利用蒸汽通过板式换热器将常温水加热至过热水,再利用过热水对物料进行间壁加热,加热至规定温度后保温,保持时间通常为几秒,然后根据要求降温或直接进入下道工序。降温方法一般分两步进行:第一步是利用物料对进料进行预热,第二步是采用冰水对物料进行进一步降温,之后进入下道工序。上述过程要根据具体生产工艺要求进行确定。

本例杀菌机工作过程:蒸汽→板式换热器壳程→疏水;热水→板式换热器壳程→保持。

杀菌后料液→板式间壁预热物料(杀菌同时料液降温)→杀菌后料液进入板式换热器间壁换热(或采用冰水进一步降温)→排料。

(1)料液处理量:1 500 kg/h

(2)杀菌温度:135℃

(3)牛奶比热容:3.89 k J/kg·℃

(4)使用蒸汽压力:0.6 MPa

采用蒸汽(0.75 MPa)将常温水经过板式间壁式换热器加热至145℃,然后利用过热水通过板式换热器加热物料,使物料温度升至135℃,即可进入保持管保温5 s后进入板式换热器的预热段进行降温,杀菌后料液降温至所需温度,即进入下道工序。

本板式杀菌机换热面积计算包括两部分,一部分是物料预热段,一部分是物料杀菌段。

物料预热分三段完成。经过超高温杀菌后料液温度为135℃,最初进料温度按20℃计算,第一段设定温度为20℃的进料经过预热后升温至45℃,第二段物料由45℃升温至65℃,第三段物料由65℃升温至95℃,杀菌后料液返回经过第二段预热段后温度从135℃降至80℃,进过第一段预热段温度降为35℃。

Δt1=85-45=40℃,Δt2=50-20=30℃,则Δt=(40-30)/ln(40/30)=34.76℃

式中:

F—换热面积,m2

Q—换热热量,k J/h,根据(1)得出Q=145 875 k J/h

k—传热系数,k J/m2·h·℃,这里k=4 186.8 k J/m2·h·℃

Δt—传热温差,℃。

F=145 875/(4 186.8×34.76×0.97)=1.03 m2

实际换热面积按1.25选取,则F'=1.25×1.03=1.29 m2

(1)热量Q=1 500×3.89×(65-45)=116 700 k J/h

(2)按对数温差计算传热温差

110℃→85℃

65℃↖45℃

Δt1=110-65=45℃,Δt2=85-45=40℃,则Δt=(45-40)/ln(45/40)=42.45℃。

(3)查安德伍德和鲍曼曲线图得温度修正系数为0.97,计算换热面积为:

F=116 700/(4 186.8×42.45×0.97)=0.68 m2

实际换热面积按1.25选取,则F'=1.25×0.68=0.85 m2

(1)Q=1 500×3.89×(95-65)=175 050 k J/h

(2)按对数温差计算传热温差

135℃→110℃

95℃↖65℃

Δt 1=1 3 5-9 5=4 0℃,Δt2=110-65=45℃,则Δt=(45-40)/ln(45/40)=42.45℃。

(3)查安德伍德和鲍曼曲线图得温度修正系数为0.97,计算换热面积为:

F=175 050/(4 186.8×42.45×0.97)=1.015 m2

实际换热面积按1.25选取,则F'=1.25×1.015=1.27 m2。

Q=1 500×3.89×(135-95)=233 400 k J/h

167℃→167℃

25℃↖145℃

Δt 1=1 6 7-2 5=1 4 2℃,Δt2=167-145=22℃,则Δt=(142-22)/ln(142/22)=64.35℃。

计算得出:F=2 3 3 4 0 0/(4 186.8×64.35)=0.86 m2。

本机的特点是改原开口热水缸为封闭式热水缸,并加热成过热水用于超高温杀菌,实践表明效果良好。杀菌温度是否能够达到设计要求,与杀菌过程的各个阶段换热面积计算有关。过去杀菌温度不够稳定,其中主要影响因素是换热面积计算偏小,其次是杀菌工艺过程不合理以及自动控制不精准。

板式巴氏杀菌及超高温灭菌能否达到效果,最为关键的影响因素是换热面积即预热面积、杀菌面积是否足够,控制是否合理,是否精准。其次是生产必须严格按照自动操作规程进行,否则很难满足生产需要。生产一个班次结束后,必须按照设备自动清洗步骤进行切换清洗。清洗要彻底,否则会影响下个班次的正常使用。