杀菌机的杀菌过程一般分为三段,即预热段、加热段及冷却段。每一段温升或温降参数的设定不同就会有不同的换热面积及效果,总有一个温度参数是比较理想的,本文以板式杀菌机在牛奶杀菌上的应用为例进行阐述。
(1)物料介质:牛奶
(2)生产能力:1000kg/h
(3)杀菌温度:90℃
(4)进料温度:9℃
(5)冰水进入温度2℃,排出温度12℃
生产工艺流程如图1所示:
其工作过程为:
(110℃)蒸汽→水(75℃→95℃),热水(95℃)热水→与物料换热(95℃→75℃)→疏水;90℃物料→去预热进料(90℃→34℃)→冰水(2℃→12℃)降温物料(34℃→9℃),出料。
温度参数设定应根据杀菌工艺过程要求进行设定。本例杀菌各段温度参数如图2所示。
一般的杀菌分为预热、加热和冷却这三个步骤,每一段温度参数设定是根据杀菌温度及预热温度两个温度决定的。
本例杀菌温度为90℃,加热温度为95℃。物料在加热段经过加热,从65℃升至为90℃,加热介质采用的是过热水,加热介质经过与物料热交换后其温度从95℃降至为75℃。在这一阶段,物料出口温度与加热介质入口温度的温差比较小,一般在2℃~5℃之间。本例物料出口温度为90℃,加热温度为95℃,温差为5℃,这样设置温度的目的只有一个,即防止由于温差过大导致结垢结焦加速。
本例为9℃物料温度经过余热后的温度为65℃,加热介质采用的是经过杀菌后的物料的预热对物料进行预热,杀菌后物料经过预热后其温度从90℃降至34℃。这一段需要注意的是物料量是确定的,其给与的热量必须大于或等于被预热物料的热量。三段温度参数的设定也必须以此段的温度参数为基础来设定物料及加热介质在各段的温度参数。如本例物料经过预热给与的热量为:
Q1=1000×0.93(90-34)=52080kcal/h=218058.96k J/h
被预热物料接受热量为;
Q2=1000×0.93(65-9)=52080kcal/h=218058.96k J/h
本例杀菌后物料放出的热量与被预热物料吸收热量相等。
对于一机多用(一般是指针对不同量或不同的相似物料两种产品)杀菌机温度参数设定要以最大生产能力为准,参数设定仍然以加热段、预热段温度两个参数为基础来设定其他各段温度参数,对于生产量小的杀菌机,对某一段的面积可能要采用短路的形式,将多余面积断掉来满足不同产品生产的需要,但是参数设定原则不变。
从图2可看出,从杀菌到预热再到冷却均采用的是逆流工艺,需要特别说明的是,在逆流工艺中冷流体的出口温度可以高出热流体的出口温度。此外,杀菌机尤其是板式杀菌机的阻力都很大,要根据物料及杀菌机的阻力计算并确定出物料泵的流量及扬程,且要留有一定余量,背压阀选择要合理,能够保证物料出料而不气化,背压阀的压力不能过大。