第六章加熱殺菌設備剖析

1、乳品機械與設備第六章 加熱殺菌設備第一節(jié) 板式熱交換設備傳熱的三種方式傳熱的三種方式 對流傳送對流傳送能量被運動著的聚合在一起的細小的物質所傳送自然的能量被運動著的聚合在一起的細小的物質所傳送自然的對流是由于不同的物質密度對流是由于不同的物質密度Natural 外力作用的對流是外力作用的對流是由人工造成的由人工造成的 (例如例如. 泵泵) 傳導傳導 分子或原子的振動分子或原子的振動 沒有傳熱介質沒有傳熱介質 輻射（放射）輻射（放射） 電磁波電磁波 當它到達物體時，它有當它到達物體時，它有3個選擇方向個選擇方向: 沒有傳熱介質沒有傳熱介質反射反射Absorbed傳輸傳輸例如：在海灘上的一天例如：

2、在海灘上的一天，輻射輻射對流對流傳導傳導 - 可以忽略可以忽略 - 在一定狀況下，需引起注意和考慮的在一定狀況下，需引起注意和考慮的 - 對！這是最有效的傳熱方式對！這是最有效的傳熱方式在這三種方式中對于換熱哪一在這三種方式中對于換熱哪一個個是最主要和重要的呢？是最主要和重要的呢？ 輻射輻射? 傳導傳導? 對流對流? 一、板式換熱器的結構 1.整體結構 前支柱前支柱 活動壓緊板活動壓緊板 上下導桿上下導桿 密封墊圈密封墊圈 傳熱板傳熱板 壓緊裝置壓緊裝置 中間板中間板生產(chǎn)線上的板式熱交換器PHE - 3 維圖像維圖像PHE 分解分解2.傳熱板板片沖有波紋的作用：（1）增強傳熱板的剛性和強度。（

3、2）使流體多次改變方向形成湍流，不僅能消除表面的滯留層，而且提高了流體的傳熱效果。（3）增加了傳熱面積，利于流體的均勻分布。（4）使結垢的可能性為最低。流體原理流體原理 流體的二種流動形式流體的二種流動形式： 層流：層流：當流體以較小的流速流經(jīng)管道時，流體成當流體以較小的流速流經(jīng)管道時，流體成平穩(wěn)狀態(tài)通過全管，流體的質點作平行運動，與平穩(wěn)狀態(tài)通過全管，流體的質點作平行運動，與旁側的流體并無宏觀的混合，此流動形態(tài)稱之為旁側的流體并無宏觀的混合，此流動形態(tài)稱之為層流。層流。傳導1.層流層流流體的速度分布圖流體的速度分布圖流體流動的形狀流體流動的形狀流體原理流體原理 流體的二種流動形式流體的二種流動

4、形式 湍流：湍流：當流體以較高流速流經(jīng)管道時，流體成波當流體以較高流速流經(jīng)管道時，流體成波動狀態(tài)，并形成旋渦向四周散開，與旁側的流體動狀態(tài)，并形成旋渦向四周散開，與旁側的流體相混合，此種流動形態(tài)稱之為湍流。相混合，此種流動形態(tài)稱之為湍流。2.湍流湍流流體的速度分布圖流體的速度分布圖流體流動的形狀流體流動的形狀對流對流傳導傳導（3）板片）板片- 波紋作用波紋作用板片板片 主要結構主要結構這么薄的板片都是一片一片在水壓下冷成形的這么薄的板片都是一片一片在水壓下冷成形的 ( 壓力到達壓力到達 40,000 噸噸)主要換熱區(qū)域主要換熱區(qū)域巧克力分布去巧克力分布去懸掛槽懸掛槽進口進口/ 出口出口密封口密

