板式杀菌机的换热面积计算

文/刘殿宇

（华禹乳品机械制造有限公司）

板式杀菌机的换热面积计算

文/刘殿宇

（华禹乳品机械制造有限公司）

板式杀菌机在饮品特别是乳品工业生产中应用广泛。板式杀菌可分为低温、中温巴氏杀菌及超高温灭菌。以生产处理量为1500型板式巴氏杀菌机为例，介绍板式杀菌工作原理及主要涉及参数；换热面积计算；设计注意事项。

板式杀菌机；换热面积计算；控制；调节。

板式杀菌机在饮品特别是乳品工业生产中应用广泛，板式杀菌机可分为低温、中温巴氏杀菌及超高温灭菌。杀菌温度是否能达到要求与板式杀菌的换热面积及自动控制都有关系，其中换热面积的计算是关键。仅以生产处理量为1 500型板式巴氏杀菌机为例进行阐述。

1 板式杀菌机工作原理及主要技术参数

1.1 板式杀菌机的工作原理

利用蒸汽通过板式换热器将常温水加热至过热水，再利用过热水对物料进行间壁加热，加热至规定温度后保温，保持时间通常为几秒，然后根据要求降温或直接进入下道工序。降温方法一般分两步进行：第一步是利用物料对进料进行预热，第二步是采用冰水对物料进行进一步降温，之后进入下道工序。上述过程要根据具体生产工艺要求进行确定。

本例杀菌机工作过程：蒸汽→板式换热器壳程→疏水；热水→板式换热器壳程→保持。

杀菌后料液→板式间壁预热物料（杀菌同时料液降温）→杀菌后料液进入板式换热器间壁换热（或采用冰水进一步降温）→排料。

1.2 主要技术参数

（1）料液处理量：1 500 kg/h

（2）杀菌温度：135 ℃

（3）牛奶比热容：3.89 kJ/ kg·℃

（4）使用蒸汽压力：0.6 MPa

1.3 结构特点

采用蒸汽（0.75 MPa）将常温水经过板式间壁式换热器加热至145 ℃，然后利用过热水通过板式换热器加热物料，使物料温度升至135 ℃，即可进入保持管保温5 s后进入板式换热器的预热段进行降温，杀菌后料液降温至所需温度，即进入下道工序。

2 板式杀菌机换热面积计算

本板式杀菌机换热面积计算包括两部分，一部分是物料预热段，一部分是物料杀菌段。

2.1 物料预热段换热面积计算

物料预热分三段完成。经过超高温杀菌后料液温度为135 ℃，最初进料温度按20 ℃计算，第一段设定温度为20 ℃的进料经过预热后升温至45 ℃，第二段物料由45 ℃升温至65 ℃，第三段物料由65 ℃升温至95 ℃，杀菌后料液返回经过第二段预热段后温度从135 ℃降至80 ℃，进过第一段预热段温度降为35 ℃。

2.1.1 第一段换热面积计算

（1）

第一预热级预热热量：

Q=1 500×3.89×（45-20）=145 875kJ/h

（2）因为是无相变的变温传热，所以按对数温差计算传热温差：

85 ℃→50 ℃

45 ℃↖20 ℃

∆t1=85-45=40 ℃，∆t2=50-20=30 ℃，则∆t=（40-30）/ ln（40/30）=34.76 ℃

（3）查安德伍德和鲍曼曲线图得温度修正系数为0.97，则换热面积为：

F=Q/（k·∆t）

式中：

F—换热面积，m2

Q—换热热量，kJ/h，根据

（1）得出Q=145 875 kJ/h

k—传热系数，kJ/m2·h·℃，这里k=4 186.8 kJ/ m2·h·℃

∆t—传热温差，℃。

F=145 875/（4 186.8×34.76× 0.97）=1.03 m2

实际换热面积按1.25选取，则F'=1.25×1.03=1.29 m2

2.1.2 第二段预热面积计算

（1）热量Q=1 500×3.89×（65-45）=116 700 kJ/h

（2）按对数温差计算传热温差

110 ℃→85 ℃

65 ℃↖45 ℃

∆t1=110-65=45 ℃，∆t2=85-45=40 ℃，则∆t=（45-40）/ ln（45/40）=42.45 ℃。

（3）查安德伍德和鲍曼曲线图得温度修正系数为0.97，计算换热面积为：

F=116 700/（4 186.8×42.45× 0.97）=0.68 m2

实际换热面积按1.25选取，则F'=1.25×0.68=0.85 m2

2.1.3 第三段预热面积计算

（1）Q=1 500×3.89×（95-65）=175 050 kJ/h

（2）按对数温差计算传热温差

135 ℃→110 ℃

95 ℃↖65 ℃

∆t1=1 3 5-9 5=4 0 ℃，∆t2=110-65=45 ℃，则∆t=（45-40）/ln（45/40）=42.45 ℃。

（3）查安德伍德和鲍曼曲线图得温度修正系数为0.97，计算换热面积为：

F=175 050/（4 186.8×42.45× 0.97）=1.015 m2

实际换热面积按1.25选取，则F'=1.25×1.015=1.27 m2。

2.2 蒸汽加热水，使水成为过热水的换热面积计算

Q=1 500×3.89×（135-95）=233 400 kJ/h

167 ℃→167 ℃

25 ℃↖145 ℃

∆t1=1 6 7-2 5=1 4 2 ℃，∆t2=167-145=22 ℃，则∆t=（142-22）/ln（142/22）=64.35 ℃。

计算得出：F=2 3 3 4 0 0/（4 186.8×64.35）=0.86 m2。

3 设计注意事项

本机的特点是改原开口热水缸为封闭式热水缸，并加热成过热水用于超高温杀菌，实践表明效果良好。杀菌温度是否能够达到设计要求，与杀菌过程的各个阶段换热面积计算有关。过去杀菌温度不够稳定，其中主要影响因素是换热面积计算偏小，其次是杀菌工艺过程不合理以及自动控制不精准。

4 结束语

板式巴氏杀菌及超高温灭菌能否达到效果，最为关键的影响因素是换热面积即预热面积、杀菌面积是否足够，控制是否合理，是否精准。其次是生产必须严格按照自动操作规程进行，否则很难满足生产需要。生产一个班次结束后，必须按照设备自动清洗步骤进行切换清洗。清洗要彻底，否则会影响下个班次的正常使用。C

[1] 刘殿宇. 蒸发器杀菌温度的控制研究.中国乳品工业，2005，33（3）：45-50.

[2] 刘殿宇. 多效降膜式蒸发器不同加料及出料方法的比较.安徽化工，2014（1）：58-62.

[3] 刘殿宇. 管式杀菌机的设计及杀菌的控制研究.中国奶牛，2013（3）：52-53.

[4]刘殿宇. 两种加热介质分别采用间接式杀菌的比较.饮料工业，2014（12）：28-30.

The heat exchange area computation of the plate sterilizer

LIU Dian-yu
（I-Mate Dairy Machinery Manufacturing Co.，Ltd.）

Plate sterilizer in drinks，especially in dairy products，are widely used. Plate sterilization can be divided into low temperature，medium temperature pasteurization and ultra high temperature sterilization. Taking the production capacity of 1500 plate type pasteurization machine as an example，this paper introduced the working principle and main parameters involved in plate sterilizer，calculation of heat exchange area，and design considerations.

plate sterilization machine；heat exchange area computation；control；adjustment

刘殿宇（1962-），男，高级工程师，主要研究方向为乳品机械和轻化工机械。

2016-01-02）