第六章加热杀菌设备

1、乳品机械与设备第六章 加热杀菌设备第一节 板式热交换设备传热的三种方式传热的三种方式 对流传送对流传送能量被运动着的聚合在一起的细小的物质所传送自然的能量被运动着的聚合在一起的细小的物质所传送自然的对流是由于不同的物质密度对流是由于不同的物质密度Natural 外力作用的对流是外力作用的对流是由人工造成的由人工造成的 (例如例如. 泵泵) 传导传导 分子或原子的振动分子或原子的振动 没有传热介质没有传热介质 辐射（放射）辐射（放射） 电磁波电磁波 当它到达物体时，它有当它到达物体时，它有3个选择方向个选择方向: 没有传热介质没有传热介质反射反射Absorbed传输传输例如：在海滩上的一天例如：

2、在海滩上的一天，辐射辐射对流对流传导传导 - 可以忽略可以忽略 - 在一定状况下，需引起注意和考虑的在一定状况下，需引起注意和考虑的 - 对！这是最有效的传热方式对！这是最有效的传热方式在这三种方式中对于换热哪一在这三种方式中对于换热哪一个个是最主要和重要的呢？是最主要和重要的呢？ 辐射辐射? 传导传导? 对流对流? 一、板式换热器的结构 1.整体结构 前支柱前支柱 活动压紧板活动压紧板 上下导杆上下导杆 密封垫圈密封垫圈 传热板传热板 压紧装置压紧装置 中间板中间板生产线上的板式热交换器PHE - 3 维图像维图像PHE 分解分解2.传热板板片冲有波纹的作用：（1）增强传热板的刚性和强度。（

3、2）使流体多次改变方向形成湍流，不仅能消除表面的滞留层，而且提高了流体的传热效果。（3）增加了传热面积，利于流体的均匀分布。（4）使结垢的可能性为最低。流体原理流体原理 流体的二种流动形式流体的二种流动形式： 层流：层流：当流体以较小的流速流经管道时，流体成当流体以较小的流速流经管道时，流体成平稳状态通过全管，流体的质点作平行运动，与平稳状态通过全管，流体的质点作平行运动，与旁侧的流体并无宏观的混合，此流动形态称之为旁侧的流体并无宏观的混合，此流动形态称之为层流。层流。传导1.层流层流流体的速度分布图流体的速度分布图流体流动的形状流体流动的形状流体原理流体原理 流体的二种流动形式流体的二种流动

4、形式 湍流：湍流：当流体以较高流速流经管道时，流体成波当流体以较高流速流经管道时，流体成波动状态，并形成旋涡向四周散开，与旁侧的流体动状态，并形成旋涡向四周散开，与旁侧的流体相混合，此种流动形态称之为湍流。相混合，此种流动形态称之为湍流。2.湍流湍流流体的速度分布图流体的速度分布图流体流动的形状流体流动的形状对流对流传导传导（3）板片）板片- 波纹作用波纹作用板片板片 主要结构主要结构这么薄的板片都是一片一片在水压下冷成形的这么薄的板片都是一片一片在水压下冷成形的 ( 压力到达压力到达 40,000 吨吨)主要换热区域主要换热区域巧克力分布去巧克力分布去悬挂槽悬挂槽进口进口/ 出口出口密封口密

5、封口/无流经口无流经口密封垫和密封槽密封垫和密封槽泄漏槽泄漏槽带胶圈的板式热交换器带胶圈的板式热交换器两种波纹两种波纹 H型型 和和 L型型:3.密封垫圈采用无毒性、耐高温、耐酸耐碱的合成橡胶垫圈密封垫密封垫 外形和密封槽外形竞争对手密封槽高度压紧密封有泄漏的隐患. 打开时.有吹出的危险. 所不同的是使用受命和可靠安全性完全吻合密封垫无需胶水操作可靠无需胶水操作可靠定位可靠定位可靠更换胶圈可以现场进行更换胶圈可以现场进行专利专利T T型夹型夹, , 无需任何工无需任何工具具二、流体在传热板间的流动 1.传热板的工作过程二、流体在传热板间的流动 1.传热板的工作过程180二、流体在传热板间的流动

