1) 物料处理量:10000kg/h

2) 进料温度:70℃

3) 杀菌温度:112℃

4) 使用蒸汽压力:0.7MPa

本杀菌机的特点是采用套管式结构, 双层夹套式的加热方法, 即双面加热的方法对料液进行加热灭菌。杀菌温度为110℃, 这是管式超高温杀菌的一种形式。其杀菌过程:进料→杀菌→保持→水冷却→冰水冷却→出料。

套管式杀菌机换热面积计算分为两部分:1) 杀菌段换热面积的设计计算, 料液温度的保持。2) 冷却段换热面积的确定。冷却段换热面积分为两部分:水冷却段的设计计算和冰水冷却段的设计计算。

其中d=0.0535m, 取D57×2管径。

采用套管杀菌, 其环形断面积与之相等。假设夹套小径管子直径取外径为D57×2规格管子, 即进蒸汽管子管径为D57×2。根据料液在套管中的环形断面积与进料管径截面积相等原则, 确定大管管径, 套管大径为:

其中D=0.0714m, 取D76×3管子。蒸汽管道流速按45~55m/s选取, 确定蒸汽管道的管径。

进入杀菌机前料液温度为70℃, 杀菌后料液温度为112℃, 过热水温度为120℃。

按无相变变温传热计算对数传热温差。超高温杀菌过程实质是物料在管式换热器中逐步温升的过程。

本例从物料从70℃温升至110℃, 设定为7个加热温升段, 平均温升设约为6℃壳程采用过热水加热, 过热水温度为125℃每个预热级的热量。由于是无相变的变温传热, 过热水与料液有一侧为逆向流动, 因此, 这里按逆流对数温差计算传热温差。

逆流:

总换热面积:F=392023-1200×26.79×0.89=16.38m2

因为小管规格为D57×2, 大管规格为D76×3, 根据套管换热面积计算值可确定选取套管的长度, 本例套管长度为6m, 保持管长度计算, 保持时间为9.5s, 按大管规格为D76×3计算保持管的长度:

其中管内流速:V=0.644m/s

管子长度:L=0.644×9.5=6.118m, 取6m。

设物料温度由70℃升到84℃, 热量:

换热面积计算:

逆流:

换热面积:F=142023-1200×24.99×0.89=6.69m2

其余是冷却段换热面积计算, 其方法与上述相同不再计算, 即第一步是采用冷却水降温, 第二步是采用冰水降温, 其参数由生产工艺设计给出。其余换热面积不再计算。

使用蒸汽压力按0.7MPa计算, 加热器采用板式换热器:

蒸汽耗量:392023-127.4=785kg/h

本例套管杀菌为超高温杀菌, 其特点是采用双面套管式加热的方法对物料进行杀菌。这种杀菌适合于黏度较大的物料的杀菌。套管式杀菌与其他杀菌一样, 当杀菌温度低于工艺要求值时必须考虑进行回流。在设计杀菌机过程中要充分利用物料的余热或水的余热对进料进行预热, 这样既可以降低杀菌后料液 (或水) 的温度, 又可以提高进料温度, 属于余热回收。在无菌灌装系统中, UHT装置在法兰连接处引入具有一定温度和压力洁净蒸汽的目的是为了保护法兰连接处不被外界空气侵入, 以确保产品的无菌, 这在杀菌段和冷却段尤为重要, 可防止出现不合格产品。要按操作规程进行彻底清洗, 并清洗足够时间。

套管式杀菌与其他杀菌不同之处就是采用双面套管式的加热方法对物料进行加热杀菌, 这种杀菌会使料液受热温度更加均匀, 不易结垢, 适合于黏度较高的料液的杀菌。如果采用普通的管式杀菌的形式就可能导致结垢结焦加速, 因此要针对不同料液特性对杀菌的方法做出选择, 这样会使产品质量更加趋于稳定, 不至于出现杀菌效率低, 产品质量频繁出现问题甚至无法正常生产的情况。