热交换热处理机械与设备.pptx
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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l引言引言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。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。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、装固
2、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。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表7-1食品加工的热交换热处理设备类型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第七章 热交换热处理机械与设备热交换热处理机械与设备第一节第一节 热交换器热交换器第二节第二节 热处理机械设备热处理机械设备第三节第三节 挤压机械与设备挤压机械与设备第四节第四节 油炸设备油炸设备第五节第五节 其它加热机械设备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第一节 热交换器热交换器l热交换器主要指的是用于对流
3、体食品或流体加工介质进行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。加热或冷却处理的设备。l两大类型:间壁式热交换器、直接式两大类型:间壁式热交换器、直接式(混合式混合式)热交换器。热交换器。一、一、间壁式热交换器间壁式热交换器 二、二、直接式热交换器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、一、间壁式热交换器间壁式热交换器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。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,
4、在食品工业中应用最为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。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热间壁式热交换器按其传热面的形状和结构可分为管壁传热和板壁传热两种形式。和板壁传热两种形式。(一)(一)管式热交换器管式热交换器(二)(二)板式热交换器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)(一)管式热交换器管式热交换器 管式热交换器的结构特征是其传热面由金属管构成。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。翅片管式等。1盘管
5、式热交换器盘管式热交换器2套管式热交换器套管式热交换器3列管式热交换器列管式热交换器4翅片管式热交换器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盘管式热交换器盘管式热交换器l也称蛇管式热交换器。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;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加热或冷却用;盘管式换热用作超高温灭菌
6、器的加热器。器。(1)沉浸式盘管热交换器沉浸式盘管热交换器(2)喷淋式蛇管热交换器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沉浸式盘管热交换器l这这种种热热交交换换器器盘盘管管浸浸没没在在装装有有流流体体的的容容器器中中,管管内内和和容容器器内内的的两两种种流流体体通通过过盘盘管管进进行行热热交交换。换。l形形状状:排排管管状状、螺螺旋旋形形(称称为为盘盘香香管管)。也也可可根据容器特点将做成其它形状的盘管。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
7、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沉浸式盘管热交换器l特特点点:这这种种热热交交换换器器管管外外空空间间较较大大,因因而而管管外外流流体体流流速速较较小小,表表面面传传热热系系数数不不高高,热热交交换换器器传传热热效率低,是较古老的一种设备。效率低,是较古老的一种设备。l优优点点:结结构构简简单单,制制造造维维修修方方便便,造造价价低低,能能承承受受较较高高压压强强。由由于于管管外外为为大大量量流流体体,故故对对操操作作条条件的改变并不敏感件的改变并不敏感。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喷淋式蛇管热交换器图7.3 喷淋式蛇
8、管热交换器 l优点优点l喷淋式盘管换热器的管外表喷淋式盘管换热器的管外表面传热系数有所提高,因此所面传热系数有所提高,因此所需传热面积、材料消耗和制造需传热面积、材料消耗和制造成本都较低。成本都较低。l此外,作为卫生式设备,清此外,作为卫生式设备,清洗消毒也较方便。同时,冷却洗消毒也较方便。同时,冷却水消耗量只有沉浸式的一半。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喷淋式蛇管热交换器图7.3 喷淋式蛇管热交换器 l缺点缺点l但这种设备占地面积大,操但这种设备占地面积大,操作时管外有水汽发生,对环境作时管外有水汽发生,对环境不利,故常安装
9、在室外;不利,故常安装在室外;l另外,管子氧化快、寿命短,另外,管子氧化快、寿命短,喷淋的液体量有变化时,温度喷淋的液体量有变化时,温度响应极为敏感响应极为敏感。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。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。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普通套管式热交换器(2)新型套管式热交换器
10、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。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,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。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。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 热交换热处理机械与设备l特点特点n优点:结构简单,能耐高压,可保证逆流操作,排
11、数和程数优点: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。可任意添加或拆除,伸缩性很大。它特别适用于载热体用量它特别适用于载热体用量小或物料有腐蚀性时的换热。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,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,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,可达可达150kg/m2,而列管式热交换器只有,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。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
12、交换热处理机械与设备3列管式热交换器列管式热交换器l也称壳管式热交换器。也称壳管式热交换器。l基本结构基本结构l折流挡板折流挡板 l热膨胀补偿热膨胀补偿l特点与应用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。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,一次通过全部管子而到达另一流体自一端进入后,一次通过全部管子而到达另一端,并自另一端排出,称为单程式。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,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。并在封头内加装隔板