5、封口/無流經(jīng)口無流經(jīng)口密封墊和密封槽密封墊和密封槽泄漏槽泄漏槽帶膠圈的板式熱交換器帶膠圈的板式熱交換器兩種波紋兩種波紋 H型型 和和 L型型:3.密封墊圈采用無毒性、耐高溫、耐酸耐堿的合成橡膠墊圈密封墊密封墊 外形和密封槽外形競爭對手密封槽高度壓緊密封有泄漏的隱患. 打開時.有吹出的危險. 所不同的是使用受命和可靠安全性完全吻合密封墊無需膠水操作可靠無需膠水操作可靠定位可靠定位可靠更換膠圈可以現(xiàn)場進行更換膠圈可以現(xiàn)場進行專利專利T T型夾型夾, , 無需任何工無需任何工具具二、流體在傳熱板間的流動 1.傳熱板的工作過程二、流體在傳熱板間的流動 1.傳熱板的工作過程180二、流體在傳熱板間的流動

6、 1.傳熱板的工作過程 為了增大傳熱效果，各傳熱板之間的距離應盡可能小一些，但大量的流體流過窄小的通道時，物料的流速和壓力差會變得很大，這不利于物料的穩(wěn)定流動。2.傳熱板的表示方法物料物料熱介質熱介質三、板式換熱器的組合 1.一段式板式換熱器2.三段式板式換熱器%100)()(ipirttttrtitpt R 熱回收效率；熱回收效率；熱交換后牛奶的溫度；熱交換后牛奶的溫度； 原乳進口溫度；原乳進口溫度；巴氏殺菌溫度；巴氏殺菌溫度；3.四段式板式換熱器第一段較低溫度熱回收段，第一段較低溫度熱回收段，溫度一般溫度一般65，適合進行脫，適合進行脫氣或均質處理。氣或均質處理。4.五段式板式換熱器先用冷

7、卻水冷卻后，再用先用冷卻水冷卻后，再用冰水將物料冷卻至冰水將物料冷卻至4 ，這樣節(jié)約了冰水，降低這樣節(jié)約了冰水，降低了成本。了成本。四、完整的板式熱交換器四、完整的板式熱交換器1.完整的板式換熱器的組成完整的板式換熱器的組成（1）平衡槽）平衡槽 （7）保持管）保持管（2）供料泵）供料泵 （8）增壓泵）增壓泵 （3）流量控制器）流量控制器 （9）熱水加熱系統(tǒng)）熱水加熱系統(tǒng)（4）熱回收系統(tǒng)）熱回收系統(tǒng) （10）冷卻系統(tǒng)）冷卻系統(tǒng)（5）離心分離機）離心分離機 （11）轉向閥）轉向閥（6）巴氏殺菌）巴氏殺菌 （9）.熱水加熱系統(tǒng) 大氣壓下的熱水或飽和蒸汽常被用作巴氏殺菌器中的加熱介質，而熱蒸汽由于它的

8、溫差高而不采用。所以使用最普遍、最典型的加熱介質是比要求的產(chǎn)品溫度高2-3的熱水。壓力為600-700kpa(6-7bar)的蒸汽從乳品廠的鍋爐中輸送出來。這個蒸汽用于加熱水，然后熱水加熱產(chǎn)品達到巴氏殺菌溫度。圖7.2 所示的水加熱器是一個封閉的系統(tǒng)。它包含有一個專門設計的、小巧的、很簡單的板式熱交換器（3），此交換器上還備有蒸汽調節(jié)閥（2）和疏水器（4）。介質水借助于離心泵（5）在加熱器（3）和巴氏殺菌器中的加熱段之間進行循環(huán)溫度控制TT 溫度傳感器1 保持管2 增壓泵3 轉向閥產(chǎn)品蒸汽加熱介質冷卻介質轉向液流設備上部的保溫管五、板式熱交換器的特點 1.傳熱效率高 2.結構緊湊、占地面積小五

