【文章內(nèi)容簡介】 植物油、動物油等的加熱殺菌和冷卻。板式換熱器今后的發(fā)展趨勢是：提高操作溫度和操作壓力，加大處理量，擴大使用范圍，研制采用新的結(jié)構(gòu)材料和新的制造工藝，而研制新的墊片材料以提高其使用溫度和使用壓力，將是其中的重點。換熱器的設計與選型[7]板式換熱器是以波紋板為傳熱面積的新型高效換熱器。由于原料乳的密度很小，采用板式換熱器使其從35℃冷卻至4℃，假設冷卻水從0℃升溫至25℃，而此時有:㎏/h，=（㎏K），=S，=(mK)，=1030㎏/m3；=S，=(mK)。計算熱負荷（不計熱損失）（J/S）平均溫度差逆流:T1m==（℃）NTUmin==由圖查得：流道分配冷/熱=1/1，溫度校正系數(shù)對每股物流計算雷諾數(shù)Re選用的波紋板參數(shù)為LP=，LW=，Dp =；通道寬b=，波紋板的通道面積為：（㎡）波紋板的傳熱面積為：（㎡）假定兩邊的流道數(shù)相同都為ns（m）物料的流速G1==[㎏/（㎡S）]水的流速G==[㎏/（㎡S）]物料 Re1==103/ns水 Re2==104/ns計算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計算兩邊的傳熱膜系數(shù)： 計算總的傳熱膜系數(shù)水的污垢系數(shù)r2=；物料的污垢系數(shù)r1=；忽略金屬板的熱阻，總的傳熱系數(shù)為：估算總的傳熱面積：為了留有裕量。AT==105/K估計傳熱板的數(shù)目從第五步到第七步計算出的板的數(shù)目與傳熱系數(shù)K即流道數(shù)ns有關。波紋板換熱器的實際板數(shù)NT和流道數(shù)ns以及程數(shù)的關系表示為：表2 不同流道數(shù)和程數(shù)計算所需的板數(shù)流道數(shù)ns98765根據(jù)傳熱計算所需要的板數(shù)Nnpass=4時所需總板數(shù)NT7365574941npass=5時所需總板數(shù)NT9181716151由表2看出，npass=5時滿足?？紤]到壓力降和經(jīng)濟性，選擇npass=5，ns =6，NT =61。計算的總傳熱系數(shù)K=（㎡K）需要的傳熱系數(shù)為：K==[W/（㎡K）]＜，滿足。計算兩股物料的壓力降物料的壓力降出入口的流速 u==（m/s）出入口的壓力降 Pm1==（Pa）通過板的壓力降 PB1==（Pa）PT1==＜冷卻水方的壓力降出入口的流速 u==（m/s）出入口的壓力降 Pm2==（Pa）通過板的壓力降 PB2==（Pa）PT2===＜從上面的壓力降計算可知兩股物流的壓力降都滿足工藝條件的要求。 貯存：原料乳送到加工廠時，由乳槽車泵入貯乳罐。貯乳罐的容量一般達幾十萬升，因此，真空輸送是不可能的。一般用離心泵將牛乳泵入罐中，可以使脂肪球的破壞程度降到最低。為了避免攪動和產(chǎn)生泡沫，貯乳罐是從底部進料。為保證連續(xù)生產(chǎn)的需要，乳品廠必須有一定的原料貯存量。(1) 貯奶罐的設計與選型一般工廠總的貯乳量應根據(jù)各廠每天牛乳總收納量、收乳時間、運輸時間及能力等因素決定。一般貯乳罐的總?cè)萘繎獮槿帐占{總量的2/3～1。而且每只貯乳量的容量應與每班生產(chǎn)能力相適應。每班的處理量一般相當于兩個貯乳罐的乳容量，否則用多個貯乳罐會增加調(diào)罐、清洗的工作量和增加牛乳的損失。貯乳罐使用前應徹底清洗、殺菌，待冷卻后貯入牛乳。每罐需放滿，并加蓋密封。如果裝半罐，會加快乳溫上升，不利于原料乳的貯存。貯乳罐要有良好的絕熱保溫措施，并配有適當?shù)臄嚢铏C構(gòu)，定時攪拌乳液，防止脂肪上浮而造成分布不均勻。一般乳經(jīng)過24h貯存后，乳溫上升不得超過2～3℃。牛乳貯罐裝乳能力一般為5噸、10噸或30噸，現(xiàn)代化大規(guī)模乳品廠的貯乳罐可達100噸。10噸以下的貯藏罐多裝于室內(nèi)，為立式或臥式，大罐多裝于室外，帶保溫層和防雨層，均為立式。根據(jù)工藝，每班用量為：㎏，在旺季時一天生產(chǎn)3班。設貯乳罐的總?cè)萘繎獮槿帐占{總量的1，則所需貯乳罐的容量為：。所以用5個100t的貯奶罐。㎏/L，則罐的體積為：，則罐高為：H==（m）(2) 乳泵的設計與選型根據(jù)工藝，泵的輸送介質(zhì)為原料乳，～s，㎏/L，溫度為40℃以下；介質(zhì)為均勻的膠體溶液，具有奶香味且有特殊香味；操作條件為室溫、常壓。