殺菌機設(shè)計的幾個問題探討

文/劉殿宇

（華禹乳品機械制造有限公司）

殺菌機應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。殺菌機分為管式殺菌機和板式殺菌機2 種，管式殺菌機又分為列管式殺菌機、套管式殺菌機和刮板式殺菌機3 種。殺菌機在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題主要是殺菌溫度不穩(wěn)定、不足；出料冷卻效果不佳；結(jié)垢結(jié)焦嚴(yán)重，難以清洗徹底；對于一些特殊物料來說經(jīng)常會出現(xiàn)生產(chǎn)能力不足的問題。本文就這些問題進行闡述。

1 選擇最佳的工藝流程

殺菌機工藝流程根據(jù)生產(chǎn)工藝參數(shù)確定。工藝流程是否合理是決定殺菌機性能的關(guān)鍵。殺菌機工藝流程應(yīng)不但能夠滿足殺菌要求，還必須充分有效利用余熱，達到節(jié)能降耗的目的?，F(xiàn)代殺菌機通常不是對單一品種物料進行殺菌，往往一機多用，即完成多個生產(chǎn)品種的殺菌任務(wù)，這就對殺菌機的設(shè)計提出了比較復(fù)雜的殺菌工藝要求，尤其是在計算換熱面積時必須考慮到能夠滿足所有物料品種的殺菌條件，最終殺菌面積應(yīng)為最大的換熱面積。

2 殺菌溫度不足

殺菌溫度不足的主要原因是對物料特性的了解不夠充分，殺菌段換熱面積計算偏小。物料特性是指物料品種、成分、黏度、干物質(zhì)含量等參數(shù)，在設(shè)計殺菌機時必須了解并掌握這些參數(shù)。物料特性及殺菌溫度要求決定殺菌機的結(jié)構(gòu)形式，如牛奶殺菌可以采用板式殺菌機，板式殺菌機一般為低溫殺菌，殺菌溫度不超過100 ℃，也可以采用管式殺菌機，管式殺菌多為高溫或超高溫；如果是用于番茄醬類物料殺菌，普通管式殺菌機很難滿足要求，需要采用套管式殺菌機。殺菌機的料液出口溫度與加熱介質(zhì)出口溫度相差一般在1～5 ℃，最高不超過8 ℃。殺菌機殺菌段傳熱系數(shù)的選擇至關(guān)重要，板式殺菌機的傳熱系數(shù)根據(jù)板片結(jié)構(gòu)厚薄而不同，國內(nèi)一般為1 289～2 000 kcal/m2·h·℃，國外最高可達2 579 kcal/m2·h·℃；管式殺菌機的傳熱系數(shù)一般為1 000～1 289 kcal/m2·h·℃；套管式殺菌機一般用于濃度較高、黏度較大的物料，其傳熱系數(shù)一般為500～600 kcal/m2·h·℃。殺菌溫度不足一般首先是由于換熱面積偏小所致，如番茄醬殺菌，其換熱系數(shù)一般為500～600 kcal/m2·h·℃，如果傳熱系數(shù)偏大，則可能導(dǎo)致殺菌溫度不足；其次是由于殺菌機結(jié)垢結(jié)焦嚴(yán)重，沒有按時清洗或沒有清洗徹底所致，板式殺菌機的板型多為人字形及波浪形，波浪形板片結(jié)垢結(jié)焦速度比人字形板片快，而管式殺菌機多采用螺紋波形管，這樣可提高傳熱系數(shù)。

3 冷卻效果不佳

殺菌機冷卻效果不佳有2 種可能：一是冷卻面積不足，沒有充分利用殺菌后物料的余熱對進料進行有效預(yù)熱降溫。殺菌機的殺菌溫度是逐級加熱到所需溫度，換熱溫差較小，是為了保證對物料進行有效加熱，同時不致使物料在換熱器內(nèi)迅速結(jié)垢結(jié)焦。冷卻也是這樣，一般先利用殺菌后的料液余熱進行預(yù)熱降溫，然后再經(jīng)過塔水冷卻降溫，同時根據(jù)用戶需要，為了獲得更低溫度，往往還采用冰水進行降溫，即塔水冷卻、冰水冷卻，然后進入下一道工序。冷卻段的傳熱系數(shù)與加熱殺菌段的傳熱系數(shù)不同，根據(jù)冷媒介質(zhì)溫度及其料液溫度確定，一般小于加熱段的傳熱系數(shù)。二是冷卻水量不足或冷卻水溫度過高，導(dǎo)致不能達到預(yù)期的冷卻效果。