13、,称为多程式。主要结构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折流挡板折流挡板 l对于管外壳间的流对于管外壳间的流体,为了提高管外表面体,为了提高管外表面传热系数,则在管外装传热系数,则在管外装设折流板设折流板(或称挡板或称挡板)。l折流板形式常用的折流板形式常用的有弓形和盘环形两种。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热膨胀补偿热膨胀补偿 n热交换器内管内外温度不同,管壁温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。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
14、使管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,甚至子发生弯曲,或从管板上脱落,甚至还会使热交换器毁坏。还会使热交换器毁坏。n当管壁和壳壁的温度差大于当管壁和壳壁的温度差大于50时,时,应考虑补偿措施以消除这种应力。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、补偿常用的热补偿方法有浮头补偿、补偿圈补偿和圈补偿和U形管补偿。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特点与应用特点与应用n目前使用最广的热交换器。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:易于制造,生产成本低,适应性强,可以选
15、用的材料较广,维修、清洗都较方便,特别是对高压流体更材料较广,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,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,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。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。: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翅片管式热交换器翅片管式
16、热交换器l热交换器间壁两侧流体的表面传热系数相差颇为悬殊时,宜热交换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。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。几百倍,成为传热过程额主要阻力。l形式:很多,常见如图形式:很多,常见如图7.13所示。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第二节 热处理机械设备热处理机械设备l热处理机械设备的用途热处理机械设备的用途l热处理机械设备的类型热处理机械设备的类型一、一、夹层锅夹层锅二、二、连续式热
17、烫设备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。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。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,以去除其中血沫。这往往需要用热水进行加热,以去除其中血沫。这些处理常称为预煮、热烫、烫漂或漂烫等。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
18、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。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加热介质、输送方式和是否带冷却操作段等方面存在差异。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、一、夹层锅夹层锅l夹层锅又称为二重锅、双重釜等。其锅体通常为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。半球形
19、结构,上部加有直线段。l按其深度分为浅型、半深型和深型;按操作分为按其深度分为浅型、半深型和深型;按操作分为固定式固定式和和可倾式可倾式。每种型式的夹层锅均有大小不。每种型式的夹层锅均有大小不同的规格。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固定式夹层锅固定式夹层锅 其锅体为一个半其锅体为一个半球形与圆柱形壳体焊接球形与圆柱形壳体焊接而成的夹层容器而成的夹层容器夹层外分别设有夹层外分别设有进汽管、不凝性气排放进汽管、不凝性气排放管和冷凝水排放管接口。管和冷凝水排放管接口。在锅底正中位置在锅底正中位置开有一个排料接管。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
20、械与设备l可倾式夹层锅可倾式夹层锅 n主要由锅体、倾覆装置及机架构成。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。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,另一端作为不凝端作为蒸汽进管,另一端作为不凝汽排出管。汽排出管。n倾覆装置为手轮及蜗轮蜗杆机构,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。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,般不设排料口,因为锅体本身
21、可倾,设排料口反而增加清洗负担。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不论是固定式还是可倾式夹层锅,式夹层锅,当锅体容积当锅体容积较大较大(500L)或用于黏或用于黏稠物料时,宜配置搅拌稠物料时,宜配置搅拌装置,装置,搅拌桨可视应用搅拌桨可视应用需要取锚式或桨式,转需要取锚式或桨式,转速范围在速范围在1020r/min。l带搅拌器的夹层锅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夹层锅的特点与应用n特点特点u优点:结构和操作简单,适用于多品种处理等。优点:结构和操作简单,适用于多品种处理等。u缺点
22、:生产能力有限,操作劳动强度较大。另外,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。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。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、二、连续式热烫设备连续式热烫设备l类型类型(一)(一)连续预煮机连续预煮机(二
23、)(二)蒸汽热烫设备蒸汽热烫设备(三)(三)单体快速热烫系统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类型类型n连续式热处理设备可以分为三类。连续式热处理设备可以分为三类。预煮机:物料浸在热水中进行处理的设备。预煮机:物料浸在热水中进行处理的设备。蒸汽热烫设备:利用蒸汽直接对物料进行处理的设备。蒸汽热烫设备:利用蒸汽直接对物料进行处理的设备。喷淋式热烫设备:利用热水对物料进行喷淋处理的设备。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
24、不同而已。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)(一)连续预煮机连续预煮机l预煮的概念预煮的概念l预煮设备类型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。进行短时间加热的操作。n是果蔬保藏加工(如罐藏、冻藏、脱水加工)中的一项重是果蔬保藏加工(如罐藏、冻藏、脱水加工)中的一项重要操作工序。要操作工序。n预煮的主要目的是钝化酶或软化组织。预煮的主要目的是钝化酶或软化组织。n处理的时间与
25、物料的大小和热穿透性有关,例如,豌豆只处理的时间与物料的大小和热穿透性有关,例如,豌豆只需加热需加热12min,而整玉米需要处理,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。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。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。斗,其中以刮板式较为常用。食品工
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