第7章热交换热处理机械与设备课件

食品工厂机械与设备第第7 7章章 热交换热处理机械与设备热交换热处理机械与设备食品科学学院食品教研室食品科学学院食品教研室王海鸥王海鸥第第7 7章章 热交换热处理机械与设备热交换热处理机械与设备主主要要内内容容7 7.1 .1 热交换器热交换器 7 7.3 .3 挤压机械挤压机械7 7.2 .2 热处理机械热处理机械第第7 7章章 热交换热处理机械与设备热交换热处理机械与设备 食品加工过程中，物料进行食品加工过程中，物料进行加热加热或或冷却处理冷却处理(即即热交换热交换)是一项是一项普遍而重要的单元操作普遍而重要的单元操作。物料涉及从。物料涉及从原料原料到到包装包装半半成品。杀菌、冷却、干燥、浓缩、冷冻等等。成品。杀菌、冷却、干燥、浓缩、冷冻等等。物料的三种传热方式：物料的三种传热方式：对流对流、传导传导和和辐射辐射。食品物料状态有食品物料状态有液体液体、固体固体两大类。对它们加热或冷却两大类。对它们加热或冷却操作可在操作可在通用通用或或专用热交换设备专用热交换设备进行，例如，对于液体物进行，例如，对于液体物料可用各种料可用各种间接间接或或直接式热交换器直接式热交换器，对于未包装固体物料，对于未包装固体物料，一般可采用一般可采用专用热处理设备专用热处理设备，如，如挤压机、挤压机、油炸机、热烫机油炸机、热烫机等。等。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直接加热和间接加热 直接加热直接加热：是将加热介：是将加热介质与产品直接混合。质与产品直接混合。间接加热间接加热：是在产品和：是在产品和加热介质或冷却介质之间加热介质或冷却介质之间放置了一个间壁物，热量放置了一个间壁物，热量由介质传到间壁，再由间由介质传到间壁，再由间壁传到产品。壁传到产品。热交换器热交换器：间接加热：间接加热oror直接加热？直接加热？7 7.1 .1 热交换器热交换器 热交换器热交换器主要指的是用于对主要指的是用于对流体食品流体食品或或流体流体加工介质加工介质进行进行加热加热或或冷却冷却处理的设备。处理的设备。两大类型：两大类型：一、一、间壁式间壁式热交换器热交换器 二、二、直接式直接式（混合式）热交换器（混合式）热交换器间壁式间壁式 冷、热流体被冷、热流体被固体壁面固体壁面隔开，隔开，互不接触互不接触，热量由热量由热流体热流体通过通过壁面壁面传递给传递给冷流体冷流体。形式。形式多样，应用广泛。适于冷、热流体不允许混多样，应用广泛。适于冷、热流体不允许混合的场合，符合食品卫生要求。合的场合，符合食品卫生要求。混合式（又称直接接触式）混合式（又称直接接触式）冷、热流体通过冷、热流体通过直接接触换热直接接触换热。典型的例子是。典型的例子是冷却塔冷却塔（冷水塔、凉水塔），（冷水塔、凉水塔），喷射式热交换器喷射式热交换器。一、间壁式热交换器一、间壁式热交换器间壁式热交换器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的特点是换热介质和换热物料被金属材料的特点是换热介质和换热物料被金属材料的特点是换热介质和换热物料被金属材料隔开，隔开，隔开，隔开，两者不相混合两者不相混合，通过间壁进行热量的交换。，通过间壁进行热量的交换。，通过间壁进行热量的交换。，通过间壁进行热量的交换。这种加热方式这种加热方式这种加热方式这种加热方式符合食品卫生要求符合食品卫生要求，在食品工业中应用最为，在食品工业中应用最为，在食品工业中应用最为，在食品工业中应用最为广泛。广泛。广泛。广泛。间壁式热交换器间壁式热交换器间壁式热交换器间壁式热交换器按其传热面的形状和结构按其传热面的形状和结构可分为：可分为：可分为：可分为：管壁传热管壁传热和和和和板壁传热板壁传热两种形式。两种形式。两种形式。两种形式。（一）管式热交换器（一）管式热交换器 管式热交换器管式热交换器是通过是通过管子壁面管子壁面进行传热的换热器。进行传热的换热器。