4 結(jié)垢結(jié)焦嚴(yán)重

殺菌機結(jié)垢結(jié)焦嚴(yán)重有3 種可能：一是換熱面積偏?。欢前迨綒⒕鷻C的板型不流暢，導(dǎo)致結(jié)垢結(jié)焦速度加快；三是清洗不徹底，清洗間隔時間過長。殺菌機的清洗過程一般為水洗、堿洗、酸洗、水洗，由于水洗間隔時間過長導(dǎo)致結(jié)垢結(jié)焦嚴(yán)重的現(xiàn)象比較普遍。清洗時一般按泵流量的1.5～2 倍選擇泵，揚程根據(jù)殺菌機類型及阻力大小確定，如果采用進料泵進行清洗，多為變頻形式。

5 泵的選擇

殺菌機泵的選擇原則是根據(jù)流量及沿程壓力損失來確定。沿程壓力損失包括管道沿程壓力損失和料液在換熱器中的壓力損失。物料特性（即物料濃度及黏度）不同，沿程壓力損失也不相同，濃度越高、黏度越大，壓力損失越大；黏稠物料（如番茄醬類）比普通料液的沿程壓力損失大。板式殺菌機的阻力比管式殺菌機的阻力大。殺菌機的阻力計算比較復(fù)雜，除了理論計算外，還必須掌握物料在實際應(yīng)用中的壓力損失，殺菌機的進出口都安裝有壓力表，前后壓力表之差就是沿程壓力損失，然后對理論計算進行修訂，多次的實踐經(jīng)驗加上理論計算即可確定出選擇進料泵的方法，對于黏稠物料（如番茄醬類），進料泵一般選擇1.5～2 倍的實際進料量，基本上能夠滿足生產(chǎn)要求。近年來，殺菌機用于黏稠物料時出現(xiàn)的問題較多，泵選擇過小，揚程不足最為普遍。對于黏稠物料，進料泵一般多選擇容積泵或螺桿泵。此外，殺菌過程常常伴隨均質(zhì)過程，設(shè)計者必須了解均質(zhì)機在實際生產(chǎn)中的位置，均質(zhì)機所處位置會直接影響進料阻力，生產(chǎn)線布局時也應(yīng)力求設(shè)備緊湊，不能隨意改變原來工藝設(shè)計，一旦改變了，就可能影響殺菌機及其他設(shè)備的使用性能。

6 控制閥門不精確

全自動殺菌機的閥門選擇至關(guān)重要，調(diào)節(jié)閥的精確程度關(guān)系到殺菌溫度的穩(wěn)定性與可持續(xù)性，殺菌溫度誤差過大也會導(dǎo)致殺菌機出現(xiàn)殺菌溫度不穩(wěn)定的問題，長期下去會引起結(jié)垢結(jié)焦加速，最終導(dǎo)致清洗間隔時間過短。

7 結(jié)束語

上述是筆者針對殺菌機設(shè)計提出的一些看法?？傊O(shè)計殺菌機時必須對料液的物理及化學(xué)特性有所了解和掌握，尤其是物料的干物質(zhì)含量及黏度，這2 個參數(shù)決定殺菌機的類型及結(jié)構(gòu)。同時，設(shè)計殺菌機時不僅要基于理論計算，還需要了解并掌握殺菌機在實際應(yīng)用中的使用情況、生產(chǎn)狀態(tài)參數(shù)，然后融入到設(shè)計中去，隨時糾正設(shè)計中的不足，這樣殺菌機質(zhì)量和性能才能不斷提高。