備為主體的傳熱設(shè)備，但通常又涉及傳質(zhì)，故很難區(qū)分與塔器的關(guān)系，通常歸口為塔式設(shè)備，電廠用涼水塔為最典型的直接接觸式換熱器。蓄能式換熱器(簡稱蓄能器)這類換熱器用量極少，原理是熱

6、介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之到達傳熱量的目的。間壁式換熱器這類換熱器用量非常大，占總量的99%以上，原理是熱介質(zhì)通過金屬或非金屬將熱量傳遞給冷介質(zhì)，這類換熱器我們通常稱為管殼式、板式、板翅式或板殼式換熱器。1.2按傳熱種類分類無相變傳熱一般分為加熱器和冷卻器。有相變傳熱一般分為冷凝器和重沸器。重沸器又分為釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽發(fā)生器、廢熱鍋爐。1.3按傳熱元件分類1.3.1管式傳熱元件(1)浮頭式換熱器(2)固定管板式換熱器(3)填料函式換熱器(4)U型管式換熱器(5)蛇管式換熱器(6)雙殼程換熱器(7)單套管換熱器(8)多套管

7、換熱器(9)外導(dǎo)流筒換熱器(10)折流桿式換熱器(11)熱管式換熱器(12)插管式換熱器(13)滑動管板式換熱器板式傳熱元件(1)螺旋板換熱器(2)板式換熱器(3)板翅式換熱器(4)板殼式換熱器(5)板式蒸發(fā)器(6)板式冷凝器(7)印刷電路板板換熱器1.4非金屬材料換熱器分類(1)石墨換熱器(2)氟塑料換熱器(3)陶瓷纖維復(fù)合材料換熱器(4)玻璃鋼換熱器1.5空冷式換熱器分類(1)干式空冷器(2)濕式空冷器(3)干濕聯(lián)合空冷器(4)電站空冷器(5)表面蒸發(fā)式空冷器(6)板式空冷器(7)能量回收空冷器(8)自然對流空冷器(9)高壓空冷器(10)穿孔板換熱器1.6按強化傳熱元件分類(1)螺紋管換熱

8、器(2)波紋管換熱器(3)異型管換熱器(4)表面多孔管換熱器(5)螺旋扁管換熱器(6)螺旋槽管板換熱器(7)環(huán)槽管換熱器(8)縱槽管換熱器(9)螺旋繞管式換熱器(11)T型翅片管換熱器(12)新結(jié)構(gòu)高效換熱器(13)內(nèi)插物換熱器(14)鋸齒管換熱器2 主要換熱器板式換熱器的發(fā)展現(xiàn)狀板式換熱器是由許多沖壓成型的不銹鋼薄板，通過密封墊圈由導(dǎo)桿及兩端的壓緊裝置組合成一體，其中間的板片數(shù)可根據(jù)生產(chǎn)狀況隨意調(diào)節(jié),冷熱流體在薄壁傳熱板兩側(cè)互相對流，進行熱交換。1這一結(jié)構(gòu)特征使得板式換熱器不僅能滿足食品工業(yè)用熱交換設(shè)備的基本要求，還具有其自身獨有的優(yōu)點：a.熱傳遞效率高,K值可達23004000(W/m2&

9、#183;K)；b.流體湍流效果好,傳熱面上鍋垢難以結(jié)附；c.傳熱面的流體流動分布比較均勻,物料受熱時間短,不致于產(chǎn)生過熱現(xiàn)象；d.加熱、冷卻及熱回收容易組合成整體，在一個換熱設(shè)備內(nèi)同時完成。只要把受熱后的物料作為熱源對剛進入的流體進行預(yù)熱，則可以達到兩股流體各自需要冷卻或加熱的操作要求，一舉兩得，節(jié)約能源，而且處理設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。所以，在乳品、果汁飲料、清涼飲料以及啤酒、冰淇淋等液態(tài)食品加工中，板式換熱器被廣泛用于高溫短時(HTST)和超高溫(UHT)殺菌。當然，板式換熱器也存在明顯缺點，要引起足夠重視，主要有：a.壓力損失大；b.耐壓性能低，密封圈易老化、破損，操作溫度較高時尤易出現(xiàn)這種現(xiàn)象