按照传热管的结构形式分为：按照传热管的结构形式分为：1盘管式盘管式热交换器热交换器2套管式套管式热交换器热交换器3列管式列管式热交换器热交换器4翅片管式翅片管式热交换器热交换器 这种这种管式杀菌器管式杀菌器由由多种管状组件多种管状组件构成，这些组件构成，这些组件以以串联串联和和并联并联的方式组成一个的方式组成一个能换热能换热的系统。的系统。1盘管式热交换器盘管式热交换器也称也称蛇管式蛇管式热交换器。热交换器。应用广泛，例如：冷库中的应用广泛，例如：冷库中的冷排管冷排管和和盘管式冷凝器盘管式冷凝器；某；某些些大型搅拌反应罐内大型搅拌反应罐内的的盘管式热交换器盘管式热交换器；乳品工业乳品工业用这用这种形式的种形式的热交换器热交换器作奶油、炼乳等作奶油、炼乳等高黏度制品高黏度制品的的加热加热或或冷却用冷却用；盘管式换热用作超高温灭菌器的加热器。；盘管式换热用作超高温灭菌器的加热器。(1)沉浸式沉浸式盘管热交换器盘管热交换器(2)喷淋式喷淋式蛇管热交换器蛇管热交换器(1)沉浸式盘管热交换器沉浸式盘管热交换器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种流体通过盘管进行热交换两种流体通过盘管进行热交换。形形状状：排排管管状状、螺螺旋旋形形(称称为为盘香管盘香管)。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效率率低低，是是较较古古老的一种设备。老的一种设备。优优点点：结结构构简简单单，制制造造维维修修方方便，造价低，能承受较高压强。便，造价低，能承受较高压强。(2)喷淋式蛇管热交换器喷淋式蛇管热交换器特点：特点：与沉浸式相比，喷淋式盘管换热与沉浸式相比，喷淋式盘管换热器的管外表面器的管外表面传热系数有所提高传热系数有所提高，因此所需因此所需传热面积传热面积、材料消耗材料消耗和和制造成本制造成本都较低。此外，作为卫生都较低。此外，作为卫生式设备，式设备，清洗消毒也较方便清洗消毒也较方便。同。同时，冷却水消耗量只有沉浸式的一时，冷却水消耗量只有沉浸式的一半。半。但这种设备但这种设备占地面积大占地面积大，操作时，操作时管外有管外有水汽发生水汽发生，对环境不利，故，对环境不利，故常常安装在室外安装在室外；另外，管子氧化；另外，管子氧化快、寿命短，快、寿命短，喷淋的液体量有变喷淋的液体量有变化时，温度响应极为敏感化时，温度响应极为敏感 。图7.3喷淋式蛇管热交换器2套管式热交换器套管式热交换器 套管式热交换器有套管式热交换器有普通套管普通套管式和式和新型套管新型套管式两种型式。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了较大改进，因而目前已经广泛用于黏稠流体的加热黏稠流体的加热。(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新型套管式热交换器t t2 2T T1 1t t1 1T T2 2(1)普通套管式热交换器普通套管式热交换器 操操作作时时，一一一一种种种种流流流流体体体体在在内内管管流流动动，另另另另一一一一流流流流体体体体在在套套管管环环隙隙内内流流动动。利利用用蒸蒸汽汽加加热热内内管管中中的的液液体体时时，液液液液体体体体从从下下方方进进入入套套管管的的内内管管，顺顺序序流流过过各各段段套套管管而而由由上上方方流流出出。蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽则则由由上上方方套套管管进进入入环环隙隙中中，冷冷冷冷凝凝凝凝水水水水由由最最下下面面的套管排出。的套管排出。套套管管式式热热交交换换器器每每每每程程程程的的的的有有有有效效效效长长长长度度度度不不能能太太长长，否否则则管管子子易易向向下下弯弯曲曲从从而而引引起起环环隙隙中中的的流流体体分分布布不不均均。通通常常采采用用的的长长长长度度度度为为为为46m46m。