9、、板式熱交換器的特點五、板式熱交換器的特點（3）節(jié)約熱能量、熱回收效率高 （4）適宜于熱敏性物料的殺菌（5）具有較大的適應性 （6）能保證操作安全和產(chǎn)品的衛(wèi)生 （7）自動化程度高 （8）清洗方便（9）可以多種介質同時換熱 六、板式熱交換器在使用時的注意事項 1.盡量避免板片兩側面產(chǎn)生較大的壓力差。 2.不得使用對板片有腐蝕作用的介質。 3.不得使用溫度較低的冷卻介質。 4.橡膠密封墊圈的使用壽命。 七、板式熱交換器常見的故障 1.工作壓力增大。 2.傳熱效率逐漸降低。 3.泄露。第二節(jié) 管式熱交換器 一.結構閥泵均質機脫氣罐管式換熱器二、管式熱交換器的工作原理 三、三、利樂利樂UHT操作介紹操

10、作介紹Index注意一些標志 符號說明M 泵V 閥Bar 巴（壓力的單位 1 巴=100 千帕）BTD 產(chǎn)品平衡缸TT 溫度傳感器AIC 無菌中間清洗CIP 原地清洗LIC 液位控制器PT 壓力傳感器HMI 圖像式人機對話操作系統(tǒng)界面TA FLEX 利樂超高溫滅菌設備PLC 可編程邏輯控制器1、控制部分、管線2、脫氣罐3、均質機4、換熱器控制柜、觸摸屏：1. 溫度記錄儀 2. 操作板，TPOP 型3. 緊急停車按鈕(全部停車)4. 本地/遠程開關5. 蒸汽開關6. 機器主電源開關緊急停機按鈕 按下其中一個EMERGENCY STOP（緊急停機）按鈕，即可立即停止 設備運行。紅燈表示緊急停機按鈕

11、已經(jīng)按下。 黃燈 閃爍的黃燈：未確認的報警 持續(xù)亮著的黃燈：已確認的報警 綠燈 持續(xù)亮著的綠燈：正在運行的功能 閃爍的綠燈：需要操作人員采取措施或停止功能（清洗） 主屏幕及按鈕說明操作菜單按鈕數(shù)據(jù)簿按鈕報警列表按鈕服務菜單按鈕無菌水 生產(chǎn)停機產(chǎn)品供應泵沖洗清洗外部冷卻器 操作菜單操作菜單Index 報警菜單報警菜單報警指示和故障處理報警指示和故障處理Sterilizing temperatureProduct temperatureCIP temperatureLevel fault in balance tankMotor faultCausticAcidWater pressureCool

12、ing water pressureAirpressure in panelSteam pressureValve faultLevel fault vacuum vessel脫氣罐液位報警Aircooler in cabinet電柜空調故障Battery fault in PLCPLC 電池故障Aseptic tank無菌罐故障Communication fault PLC PLC 通訊故障Filling machine fault灌裝機故障Index殺菌溫度報警產(chǎn)品溫度報警CIP 溫度報警平衡缸液位故障馬達故障堿報警酸報警水壓報警冷卻水壓力報警壓縮空氣報警蒸汽壓力報警閥故障生產(chǎn)參數(shù)菜單生產(chǎn)

13、參數(shù)菜單 Index 產(chǎn)品流量選擇菜單產(chǎn)品流量選擇菜單Index按鈕功能介紹按鈕功能介紹 Index升溫生產(chǎn)降溫供料泵水沖酸堿單堿附加酸堿單堿酸堿 Index按鈕功能介紹按鈕功能介紹 閥動作選擇清洗供料管線選擇排地選擇回收選擇脫氣罐選擇附加冷卻選擇 Index按鈕功能介紹按鈕功能介紹 功能確認功能取消遠程本地控制指示開機條件檢查菜單流量產(chǎn)品選擇菜單返回按鈕操作菜單監(jiān)控菜單 Index按鈕功能介紹按鈕功能介紹 升溫指示進料指示 降溫指示 供料泵指示 水沖指示 指示 附加冷卻指示報警菜單服務菜單電氣柜危險！ 危險電壓。 電擊將有可能造成人員死亡或嚴重的人身傷害。 在對電氣柜內部進行檢修前，必須將電

