杀菌机设计的几个问题探讨

文/刘殿宇

（华禹乳品机械制造有限公司）

杀菌机应用领域广泛。杀菌机分为管式杀菌机和板式杀菌机2 种，管式杀菌机又分为列管式杀菌机、套管式杀菌机和刮板式杀菌机3 种。杀菌机在应用过程中出现的问题主要是杀菌温度不稳定、不足；出料冷却效果不佳；结垢结焦严重，难以清洗彻底；对于一些特殊物料来说经常会出现生产能力不足的问题。本文就这些问题进行阐述。

1 选择最佳的工艺流程

杀菌机工艺流程根据生产工艺参数确定。工艺流程是否合理是决定杀菌机性能的关键。杀菌机工艺流程应不但能够满足杀菌要求，还必须充分有效利用余热，达到节能降耗的目的。现代杀菌机通常不是对单一品种物料进行杀菌，往往一机多用，即完成多个生产品种的杀菌任务，这就对杀菌机的设计提出了比较复杂的杀菌工艺要求，尤其是在计算换热面积时必须考虑到能够满足所有物料品种的杀菌条件，最终杀菌面积应为最大的换热面积。

2 杀菌温度不足

杀菌温度不足的主要原因是对物料特性的了解不够充分，杀菌段换热面积计算偏小。物料特性是指物料品种、成分、黏度、干物质含量等参数，在设计杀菌机时必须了解并掌握这些参数。物料特性及杀菌温度要求决定杀菌机的结构形式，如牛奶杀菌可以采用板式杀菌机，板式杀菌机一般为低温杀菌，杀菌温度不超过100 ℃，也可以采用管式杀菌机，管式杀菌多为高温或超高温；如果是用于番茄酱类物料杀菌，普通管式杀菌机很难满足要求，需要采用套管式杀菌机。杀菌机的料液出口温度与加热介质出口温度相差一般在1～5 ℃，最高不超过8 ℃。杀菌机杀菌段传热系数的选择至关重要，板式杀菌机的传热系数根据板片结构厚薄而不同，国内一般为1 289～2 000 kcal/m2·h·℃，国外最高可达2 579 kcal/m2·h·℃；管式杀菌机的传热系数一般为1 000～1 289 kcal/m2·h·℃；套管式杀菌机一般用于浓度较高、黏度较大的物料，其传热系数一般为500～600 kcal/m2·h·℃。杀菌温度不足一般首先是由于换热面积偏小所致，如番茄酱杀菌，其换热系数一般为500～600 kcal/m2·h·℃，如果传热系数偏大，则可能导致杀菌温度不足；其次是由于杀菌机结垢结焦严重，没有按时清洗或没有清洗彻底所致，板式杀菌机的板型多为人字形及波浪形，波浪形板片结垢结焦速度比人字形板片快，而管式杀菌机多采用螺纹波形管，这样可提高传热系数。

3 冷却效果不佳

杀菌机冷却效果不佳有2 种可能：一是冷却面积不足，没有充分利用杀菌后物料的余热对进料进行有效预热降温。杀菌机的杀菌温度是逐级加热到所需温度，换热温差较小，是为了保证对物料进行有效加热，同时不致使物料在换热器内迅速结垢结焦。冷却也是这样，一般先利用杀菌后的料液余热进行预热降温，然后再经过塔水冷却降温，同时根据用户需要，为了获得更低温度，往往还采用冰水进行降温，即塔水冷却、冰水冷却，然后进入下一道工序。冷却段的传热系数与加热杀菌段的传热系数不同，根据冷媒介质温度及其料液温度确定，一般小于加热段的传热系数。二是冷却水量不足或冷却水温度过高，导致不能达到预期的冷却效果。

4 结垢结焦严重

杀菌机结垢结焦严重有3 种可能：一是换热面积偏小；二是板式杀菌机的板型不流畅，导致结垢结焦速度加快；三是清洗不彻底，清洗间隔时间过长。杀菌机的清洗过程一般为水洗、碱洗、酸洗、水洗，由于水洗间隔时间过长导致结垢结焦严重的现象比较普遍。清洗时一般按泵流量的1.5～2 倍选择泵，扬程根据杀菌机类型及阻力大小确定，如果采用进料泵进行清洗，多为变频形式。

5 泵的选择

杀菌机泵的选择原则是根据流量及沿程压力损失来确定。沿程压力损失包括管道沿程压力损失和料液在换热器中的压力损失。物料特性（即物料浓度及黏度）不同，沿程压力损失也不相同，浓度越高、黏度越大，压力损失越大；黏稠物料（如番茄酱类）比普通料液的沿程压力损失大。板式杀菌机的阻力比管式杀菌机的阻力大。杀菌机的阻力计算比较复杂，除了理论计算外，还必须掌握物料在实际应用中的压力损失，杀菌机的进出口都安装有压力表，前后压力表之差就是沿程压力损失，然后对理论计算进行修订，多次的实践经验加上理论计算即可确定出选择进料泵的方法，对于黏稠物料（如番茄酱类），进料泵一般选择1.5～2 倍的实际进料量，基本上能够满足生产要求。近年来，杀菌机用于黏稠物料时出现的问题较多，泵选择过小，扬程不足最为普遍。对于黏稠物料，进料泵一般多选择容积泵或螺杆泵。此外，杀菌过程常常伴随均质过程，设计者必须了解均质机在实际生产中的位置，均质机所处位置会直接影响进料阻力，生产线布局时也应力求设备紧凑，不能随意改变原来工艺设计，一旦改变了，就可能影响杀菌机及其他设备的使用性能。

6 控制阀门不精确

全自动杀菌机的阀门选择至关重要，调节阀的精确程度关系到杀菌温度的稳定性与可持续性，杀菌温度误差过大也会导致杀菌机出现杀菌温度不稳定的问题，长期下去会引起结垢结焦加速，最终导致清洗间隔时间过短。

7 结束语

上述是笔者针对杀菌机设计提出的一些看法。总之，设计杀菌机时必须对料液的物理及化学特性有所了解和掌握，尤其是物料的干物质含量及黏度，这2 个参数决定杀菌机的类型及结构。同时，设计杀菌机时不仅要基于理论计算，还需要了解并掌握杀菌机在实际应用中的使用情况、生产状态参数，然后融入到设计中去，随时纠正设计中的不足，这样杀菌机质量和性能才能不断提高。