流量 （㎏），班流量 （㎏/h）（L/h）=，則最大流量為：Vmax=16m3/h；最小流量為：Vmin=15m3/h。～。查相關表，選取型號為：IS8050200，流量：25m3/h，揚程：，轉(zhuǎn)速：1450r/min,氣蝕余量：，泵效率：65%，軸功率：，配帶功率： kW。考慮設備用泵1臺，故泵的數(shù)量為2臺，流量可用閥門調(diào)節(jié)。 牛乳的真空脫氣：%～7%的氣體；經(jīng)過貯存、運輸和收購后，一般其氣體含量在10%以上，而且絕大多數(shù)為非結(jié)合的分散氣體。這些氣體對牛乳加工有破壞作用，所以，在牛乳處理的不同階段進行脫氣是非常必要的。分散氣體對牛乳加工的破壞作用主要有：影響牛乳計量的準確度；使巴氏殺菌機中結(jié)垢增加；影響分離和分離效率；影響牛乳標準化的準確度；影響奶油的產(chǎn)量；促使脂肪球聚合；促使游離脂肪吸附于奶油包裝的內(nèi)層；促使發(fā)酵乳中的乳清析出。首先，要在乳槽車上安裝脫氣設備，以避免泵送牛乳時影響流量計的準確度。其次，是在乳品廠收乳間流量計之前安裝脫氣設備。但上述兩種方法對牛乳中細小的分散氣泡是不起作用的。因此，在進一步處理牛乳的過程中，還用使用真氣脫氣罐，以除去細小的分散氣泡和溶解氧。 標準化乳的殺菌工藝由于原料乳中含有各種豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，是微生物的良好培養(yǎng)基，再加之原料乳收購間隔時間延長，盡管有現(xiàn)代的制冷技術(shù)，但原料乳中的微生物還是有足夠的時間繁殖并產(chǎn)生酶類，而且微生物代謝產(chǎn)生的副產(chǎn)物有時是有毒的；此外，微生物還會引起原料乳中某些成分分解，引起Ph值下降等不良反應。因而，進行巴氏殺菌是很有必要的，是酸奶生產(chǎn)工藝中的重要工序。該工序包括預熱、均質(zhì)、殺菌和冷卻等基本步驟。 預熱：通常在酸奶的現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)中，預熱的典型溫度和時間是：經(jīng)60～70℃預熱后的原料乳被送到均質(zhì)機均質(zhì)（15～20MPa）后再回到板式熱交換器進行升溫（90～95℃）、保溫殺菌3～5min之后被冷卻到發(fā)酵溫度（38～43℃）。在本設計中，預熱的典型溫度和時間選擇：經(jīng)60℃預熱后的原料乳被送到均質(zhì)機均質(zhì)（15～20MPa）后再回到板式熱交換器進行升溫（90℃）、保溫殺菌5min之后被冷卻到發(fā)酵溫度（42℃）。換熱器的設計與選型板式換熱器是以波紋板為傳熱面積的新型高效換熱器。由于標準化乳的密度也很小，采用板式換熱器使其從4℃升溫至60℃，假設熱水從75℃降溫至25℃，而此時有:kJ/（㎏K），mPaS，W/(mK)，㎏/m3；，W/(mK)。計算熱負荷（不計熱損失）（J/S）平均溫度差標準化乳 4℃→60℃ 水 25℃←75℃逆流:ΔT1m==18（℃）NTUmin==由圖查得：流道分配冷/熱=1/1，溫度校正系數(shù)F=對每股物流計算雷諾數(shù)Re選用的波紋板參數(shù)為LP=，LW=，Dp =；通道寬b=，波紋板的通道面積為：（㎡）波紋板的傳熱面積為：（㎡）假定兩邊的流道數(shù)相同都為ns，（m）物料的流量（㎏/h）=㎏/S，流速[㎏/（㎡S）]水的流速=[㎏/（㎡S）]物料 Re1===103/ns水 Re2===104/ns計算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計算兩邊的傳熱膜系數(shù)：計算總的傳熱膜系數(shù)水的污垢系數(shù)r2=；物料的污垢系數(shù)r1=；忽略金屬板的熱阻，總的傳熱系數(shù)為：估算總的傳熱面積：為了留有裕量。AT==105/K估計傳熱板的數(shù)目從第五步到第七步計算出的板的數(shù)目與傳熱系數(shù)K即流道數(shù)ns有關。波紋板換熱器的實際板數(shù)NT和流道數(shù)ns以及程數(shù)的關系表示為：表3 不同流道數(shù)和程數(shù)計算所需的板數(shù)流道數(shù)ns98765根據(jù)傳熱計算所需要的板數(shù)Nnpass=3時所需總板數(shù)NT5549433731npass=4時所需總板數(shù)NT7365574941由表3看出，當npass=3時都不滿足，而npass=5時均能滿足?？