【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 植物油、動(dòng)物油等的加熱殺菌和冷卻。板式換熱器今后的發(fā)展趨勢(shì)是：提高操作溫度和操作壓力，加大處理量，擴(kuò)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(diǎn)。換熱器的設(shè)計(jì)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(shè)冷卻水從0℃升溫至25℃，而此時(shí)有:㎏/h，=（㎏K），=S，=(mK)，=1030㎏/m3；=S，=(mK)。計(jì)算熱負(fù)荷（不計(jì)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(duì)每股物流計(jì)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(jì)算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計(jì)算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計(jì)算兩邊的傳熱膜系數(shù)： 計(jì)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(jì)傳熱板的數(shù)目從第五步到第七步計(jì)算出的板的數(shù)目與傳熱系數(shù)K即流道數(shù)ns有關(guān)。波紋板換熱器的實(shí)際板數(shù)NT和流道數(shù)ns以及程數(shù)的關(guān)系表示為：表2 不同流道數(shù)和程數(shù)計(jì)算所需的板數(shù)流道數(shù)ns98765根據(jù)傳熱計(jì)算所需要的板數(shù)Nnpass=4時(shí)所需總板數(shù)NT7365574941npass=5時(shí)所需總板數(shù)NT9181716151由表2看出，npass=5時(shí)滿足。考慮到壓力降和經(jīng)濟(jì)性，選擇npass=5，ns =6，NT =61。計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)，由乳槽車泵入貯乳罐。貯乳罐的容量一般達(dá)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(dòng)和產(chǎn)生泡沫，貯乳罐是從底部進(jìn)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(shè)計(jì)與選型一般工廠總的貯乳量應(yīng)根據(jù)各廠每天牛乳總收納量、收乳時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間及能力等因素決定。一般貯乳罐的總?cè)萘繎?yīng)為日收納總量的2/3～1。而且每只貯乳量的容量應(yīng)與每班生產(chǎn)能力相適應(yīng)。每班的處理量一般相當(dāng)于兩個(gè)貯乳罐的乳容量，否則用多個(gè)貯乳罐會(huì)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(yīng)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(huì)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(dāng)?shù)臄嚢铏C(jī)構(gòu)，定時(shí)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(dá)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(shí)一天生產(chǎn)3班。設(shè)貯乳罐的總?cè)萘繎?yīng)為日收納總量的1，則所需貯乳罐的容量為：。所以用5個(gè)100t的貯奶罐。㎏/L，則罐的體積為：，則罐高為：H==（m）(2) 乳泵的設(shè)計(jì)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(guān)表，選取型號(hào)為：IS8050200，流量：25m3/h，揚(yáng)程：，轉(zhuǎn)速：1450r/min,氣蝕余量：，泵效率：65%，軸功率：，配帶功率： kW?？紤]設(shè)備用泵1臺(tái)，故泵的數(shù)量為2臺(tái)，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(yùn)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(duì)牛乳加工有破壞作用，所以，在牛乳處理的不同階段進(jìn)行脫氣是非常必要的。分散氣體對(duì)牛乳加工的破壞作用主要有：影響牛乳計(jì)量的準(zhǔn)確度；使巴氏殺菌機(jī)中結(jié)垢增加；影響分離和分離效率；影響牛乳標(biāo)準(zhǔn)化的準(zhǔn)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(shè)備，以避免泵送牛乳時(shí)影響流量計(jì)的準(zhǔn)確度。其次，是在乳品廠收乳間流量計(jì)之前安裝脫氣設(shè)備。但上述兩種方法對(duì)牛乳中細(xì)小的分散氣泡是不起作用的。因此，在進(jìn)一步處理牛乳的過程中，還用使用真氣脫氣罐，以除去細(xì)小的分散氣泡和溶解氧。 標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(shí)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(shí)是有毒的；此外，微生物還會(huì)引起原料乳中某些成分分解，引起Ph值下降等不良反應(yīng)。因而，進(jìn)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(yù)熱、均質(zhì)、殺菌和冷卻等基本步驟。 預(yù)熱：通常在酸奶的現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)中，預(yù)熱的典型溫度和時(shí)間是：經(jīng)60～70℃預(yù)熱后的原料乳被送到均質(zhì)機(jī)均質(zhì)（15～20MPa）后再回到板式熱交換器進(jìn)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(shè)計(jì)中，預(yù)熱的典型溫度和時(shí)間選擇：經(jīng)60℃預(yù)熱后的原料乳被送到均質(zhì)機(jī)均質(zhì)（15～20MPa）后再回到板式熱交換器進(jìn)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(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)熱水從75℃降溫至25℃，而此時(shí)有:kJ/（㎏K），mPaS，W/(mK)，㎏/m3；，W/(mK)。計(jì)算熱負(fù)荷（不計(jì)熱損失）（J/S）平均溫度差標(biāo)準(zhǔn)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(duì)每股物流計(jì)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(jì)算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計(jì)算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計(jì)算兩邊的傳熱膜系數(shù)：計(jì)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(jì)傳熱板的數(shù)目從第五步到第七步計(jì)算出的板的數(shù)目與傳熱系數(shù)K即流道數(shù)ns有關(guān)。波紋板換熱器的實(shí)際板數(shù)NT和流道數(shù)ns以及程數(shù)的關(guān)系表示為：表3 不同流道數(shù)和程數(shù)計(jì)算所需的板數(shù)流道數(shù)ns98765根據(jù)傳熱計(jì)算所需要的板數(shù)Nnpass=3時(shí)所需總板數(shù)NT5549433731npass=4時(shí)所需總板數(shù)NT7365574941由表3看出，當(dāng)npass=3時(shí)都不滿足，而npass=5時(shí)均能滿足?？紤]到壓力降和經(jīng)濟(jì)性，選擇npass=4，ns=6，NT=49。計(jì)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(jì)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(jì)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(duì)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(shí)間的殺菌對(duì)黏稠度也有很大的提高。均質(zhì)的原理是均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)頭是一圓柱形的外環(huán)包著帶四個(gè)葉片的特殊形狀的芯子，這些部件相互配合，只留一個(gè)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(xì)縫中，高靜壓能被轉(zhuǎn)化成動(dòng)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(shè)備是均質(zhì)機(jī)，它是帶有一個(gè)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(xì)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(jìn)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(yù)熱的乳和冰水。先用乳冷卻，再用冰水把殺菌乳準(zhǔn)確降溫到發(fā)酵溫度，這樣可以節(jié)約能源。殺菌時(shí)換熱器的設(shè)計(jì)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(shè)蒸汽從140℃降溫至100℃，而此時(shí)有:kJ/（㎏K），mPaS，W/(mK)，㎏/m3；mPaS，W/(mK)。計(jì)算熱負(fù)荷（不計(jì)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(duì)每股物流計(jì)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(jì)算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計(jì)算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計(jì)算兩邊的傳熱膜系數(shù)：計(jì)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(jì)傳熱板的數(shù)目N==104/K從第五步到第七步計(jì)算出的板的數(shù)目與傳熱系數(shù)K即流道數(shù)ns有關(guān)。波紋板換熱器的實(shí)際板數(shù)NT和流道數(shù)ns以及程數(shù)的關(guān)系表示為：表4 不同流道數(shù)和程數(shù)計(jì)算所需的板數(shù)流道數(shù)ns87654根據(jù)傳熱計(jì)算所需要的板數(shù)Nnpass=1時(shí)所需總板數(shù)NT171513119npass=2時(shí)所需總板數(shù)NT3329252117由表4看出，當(dāng)npas