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1、食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l引言n食品加工过程中，物料进行加热或冷却处理是一项 普遍而重要的单元操作。n物料的三种传热方式：对流、传导和辐射。n食品物料状态有液体、固体两大类。对它们加热或 冷却操作可在通用或专用热交换设备进行，例如，对于 液体物料可用各种间接或直接式热交换器，对于未包装 固体物料，一般可采用专用热处理设备，如挤压机、油 炸机、热烫机等。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备表7-1食品加工的热交换热处理设备类型食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备第一节 热
2、交换器第二节 热处理机械设 备第三节 挤压机械与设 备第四节 油炸设备第五节 其它加热机械 设备食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备第一节 热交换器l热交换器主要指的是用于对流体食品或流体加工介质进行加热或冷却处理的设备。l两大类型：间壁式热交换器、直接式(混合式)热交换器。一、间壁式热交换器 二、直接式热交换器食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备一、间壁式热交换器l间壁式热交换器的特点是换热介质和换热物料被金属材 料隔开，两者不相混合，通过间壁进行热量的交换。l这种加热方式符合食品卫生要求，在食品工业中应用最 为广泛。l间壁式热交换器按其传热面的形状和结构可分为管壁传
3、热和板壁传热两种形式。 （一）管式热交换器（二）板式热交换器食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备（一）管式热交换器管式热交换器的结构特征是其传热面由金属管构成。这类热交换器的主要形式有盘管式、套管式、列管式和翅片管式等。1盘管式热交换器2套管式热交换器3列管式热交换器4翅片管式热交换器食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备1盘管式热交换器l也称蛇管式热交换器。l应用广泛，例如：冷库中的冷排管和盘管式冷凝器； 某些大型搅拌反应罐内的盘管式热交换器；乳品工业用这 种形式的热交换器作奶油、炼乳等高黏度制品的加热或冷 却用；盘管式换热用作超高温灭菌器的加热器。 (1)沉浸式盘管热
4、交换器 (2)喷淋式蛇管热交换器 食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备(1)沉浸式盘管热交换器l这种热交换器盘管浸没在装有流体的容器中 ，管内和容器内的两种流体通过盘管进行热 交换。l形状：排管状、螺旋形(称为盘香管)。也可根据容器特点将做成其它形状的盘管。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备(1)沉浸式盘管热交换器l 特点：这种热交换器管外空间较大，因而管外流 体流速较小，表面传热系数不高，热交换器传热 效率低，是较古老的一种设备。l 优点：结构简单，制造维修方便，造价低，
5、能承 受较高压强。由于管外为大量流体，故对操作条 件的改变并不敏感。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备(2)喷淋式蛇管热交换器图7. 3 喷淋式蛇管热交换器 l优点 l喷淋式盘管换热器的管外表 面传热系数有所提高，因此所 需传热面积、材料消耗和制造 成本都较低。 l此外，作为卫生式设备，清 洗消毒也较方便。同时，冷却 水消耗量只有沉浸式的一半。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备(2)喷淋式蛇管热交换器图7. 3 喷淋式蛇管热交换器 l缺点 l但这种设备占地面积大，操 作时管外有水汽发生，对环境 不利，故常安装在室外； l另外，管子氧化快、寿命短 ，喷淋的液体量有变化
6、时，温 度响应极为敏感 。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备2套管式热交换器l套管式热交换器有普通套管式和新型套管式两种型式。换热原理上两者无本质区别，但材料和结构方式，后者作了较大改进，因而目前已经广泛用于黏稠流体的加热。(1) 普通套管式热交换器 (2) 新型套管式热交换器食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备(1)普通套管式热交换器l操作时，一种流体在内管流动，另一流体在套管环隙内 流动。利用蒸汽加热内管中的液体时，液体从下方进入套管的 内管，顺序流过各段套管而由上方流出。l蒸汽则由上方套管进入环隙中，冷凝水由最下面的套管 排出。食品工厂机械与设备第七章 热交换热
7、处理机械与设备l特点n优点：结构简单，能耐高压，可保证逆流操作，排数和程数可任意添加或拆除，伸缩性很大。它特别适用于载热体用量小或物料有腐蚀性时的换热。n缺点：管子接头多，易泄漏，单位体积所具有的换热面积小，且单位传热面的金属材料消耗量是各种热交换器中最大 的，可达150kg/m2，而列管式热交换器只有30kg/m2。n适合于需要传热面不大的情况。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备3列管式热交换器l也称壳管式热交换器。l基本结构l折流挡板 l热膨胀补偿l特点与应用食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备主要由管束、管板、外壳、封头、折流板等组成 。流体自一端进入后，一次通
8、过全部管子而到达另 一端，并自另一端排出，称为单程式。为了提高管内表面传热系数，将管束分为若干组 ，并在封头内加装隔板，称为多程式。主要结构食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l折流挡板 l对于管外壳间的流体，为了提高管外表面传热系数，则在管外装 设折流板(或称挡板)。l折流板形式常用的有弓形和盘环形两种。 食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l热膨胀补偿 n热交换器内管内外温度不同，管 壁温度和壳壁温度也不同，致使管束与 壳体的热膨胀程度有差别。n这种热胀冷缩所产生的应力往往 使管子发生弯曲，或从管板上脱落，甚 至还会使热交换器毁坏。 n当管壁和壳壁的温度差大于50