紤]到壓力降和經(jīng)濟性，選擇npass=4，ns=6，NT=49。計算的總傳熱系數(shù)為：K=103W/（㎡K）需要的傳熱系數(shù)為：K==103[W/（㎡K）]＜103，滿足。計算兩股物料的壓力降物料的壓力降出入口的流速 u==（m/s）出入口的壓力降 Pm1==（Pa）通過板的壓力降 PB1==（Pa）PT1===＜熱水方的壓力降出入口的流速 u==（m/s）出入口的壓力降 Pm2==（Pa）通過板的壓力降 PB2==（Pa） PT2===＜從上面的壓力降計算可知兩股物流的壓力降都滿足工藝條件的要求。 均質(zhì)：均質(zhì)是酸乳生產(chǎn)中很重要和必不可少的步驟，它對酸乳的黏稠度、幼滑度和質(zhì)地的穩(wěn)定性有積極的幫助。一般說來，隨著均質(zhì)壓力的提高，酸乳的黏稠度明顯上升；而較高溫度和較長時間的殺菌對黏稠度也有很大的提高。均質(zhì)的原理是均質(zhì)機的均質(zhì)頭是一圓柱形的外環(huán)包著帶四個葉片的特殊形狀的芯子，這些部件相互配合，只留一個非常窄的間隙讓牛乳通過。牛乳在高壓下被送入外環(huán)和芯子之間的空隙。在此細縫中，高靜壓能被轉(zhuǎn)化成動能，這樣，牛奶在狹窄的、環(huán)形的間隙中獲得非常高的速度（200～300m/s）。均質(zhì)的主要設備是均質(zhì)機，它是帶有一個背壓裝置的高壓泵。均質(zhì)的目的主要是使原料充分混合均勻，阻止奶油上浮，提高酸奶的穩(wěn)定性和稠度，并保證乳脂肪均勻分布，從而獲得質(zhì)地細膩、口感好的產(chǎn)品。均質(zhì)方法一般采用二段式，即第一段均質(zhì)使用較高的壓力（～）目的是破碎脂肪球。第二段均質(zhì)使用低壓（～），目的是分散已破碎的小脂肪球，防止黏連。 殺菌和冷卻：經(jīng)均質(zhì)的乳回流到熱交換器加熱到90℃，保溫5min進行殺菌。目的在于殺滅原料乳中的雜菌確保乳酸菌的正常生長和繁殖；鈍化原料乳中的天然抑制物；使乳清蛋白變性，以達到改善組織狀態(tài)，提高黏稠度和防止成品乳清析出的目的。標準化乳殺菌以后，從殺菌后保溫的溫度直接冷卻到發(fā)酵溫度。所用的冷卻器冷交換介質(zhì)是待預熱的乳和冰水。先用乳冷卻，再用冰水把殺菌乳準確降溫到發(fā)酵溫度，這樣可以節(jié)約能源。殺菌時換熱器的設計與選型板式換熱器是以波紋板為傳熱面積的新型高效換熱器。由于熱處理乳的密度也很小，采用板式換熱器使其從60℃升溫至90℃，假設蒸汽從140℃降溫至100℃，而此時有:kJ/（㎏K），mPaS，W/(mK)，㎏/m3；mPaS，W/(mK)。計算熱負荷（不計熱損失）平均溫度差熱處理乳 60℃90℃ 汽 100℃140℃逆流： T1m==45（℃） NTUmin==由圖查得：流道分配冷/熱=1/1，溫度校正系數(shù)F=對每股物流計算雷諾數(shù)Re選用的波紋板參數(shù)為LP=，LW=，Dp=；通道寬b=，波紋板的通道面積為：（㎡）波紋板的傳熱面積為：（㎡）假定兩邊的流道數(shù)相同都為ns，物料的流量 ，流速[㎏/（㎡S）]汽的流量W==（㎏/h）=㎏/S流速[㎏/（㎡S）]物料 Re1==104/ns水 Re2==106/ns計算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計算兩邊的傳熱膜系數(shù)：計算總的傳熱膜系數(shù)水的污垢系數(shù)r2=；物料的污垢系數(shù)r1=；忽略金屬板的熱阻，總的傳熱系數(shù)為：估算總的傳熱面積：為了留有裕量。AT==105/K估計傳熱板的數(shù)目N==104/K從第五步到第七步計算出的板的數(shù)目與傳熱系數(shù)K即流道數(shù)ns有關。波紋板換熱器的實際板數(shù)NT和流道數(shù)ns以及程數(shù)的關系表示為：表4 不同流道數(shù)和程數(shù)計算所需的板數(shù)流道數(shù)ns87654根據(jù)傳熱計算所需要的板數(shù)Nnpass=1時所需總板數(shù)NT171513119npass=2時所需總板數(shù)NT3329252117由表4看出，當npas