14、源隔離開關置于切斷位置，并加 鎖固定。工藝流程工藝流程V74AV78V98V97V96V94CV94V53V51V20V32M2M4CV53V52V99V22V68V66M9M10V44V26V63V64TT71TT44TT42TT45TT8TT9TT10TT64LSL66LT65TT99CV66TT26V14V13.2V13.1V15V08CV11TT01PI01TT02M11V19PT32APT32BV34TT03PI03PI03工藝流程 預殺菌V74BV78V98V97V96V94CV94V53V51V20V32M2M4CV53V52V99V22V68V66M9M10V44V26V63V

15、64TT71TT44TT42TT45TT8TT9TT10TT64LSL66LT65TT99CV66TT26V14V13.2V13.1V15V08CV11TT01PI01TT02M11V19PT32APT32BV34TT03PI03PI04PI03工藝流程 生產(chǎn)V74V78V98V97V96V94CV94V53V51V20V32M2M4CV53V52V99V22V68V66M9M10V44V26V63V64TT71TT44TT42TT45TT8TT9TT10TT64LSL66LT65TT99CV66TT26V14V13.2V13.1V15V08CV11TT01PI01TT02M11V19PT32

16、APT32BV34TT03PI03PI04PI03工藝流程 CIP 三、管式接交換器的特點三、管式接交換器的特點（1）適合超高溫殺菌）適合超高溫殺菌（2）可以處理含有一定顆粒的產(chǎn)品）可以處理含有一定顆粒的產(chǎn)品 （3）運行時間長）運行時間長 （4）熱回收率低）熱回收率低 （5）更易清洗和檢修）更易清洗和檢修 管式換熱器特點 強壯設計足以強壯設計足以 承受惡劣的承受惡劣的生生 產(chǎn)條件產(chǎn)條件浮動頭設計浮動頭設計衛(wèi)生級的設計衛(wèi)生級的設計產(chǎn)品安全產(chǎn)品安全有賴于高標準的衛(wèi)生設計及檢查的方便性有賴于高標準的衛(wèi)生設計及檢查的方便性.產(chǎn)品加工的靈活性產(chǎn)品加工的靈活性有賴于管式消毒機可以長時間加工產(chǎn)品及根據(jù)產(chǎn)品有

17、賴于管式消毒機可以長時間加工產(chǎn)品及根據(jù)產(chǎn)品所帶的纖維和顆粒靈活地進行調整所帶的纖維和顆粒靈活地進行調整.加工工藝的最佳解決方案加工工藝的最佳解決方案有賴于我們運用方面的知識及全方位的應用，管式有賴于我們運用方面的知識及全方位的應用，管式消毒機加工的產(chǎn)品具有貨架期長，產(chǎn)品特性保持良好，消毒機加工的產(chǎn)品具有貨架期長，產(chǎn)品特性保持良好，及產(chǎn)品范圍廣泛的特點及產(chǎn)品范圍廣泛的特點. 壽命長壽命長有賴于我們設備的懸浮設計，管式消毒機的加熱平穩(wěn)，有賴于我們設備的懸浮設計，管式消毒機的加熱平穩(wěn)，熱吸收效率高熱吸收效率高.管式換熱器特點管式消毒機的工作原理冷卻后產(chǎn)品出口冷卻后產(chǎn)品出口熱產(chǎn)品進口熱產(chǎn)品進口冷卻水冷

18、卻水冷卻水出口冷卻水出口冷卻段冷卻段ProductShellconnection connection 直接熱回收的工作原理未加工產(chǎn)品未加工產(chǎn)品加工后產(chǎn)品加工后產(chǎn)品最終加熱段最終加熱段 預熱段預熱段, 熱水熱水加熱器四、生產(chǎn)線上的管式熱交換器四、生產(chǎn)線上的管式熱交換器第三節(jié) 套管式超高溫殺菌設備 一.基本結構二 工作過程溫度為溫度為5的物的物料經(jīng)三通旋塞料經(jīng)三通旋塞進料閥進料閥5再由供再由供料泵料泵6輸送，料輸送，料液進人套管液進人套管8在雙套管在雙套管8預熱預熱至至80 ，經(jīng)高，經(jīng)高壓泵壓泵4后，通過后，通過單螺旋管進入單螺旋管進入加熱區(qū)加熱區(qū)9高壓泵高壓泵4為均質為均質機，有均質功機，有均