6、 1.传热板的工作过程 为了增大传热效果，各传热板之间的距离应尽可能小一些，但大量的流体流过窄小的通道时，物料的流速和压力差会变得很大，这不利于物料的稳定流动。2.传热板的表示方法物料物料热介质热介质三、板式换热器的组合 1.一段式板式换热器2.三段式板式换热器%100)()(ipirttttrtitpt R 热回收效率；热回收效率；热交换后牛奶的温度；热交换后牛奶的温度； 原乳进口温度；原乳进口温度；巴氏杀菌温度；巴氏杀菌温度；3.四段式板式换热器第一段较低温度热回收段，第一段较低温度热回收段，温度一般温度一般65，适合进行脱，适合进行脱气或均质处理。气或均质处理。4.五段式板式换热器先用冷

7、却水冷却后，再用先用冷却水冷却后，再用冰水将物料冷却至冰水将物料冷却至4 ，这样节约了冰水，降低这样节约了冰水，降低了成本。了成本。四、完整的板式热交换器四、完整的板式热交换器1.完整的板式换热器的组成完整的板式换热器的组成（1）平衡槽）平衡槽 （7）保持管）保持管（2）供料泵）供料泵 （8）增压泵）增压泵 （3）流量控制器）流量控制器 （9）热水加热系统）热水加热系统（4）热回收系统）热回收系统 （10）冷却系统）冷却系统（5）离心分离机）离心分离机 （11）转向阀）转向阀（6）巴氏杀菌）巴氏杀菌 （9）.热水加热系统 大气压下的热水或饱和蒸汽常被用作巴氏杀菌器中的加热介质，而热蒸汽由于它的

8、温差高而不采用。所以使用最普遍、最典型的加热介质是比要求的产品温度高2-3的热水。压力为600-700kpa(6-7bar)的蒸汽从乳品厂的锅炉中输送出来。这个蒸汽用于加热水，然后热水加热产品达到巴氏杀菌温度。图7.2 所示的水加热器是一个封闭的系统。它包含有一个专门设计的、小巧的、很简单的板式热交换器（3），此交换器上还备有蒸汽调节阀（2）和疏水器（4）。介质水借助于离心泵（5）在加热器（3）和巴氏杀菌器中的加热段之间进行循环温度控制TT 温度传感器1 保持管2 增压泵3 转向阀产品蒸汽加热介质冷却介质转向液流设备上部的保温管五、板式热交换器的特点 1.传热效率高 2.结构紧凑、占地面积小五

9、、板式热交换器的特点五、板式热交换器的特点（3）节约热能量、热回收效率高 （4）适宜于热敏性物料的杀菌（5）具有较大的适应性 （6）能保证操作安全和产品的卫生 （7）自动化程度高 （8）清洗方便（9）可以多种介质同时换热 六、板式热交换器在使用时的注意事项 1.尽量避免板片两侧面产生较大的压力差。 2.不得使用对板片有腐蚀作用的介质。 3.不得使用温度较低的冷却介质。 4.橡胶密封垫圈的使用寿命。 七、板式热交换器常见的故障 1.工作压力增大。 2.传热效率逐渐降低。 3.泄露。第二节 管式热交换器 一.结构阀泵均质机脱气罐管式换热器二、管式热交换器的工作原理 三、三、利乐利乐UHT操作介绍操

10、作介绍Index注意一些标志 符号说明M 泵V 阀Bar 巴（压力的单位 1 巴=100 千帕）BTD 产品平衡缸TT 温度传感器AIC 无菌中间清洗CIP 原地清洗LIC 液位控制器PT 压力传感器HMI 图像式人机对话操作系统界面TA FLEX 利乐超高温灭菌设备PLC 可编程逻辑控制器1、控制部分、管线2、脱气罐3、均质机4、换热器控制柜、触摸屏：1. 温度记录仪 2. 操作板，TPOP 型3. 紧急停车按钮(全部停车)4. 本地/远程开关5. 蒸汽开关6. 机器主电源开关紧急停机按钮 按下其中一个EMERGENCY STOP（紧急停机）按钮，即可立即停止 设备运行。红灯表示紧急停机按钮

