5. 3热交换设备类型确定

在乳制品加工过程中，常用的热交换设备有管式热交换器、板式热交换器及刮板式热

交换器等。本文选择板式热交换器，这是由板式热交换器的结构和独特的优点确定的。 板式热交换器是由许多不锈钢薄片重叠压紧而成的热交换器，与之配套的主要工作部

件有温度调节系统与自动记录仪、乳泵和热水泵等。热交换器主体部分是由许多具有花纹

的热交换片依次重叠在框架上压紧而成，加热(或冷却)介质与料液在相邻两片间流动，通

过金属片进行热交换，金属片面积大，流动的液层又薄，热效果很好，其结构如图5-3所

不。 换热片用lmm厚的不锈钢板由水压机冲压成型，板片悬挂于导杆上，前端有压紧板，

压紧螺杆可使压紧板与各传热片叠合在一起。片与片之间在片的四周用橡胶垫圈保证密

封，并使两片间有一定空隙，垫圈的厚度决定了两片之间流体通道大小。每片的四角各有

1个孔。借垫圈的密封作用，4个孔中有两个孔可与金属片一侧的流道相通，另两个孔则

与金属片另一侧的流道相通。冷热两流体就在薄片的两边交替流动进行热交换。拆卸时，

只需转动压紧螺杆，使压紧板及换热片沿着导杆滑动松开，清洗、拆装都很方便。 板式热交换器的特点是有较高的传热效率。由于两片之间空隙小，使冷热两流体都有

很高的流速，在传热片面上，又因冲压成凹凸沟纹使速度大小和方向不断地突然改变，流

体通过时，能形成湍流状态，能有效地破坏边界层，减薄边界层的热阻，故提高了传热系数K值。结构紧凑，占地面积小。较小的工作体积内，可容纳较多的传热面积，这是板式

热交换器最突出的优点之一。有较大的适应性，当生产上要求改变工艺条件和生产能力时，

只需增减传热片的片数，改变片的组合，即能满足生产要求。因设备各部件拆卸装备简单，

故便于清洗，保持良好的卫生条件。操作安全，完全在密闭的条件下操作，物料不与空气

接触，防止污染，从结构上保证两种液体不致相混，在热交换段，原料乳处于负压下，

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保

证它不会混入正压下的杀菌乳内，万一发生泄漏事故，结构上也保证易被发现，及时得到

调整。热量利用率高，数种流体可在同一套设备中进行热交换，即在同一套设备内可进行

加热和冷却，便于热量的回收，既节约设备投资，又可节约蒸汽与冷却水。能自动调节，

连续生产。

采用处理能力为5000L/h的板式热交换器，牛乳密度为1020 kg/ m3，比热容3. 95kJ/ (kg.

℃)，局部总传热系数K值取5000W/ (m2.℃)。通过热交换使冷乳从5℃它预热到70 0C。

则:

5. 4原料乳冷却阶段热量计算

将乳冷却是获得优质原料乳的必要前提。刚挤下来的乳，温度约36 0C，一般要冷却到

4℃左右。现将原料乳冷却阶段的热量变化计算如下: Q=V X p X c X△t

=5000 X 1020 X 3. 95 X 32/1000 =644640kJ/h 5. 5预热·均质、超高温灭菌阶段热量计算

相同处理能力板式热交换器(5000L/h)用于乳的热处理，但是设备装有单效蒸发器， 可将乳浓缩到所需要的固体含量(见工艺流程图5-4) o 其温度变化如下:

(1)通过热交换使进入的冷乳从5℃它预热到70 0C，即利用蒸发器冷凝水的能量; (2)接着用热水将70℃的乳继续加热到90 0C，进入蒸发器(为了得到所需要的乳固体

含量，使乳在蒸发器内部循环，乳在换热器的加热段流速为19000L/h);

(3)浓缩乳于75℃离开蒸发器，进行均质，然后通过热交换使其加热到121 0C，即利

用加热过的乳的能量;

(4)用热水将将121℃的浓缩乳加热到1350C;

(5)通过热交换器使加热过的乳从135℃冷却到90 0C，即将能量传到75℃的浓缩乳中;

(6)然后用冷水使乳从90℃冷却到20-300C，灌装。

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该方式热回收百分率的计算复杂。最简单的方法是用热交换所得到的热量除以总的热

负荷，再乘以100，即得热回收百分率。计算如下:

(1) 5-700C(热交换):得到的热量为65 X 5700 X 3. 95 X 1. 02=1492744. 5kJ/h (2) 70-90 0C(热水):热负荷为20 X 19700 X 3. 95 X 1. 02 =1587426kJ/h

(3) 75-121 0C(热交换):得到的热量为46 X 5000 X 3. 95 X 1. 02=926670kJ/h (4) 121-135 0C(热水):热负荷为14 X 5000 X 3. 95 X 1. 02=282030kJ/h

因此总的热负荷为:1492744. 5十1587426十926670十282030=4288870.5 kJ/h 通过热交换得到的热量为:1492744. 5十926670=2419414.5 kJ/h 热回收百分率为:(2419414. 5/4288870. 5 ) X 100 } = 56. 41 5. 6小结

(1)根据不同热交换器传热面积、传热效率等特点，选择板式热交换器作为冷却、 加热和杀菌设备;

(2)用选定板式热交换器对原料乳冷却过程热量变化进行初步计算，其热量变化为

644640kJ/h;

(3)通过该板式热交换器对乳制品预热、均质、超高温灭菌等加工阶段进行热量衡

算，其热回收百分率为56. 41 % ;

(4)该板式热交换器的选择合理，符合本厂的生产的实际情况，具有传热面积大、 传热快、热回收率高等特点。

第六章主要设备选型

设备选型应符合工艺要求，它的依据是物料衡算。设备选型的好坏是保证产品质量的

关键，体现生产水平的标准，它为动力配电、水、汽用量计算提供依据。对于生产中关键

设备除按实际生产能力所需的台数配备外，还应考虑备用设备。若几种产品都需要的

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共同

设备，应按处理量最大的品种所需的台数确定。一般后道工序设备的生产能力要略大于前

道，以防物料积压。 6. 1选择设备的原则

从设备的设计选型上，可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性。因此在设备

的工艺设计和选型时应考虑如下原则: (1)保证工艺过程实施的安全可靠。 (2)经济上合理，技术上先进。 (3)投资省，耗材料少。

(4)运行费用低，水电汽消耗少。

(5)操作清洗方便，耐用易维修，备品配件供应可靠，减轻工人劳动强度，实施机械

化和自动化方便。

(6)结构紧凑，尽量采用经过实践考验证明确实性能优良的设备。 (7)考虑生产波动与设备平衡，留有一定余量。 (8)考虑设备故障及检修的备用。 6. 2设备选型

根据产品方案和设计规模，全年平均计算每小时生产设计产量为15吨。下面对生产所

需设备进行选型如表6-1所示。

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