19、質功能，也對整個能，也對整個超高溫起到主超高溫起到主要的流量調節(jié)要的流量調節(jié)作用作用在加熱器在加熱器9中物中物料被瞬時滅菌料被瞬時滅菌溫度達到溫度達到120-135 ，出加熱器后，出加熱器后，物料在保溫區(qū)物料在保溫區(qū)中保持中保持4.6S以以上。上。二 工作過程然后物料進入然后物料進入雙套管雙套管8，預熱，預熱物料在套管的物料在套管的中心流動，冷中心流動，冷物料在外套的物料在外套的夾層中流動，夾層中流動，物料經(jīng)熱交換物料經(jīng)熱交換后被冷卻至后被冷卻至60-65。物料經(jīng)補充加物料經(jīng)補充加熱或冷卻區(qū)后，熱或冷卻區(qū)后，進行冷卻。進行冷卻。冷卻后的物料冷卻后的物料經(jīng)備壓閥經(jīng)備壓閥14后后通過三通排料通過三

20、通排料閥閥15控制，物控制，物料排出至下一料排出至下一工序。工序。二 工作過程如果殺菌溫度如果殺菌溫度未達到，可操未達到，可操作出料三通作出料三通15將物料回流至將物料回流至貯槽貯槽16內。內。并打開三通進并打開三通進料旋塞閥料旋塞閥5，使，使貯奶罐中的物貯奶罐中的物料經(jīng)物料泵料經(jīng)物料泵6重重新進行殺菌處新進行殺菌處理。理。特點：特點：進料溫度進料溫度416，出料溫度，出料溫度6065，高溫滅菌溫度，高溫滅菌溫度115135 高溫保持高溫保持時間為時間為4s。采用超。采用超高溫瞬時滅菌，高溫瞬時滅菌，液料的營養(yǎng)和色香液料的營養(yǎng)和色香味損失很少；滅菌味損失很少；滅菌效率高，能利用效率高，能利用余

21、熱、節(jié)能效果好；余熱、節(jié)能效果好；在完全密閉的條件在完全密閉的條件下操作，符合食品下操作，符合食品衛(wèi)生要求；操作方衛(wèi)生要求；操作方便；占地面積小。便；占地面積小。第四節(jié)板式熱交換器與管式熱交換器的比較 1設備的體積 板式熱交換器由夾在框架中的一組不銹鋼傳熱板組成,結構緊湊,在較小工作體積內可容納較大的傳熱面積,這是板式換熱器突出的優(yōu)點之一,并且將加熱段、冷卻段和熱回收段有機地結合在一起;而同樣傳熱面積的管式熱交換器的體積就要大。 2傳熱效率 在板式熱交換器中,加熱和冷卻介質是在兩塊不銹鋼薄板之間形成的空隙中流動,由于板與板之間的間隙很小,一般僅354mm,流體在其中流動時可獲得較高的流速,且傳熱板上沖壓有一定形狀的凸凹波紋,迫使流體不斷改變流動的方向,形成激烈的湍流,破壞了滯流層,降低了熱阻。這種狀態(tài)不僅能使流體在板間均勻分布,還可獲得較高的傳熱系數(shù),為達到同樣的傳熱量,板式熱交換器是最經(jīng)濟的一種。為了達到同樣的效果,管式熱交換器的傳熱管也沖有波紋,但傳熱系數(shù)和單位面積的傳熱量比板式熱交換器要小。3節(jié)約熱能量、熱回收效率 板式與管式熱交換器都有熱回收段,但板式熱交換器在熱回收段,加熱殺菌后的熱物料對剛進入換熱器的冷物料預熱,同時