11、已经按下。 黄灯 闪烁的黄灯：未确认的报警 持续亮着的黄灯：已确认的报警 绿灯 持续亮着的绿灯：正在运行的功能 闪烁的绿灯：需要操作人员采取措施或停止功能（清洗） 主屏幕及按钮说明操作菜单按钮数据簿按钮报警列表按钮服务菜单按钮无菌水 生产停机产品供应泵冲洗清洗外部冷却器 操作菜单操作菜单Index 报警菜单报警菜单报警指示和故障处理报警指示和故障处理Sterilizing temperatureProduct temperatureCIP temperatureLevel fault in balance tankMotor faultCausticAcidWater pressureCool

12、ing water pressureAirpressure in panelSteam pressureValve faultLevel fault vacuum vessel脱气罐液位报警Aircooler in cabinet电柜空调故障Battery fault in PLCPLC 电池故障Aseptic tank无菌罐故障Communication fault PLC PLC 通讯故障Filling machine fault灌装机故障Index杀菌温度报警产品温度报警CIP 温度报警平衡缸液位故障马达故障碱报警酸报警水压报警冷却水压力报警压缩空气报警蒸汽压力报警阀故障生产参数菜单生产

13、参数菜单 Index 产品流量选择菜单产品流量选择菜单Index按钮功能介绍按钮功能介绍 Index升温生产降温供料泵水冲酸碱单碱附加酸碱单碱酸碱 Index按钮功能介绍按钮功能介绍 阀动作选择清洗供料管线选择排地选择回收选择脱气罐选择附加冷却选择 Index按钮功能介绍按钮功能介绍 功能确认功能取消远程本地控制指示开机条件检查菜单流量产品选择菜单返回按钮操作菜单监控菜单 Index按钮功能介绍按钮功能介绍 升温指示进料指示 降温指示 供料泵指示 水冲指示 指示 附加冷却指示报警菜单服务菜单电气柜危险！ 危险电压。 电击将有可能造成人员死亡或严重的人身伤害。 在对电气柜内部进行检修前，必须将电

14、源隔离开关置于切断位置，并加 锁固定。工艺流程工艺流程V74AV78V98V97V96V94CV94V53V51V20V32M2M4CV53V52V99V22V68V66M9M10V44V26V63V64TT71TT44TT42TT45TT8TT9TT10TT64LSL66LT65TT99CV66TT26V14V13.2V13.1V15V08CV11TT01PI01TT02M11V19PT32APT32BV34TT03PI03PI03工艺流程 预杀菌V74BV78V98V97V96V94CV94V53V51V20V32M2M4CV53V52V99V22V68V66M9M10V44V26V63V

15、64TT71TT44TT42TT45TT8TT9TT10TT64LSL66LT65TT99CV66TT26V14V13.2V13.1V15V08CV11TT01PI01TT02M11V19PT32APT32BV34TT03PI03PI04PI03工艺流程 生产V74V78V98V97V96V94CV94V53V51V20V32M2M4CV53V52V99V22V68V66M9M10V44V26V63V64TT71TT44TT42TT45TT8TT9TT10TT64LSL66LT65TT99CV66TT26V14V13.2V13.1V15V08CV11TT01PI01TT02M11V19PT32

16、APT32BV34TT03PI03PI04PI03工艺流程 CIP 三、管式接交换器的特点三、管式接交换器的特点（1）适合超高温杀菌）适合超高温杀菌（2）可以处理含有一定颗粒的产品）可以处理含有一定颗粒的产品 （3）运行时间长）运行时间长 （4）热回收率低）热回收率低 （5）更易清洗和检修）更易清洗和检修 管式换热器特点 强壮设计足以强壮设计足以 承受恶劣的承受恶劣的生生 产条件产条件浮动头设计浮动头设计卫生级的设计卫生级的设计产品安全产品安全有赖于高标准的卫生设计及检查的方便性有赖于高标准的卫生设计及检查的方便性.产品加工的灵活性产品加工的灵活性有赖于管式消毒机可以长时间加工产品及根据产品有