10、，使得工作溫度受到限制；c.傳熱板的壽命有限。2針對存在的這些缺陷，在實際使用過程中，應(yīng)從設(shè)備結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝多種角度出發(fā)，采取各種有效措施，不斷提高設(shè)備的承壓能力和使用壽命。而就壓力損失大而言，由于其傳熱效率高，與管式換熱器相比，可以使物料以較低的流速流動，以此來控制換熱器的總壓力損失。邢漢鈞，高長林（2000年）將板式換熱器應(yīng)用于凍熟龍蝦冷卻工藝，并對用于此工藝的板式換熱器進行工藝改良。改造后試運轉(zhuǎn)十分成功,進口水壓0.1MP左右,溫度19,運行壓力0.16-0.2MP,出水溫度8-9,出水量7-8m3/h系統(tǒng)工作很穩(wěn)定。3杜勝娟（1999年）表明云南一些亞法糖產(chǎn)使用進口板式換熱器用于糖汁加

11、熱，并在蒸發(fā)中采用了板式換熱器。節(jié)能效果尤為顯著，密封問題也能得到良好改善。4孟智慧（2009年）指出，應(yīng)用于飲料行業(yè)的板式換熱器需要滿足一下基本要求。（1）對飲料的安全性。（2）便于清洗，易于拆洗。（3）減少容器內(nèi)殘液積留，防止異物混入。53新型換熱器及應(yīng)用近年來，隨著強化傳熱理論的發(fā)展和機械加工技術(shù)的提高，國內(nèi)外出現(xiàn)了許多新型高效的換熱器，下面介紹幾種新型換熱器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。63.1Packinox換熱器Packinox換熱器是一個所有部件都焊接且無密封圈的板式換熱器。在1980年由Nouvelles應(yīng)用技術(shù)公司發(fā)明，它是用爆炸法成波紋狀傳熱面積堆積而成，各板側(cè)面間隙用焊接焊成，從而形成管

12、束狀的帶型，通常管束狀的帶型填充在耐壓的容器內(nèi)，各流體在板間交錯流動或完全逆向流動，結(jié)構(gòu)緊湊。緊湊、輕型的Packinox換熱器采用各種金屬合金制成，能提供的表面積為100010000m2。承受的壓力差可達到4MPa。Packinox也成功地應(yīng)用于COR催化重整裝置的復(fù)合供給換熱器。80年代以后，日本隨著系統(tǒng)設(shè)備改進，需要反應(yīng)系統(tǒng)低壓化，因此對復(fù)合供給換熱器提出了更高的要求，即低壓力損失設(shè)計和對于厚漿進料必須具備高度的二相流均一分散要求。采用Packinox換熱器則其橫向溫度小，熱回收量增加，從而能解決以前的佛瑟法循環(huán)中機器故障的發(fā)生，化學(xué)洗滌法的確定等問題，增加了熱回收的經(jīng)濟性和完全逆流。P

13、ackinox換熱器具有重量輕、體積小、配管費用和建設(shè)減小的特性，因此得到廣泛應(yīng)用。3.2薄板型(Lamella)換熱器由西德ALFA-LAVAL公司生產(chǎn)的薄板型換熱器，其每一部件由兩個薄金屬片組成，金屬片之間用等離子焊接一起，在邊緣形成一長而窄的流動隧道或薄層，在沿金屬片的長度方向有一排凹痕，這些金屬片是用凹痕點焊成，利用凹痕可以增加湍流和加強薄片強度，以承受很高的操作壓力。由于薄板型換熱器無折流板，因此能提供正確的逆向流動，在兩邊之間單一的縱向流動可以減小污濁和允許最大壓力損失的利用。這無疑對于泥漿料和纖維狀物料可以容易操作。 薄板型換熱器結(jié)構(gòu)輕型、緊湊，它不限于應(yīng)用單相流動，還可以用于冷

14、凝和蒸發(fā)。3.3塊式換熱器塊式換熱器是西德Sigri和Hoechst Ceram技術(shù)股份公司發(fā)明的，用于硅滲入碳化硅，它具有特殊耐熱、高濃度、耐氯化和氧化的特點，其容許溫度達13001400。并能處于冷卻狀況下進行操作。塊式換熱器是熱導(dǎo)率為120W/m.K的陶瓷材料制成的，塊式元件用0.8mm厚的卡片材料逐層重疊，并由陶瓷燒結(jié)而成。在燒制陶瓷時，不但在大部分硅滲入碳化硅陶瓷上遺留細孔，而且完全緊密。通過這種特殊的均勻結(jié)構(gòu)和均勻細孔，能提高耐腐蝕持久性能最高進氣溫度可達200。3.4毛細板式換熱器毛細板式換熱器是由西德Enka公司制造的，這種緊湊換熱器具有從污染物和廢氣中獲熱的特殊功能。參考文獻：1傅玉穎.板式換熱器在食品工業(yè)中的應(yīng)用特點及維護.食品工業(yè)科技J,20