9、时，应考虑补偿措施以消除这种应力。n常用的热补偿方法有浮头补偿、 补偿圈补偿和U形管补偿。图7. 12 热膨胀的补偿食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l特点与应用n目前使用最广的热交换器。n优点：易于制造，生产成本低，适应性强，可以选 用的材料较广，维修、清洗都较方便，特别是对高压流体 更为适用。在食品工业中常用作预热器、加热器和冷却器 ，在冷冻系统中可以用作冷凝器和蒸发器。用蒸汽加热时 ，蒸汽在管外流动。在考虑食品的卫生要求时，与食品物 料直接接触的部分应采用不锈钢作材料。n缺点：结合面较多，易造成泄漏。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备4翅片管式热交换器l热交换
10、器间壁两侧流体的表面传热系数相差颇为悬殊时 ，宜采用翅片管式热交换器。l例如：水蒸气加热空气时，管内的表面传热系数要比管 外大几百倍，成为传热过程额主要阻力。 l形式：很多，常见如图7.13所示。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备第二节 热处理机械设备l热处理机械设备的用途l热处理机械设备的类型一、夹层锅二、连续式热烫设备食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l热处理机械设备的用途食品加工中，许多清洗过的果蔬原料，往往必须及时进行热处理。所谓热处理，就是用热水或蒸汽对果蔬物料进行短时加热并及时冷却。一些中式熟肉制品，在调味烧煮以前，也往往需要用热水进行加热，以去除其中血
11、沫。这些处理常称为预煮、热烫、烫漂或漂烫等。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l热处理机械设备的类型热处理操作的设备有间歇式和连续式两类。间歇式热处理设备中，使用最为普遍的是夹层锅。连续式热处理设备有多种类型，主要在于加热介质、输送方式和是否带冷却操作段等方面存在差异。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备一、夹层锅l夹层锅又称为二重锅、双重釜等。其锅体通常为半球形结构，上部加有直线段。l按其深度分为浅型、半深型和深型；按操作分为固定式和可倾式。每种型式的夹层锅均有大小不同的规格。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l固定式夹层锅 其锅体为一个半球 形与圆柱
12、形壳体焊接而 成的夹层容器夹层外分别设有进 汽管、不凝性气排放管 和冷凝水排放管接口。在锅底正中位置开 有一个排料接管。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l可倾式夹层锅 n主要由锅体、倾覆装置及机架 构成。n锅体形状与固定式的相似。n全部锅体用轴颈伸接于支架两 边的轴承上，其中轴颈为空心结构， 一端作为蒸汽进管，另一端作为不凝 汽排出管。n倾覆装置为手轮及蜗轮蜗杆机 构，摇动手轮可使锅体倾倒，用于卸 料。n值得注意的是，可倾式夹层锅 底一般不设排料口，因为锅体本身可 倾，设排料口反而增加清洗负担。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备不论是固定式还是可倾式夹层锅，当锅体
13、容积较大(500L)或用于黏稠物料时，宜配置搅拌装置，搅拌桨可视应用需要取锚式或桨式，转速范围在1020r/min。l带搅拌器的夹层锅食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l夹层锅的特点与应用n特点u优点：结构和操作简单，适用于多品种处理等。u缺点：生产能力有限，操作劳动强度较大。另外，夹层锅操作区常会出现大量水汽。因此，需要注意应有适当的排汽通风措施。n夹层锅在食品加工业中仍有其重要地位，广泛用于各种物料的漂烫处理。此外，也适合于调味品配制、溶糖化糖及一些肉类制品熬煮等操作。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备二、连续式热烫设备l类型（一）连续预煮机（二）蒸汽热烫设备（
14、三）单体快速热烫系统食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l类型n连续式热处理设备可以分为三类。n预煮机：物料浸在热水中进行处理的设备。n蒸汽热烫设备：利用蒸汽直接对物料进行处理的设备。n喷淋式热烫设备：利用热水对物料进行喷淋处理的设备。n本质上这三类设备对物料的预处理目的是相同的，只不过所用的加热介质状态或处理方式不同而已。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备（一）连续预煮机l预煮的概念l预煮设备类型食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l预煮的概念n预煮也称烫漂或漂烫，通常指利用接近沸点的热水对果蔬进行短时间加热的操作。n是果蔬保藏加工（如罐藏、冻藏、脱水加
15、工）中的一项重要操作工序。n预煮的主要目的是钝化酶或软化组织。n处理的时间与物料的大小和热穿透性有关，例如，豌豆只需加热12min，而整玉米需要处理11min。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l预煮设备类型n可用夹层锅，大批量生产多用连续式预煮设备。n根据物料运送方式不同，连续式预煮设备可以分为链带式和螺旋式两种。n链带式预煮机又可根据物料需要加装刮板或多孔板料斗，其中以刮板式较为常用。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备（一）连续预煮机l刮板式连续预煮机l螺旋式连续预煮机食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备1刮板式连续预煮机l结构l工作过程l特点l应用
16、食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备n主要由煮槽、蒸汽吹泡管 、刮板输送装置和传动装置等组 成。 n刮板上开有小孔，用以降 低移动阻力。 n蒸汽吹泡管管壁开有小孔 ，进料端喷孔较密，出料端喷孔 较稀，目的在于使进料迅速升温 至预煮温度。 n为避免蒸汽直接冲击物料 ，一般将孔开在管子的两侧，且 这种开孔方式有利于水温趋于均 匀。l刮板式连续预 煮机结构 食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l刮板式连续预煮机的工作过程通过吹泡管喷出 的蒸汽将槽内水加热并 维持所需温度。由升送机送入的 物料，在刮板链的推动 下从进料端随链带移动 到出料端，同时受到加 热预煮。链带速度可根据 预煮时间要求进行调整 。食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备n优点：物料形态及密度对操作影响较小，机械损伤少。n缺点： 但设备占地面积大，清洗、维护困难。l刮板式连续预煮机的特点食品工厂机械