17、赖于管式消毒机可以长时间加工产品及根据产品所带的纤维和颗粒灵活地进行调整所带的纤维和颗粒灵活地进行调整.加工工艺的最佳解决方案加工工艺的最佳解决方案有赖于我们运用方面的知识及全方位的应用，管式有赖于我们运用方面的知识及全方位的应用，管式消毒机加工的产品具有货架期长，产品特性保持良好，消毒机加工的产品具有货架期长，产品特性保持良好，及产品范围广泛的特点及产品范围广泛的特点. 寿命长寿命长有赖于我们设备的悬浮设计，管式消毒机的加热平稳，有赖于我们设备的悬浮设计，管式消毒机的加热平稳，热吸收效率高热吸收效率高.管式换热器特点管式消毒机的工作原理冷却后产品出口冷却后产品出口热产品进口热产品进口冷却水冷

18、却水冷却水出口冷却水出口冷却段冷却段ProductShellconnection connection 直接热回收的工作原理未加工产品未加工产品加工后产品加工后产品最终加热段最终加热段 预热段预热段, 热水热水加热器四、生产线上的管式热交换器四、生产线上的管式热交换器第三节 套管式超高温杀菌设备 一.基本结构二 工作过程温度为温度为5的物的物料经三通旋塞料经三通旋塞进料阀进料阀5再由供再由供料泵料泵6输送，料输送，料液进人套管液进人套管8在双套管在双套管8预热预热至至80 ，经高，经高压泵压泵4后，通过后，通过单螺旋管进入单螺旋管进入加热区加热区9高压泵高压泵4为均质为均质机，有均质功机，有均

19、质功能，也对整个能，也对整个超高温起到主超高温起到主要的流量调节要的流量调节作用作用在加热器在加热器9中物中物料被瞬时灭菌料被瞬时灭菌温度达到温度达到120-135 ，出加热器后，出加热器后，物料在保温区物料在保温区中保持中保持4.6S以以上。上。二 工作过程然后物料进入然后物料进入双套管双套管8，预热，预热物料在套管的物料在套管的中心流动，冷中心流动，冷物料在外套的物料在外套的夹层中流动，夹层中流动，物料经热交换物料经热交换后被冷却至后被冷却至60-65。物料经补充加物料经补充加热或冷却区后，热或冷却区后，进行冷却。进行冷却。冷却后的物料冷却后的物料经备压阀经备压阀14后后通过三通排料通过三

20、通排料阀阀15控制，物控制，物料排出至下一料排出至下一工序。工序。二 工作过程如果杀菌温度如果杀菌温度未达到，可操未达到，可操作出料三通作出料三通15将物料回流至将物料回流至贮槽贮槽16内。内。并打开三通进并打开三通进料旋塞阀料旋塞阀5，使，使贮奶罐中的物贮奶罐中的物料经物料泵料经物料泵6重重新进行杀菌处新进行杀菌处理。理。特点：特点：进料温度进料温度416，出料温度，出料温度6065，高温灭菌温度，高温灭菌温度115135 高温保持高温保持时间为时间为4s。采用超。采用超高温瞬时灭菌，高温瞬时灭菌，液料的营养和色香液料的营养和色香味损失很少；灭菌味损失很少；灭菌效率高，能利用效率高，能利用余

21、热、节能效果好；余热、节能效果好；在完全密闭的条件在完全密闭的条件下操作，符合食品下操作，符合食品卫生要求；操作方卫生要求；操作方便；占地面积小。便；占地面积小。第四节板式热交换器与管式热交换器的比较 1设备的体积 板式热交换器由夹在框架中的一组不锈钢传热板组成,结构紧凑,在较小工作体积内可容纳较大的传热面积,这是板式换热器突出的优点之一,并且将加热段、冷却段和热回收段有机地结合在一起;而同样传热面积的管式热交换器的体积就要大。 2传热效率 在板式热交换器中,加热和冷却介质是在两块不锈钢薄板之间形成的空隙中流动,由于板与板之间的间隙很小,一般仅354mm,流体在其中流动时可获得较高的流速,且传热板上冲压有一定形状的凸凹波纹,迫使流体不断改变流动的方向,形成激烈的湍流,破坏了滞流层,降低了热阻。这种状态不仅能使流体在板间均匀分布,还可获得较高的传热系数,为达到同样的传热量,板式热交换器是最经济的一种。为了达到同样的效果,管式热交换器的传热管也冲有波纹,但传热系数和单位面积的传热量比板式热交换器要小。3节约热能量、热回收效率 板式与管式热交换器都有热回收段,但板式热交换器在热回收段,加热杀菌后的热物料对刚进入换热器的冷物料预热,同时