特特 点点 结结结结构构构构简简简简单单单单，能能耐耐高高压压，可可可可保保保保证证证证逆逆逆逆流流流流操操操操作作作作，排排排排数数数数和和和和程程程程数数数数可可任任意意添添加加或或拆拆除除，伸伸伸伸缩缩缩缩性性性性很很很很大大大大。它它特特别适用于别适用于载热体用量小载热体用量小载热体用量小载热体用量小或或物料有腐蚀性物料有腐蚀性物料有腐蚀性物料有腐蚀性时的换热。时的换热。缺点：缺点：管管管管子子子子接接接接头头头头多多多多，易易易易泄泄泄泄漏漏漏漏，换换热热面面积积小小，且且单单单单位位位位传传传传热面的金属材料热面的金属材料热面的金属材料热面的金属材料消耗量大。消耗量大。适合于需要适合于需要传热面不大传热面不大传热面不大传热面不大的情况。的情况。背背背背景景景景：随随着着材材料料科科学学、金金属属加加工工技技术术的的发发展展，以以及及对对已已有有种种类类热热交交换换器器分分析析研研究究，基基于于套套管管式式的的热热交交换换器器的的性性能能得得到到了了很很大的改善，出现了大的改善，出现了新型套管式热交换器。新型套管式热交换器。新型套管式热交换器。新型套管式热交换器。特特特特点点点点：所所用用材材料料为为薄薄壁壁无无缝缝不不锈锈钢钢管管，弯弯管管的的弯弯曲曲半半径径较较小小，并并可可在在一一一一个个个个外外外外管管管管内内内内套套套套装装装装多多多多个个个个内内内内管管管管；直直管管部部分分的的内内外外管管均均为为波波波波纹纹纹纹状状状状管管管管子子子子，大大大大提提高高了了传传热热系系数数；大大多多采采用用螺螺螺螺旋旋旋旋式式式式快快快快装装装装接接接接头头头头；由由于于管管壁壁较较薄薄、弯弯曲曲半半径径小小，以以及及多多管管套套在在一一起起，其其单单单单位位位位体体体体积积积积换换换换热面积热面积热面积热面积较传统套管式热交换器较传统套管式热交换器有很大的提高有很大的提高有很大的提高有很大的提高。型式：双管同心套管式型式：双管同心套管式型式：双管同心套管式型式：双管同心套管式、多管列管式多管列管式多管列管式多管列管式和和多管同心套管式多管同心套管式多管同心套管式多管同心套管式。(2)新型套管式热交换器新型套管式热交换器特点与应用目前使用最广的热交换器目前使用最广的热交换器目前使用最广的热交换器目前使用最广的热交换器优点：优点：优点：优点：易于制造，生产成本低，易于制造，生产成本低，适应性强，可以选用的材料较广，适应性强，可以选用的材料较广，维修、清洗都较方便，特别是对维修、清洗都较方便，特别是对高高高高压流体更为适用。压流体更为适用。压流体更为适用。压流体更为适用。在食品工业中常在食品工业中常用作用作预热器、加热器和冷却器预热器、加热器和冷却器预热器、加热器和冷却器预热器、加热器和冷却器，在，在冷冻系统中可以用作冷冻系统中可以用作冷凝器和蒸发冷凝器和蒸发冷凝器和蒸发冷凝器和蒸发器器器器。用蒸汽加热时，蒸汽在管外流。用蒸汽加热时，蒸汽在管外流动。在考虑食品的卫生要求时，动。在考虑食品的卫生要求时，与与与与食品物料直接接触的部分应采用不食品物料直接接触的部分应采用不食品物料直接接触的部分应采用不食品物料直接接触的部分应采用不锈钢作材料锈钢作材料锈钢作材料锈钢作材料。缺点：缺点：缺点：缺点：结合面较多，结合面较多，易造成泄漏。易造成泄漏。易造成泄漏。易造成泄漏。3列管式热交换器列管式热交换器也称壳管式热交换器ShellShellStationary TubesheetStationary TubesheetTubesTubesShell-and-tube heat exchangerShell-and-tube heat exchanger 单位容积有较大的换热单位容积有较大的换热面积面积(每每m m3 3有效容积的传热有效容积的传热面一般为面一般为6080m6080m2 2.m.m-3-3)，是，是传热效率较高的热交换器。传热效率较高的热交换器。单程列管式换热器单程列管式换热器单壳程双管程换热器单壳程双管程换热器折流挡板折流挡板 对于管外壳间的流体，对于管外壳间的流体，为了提高管外表面传热系为了提高管外表面传热系数，则在管外装设折流板数，则在管外装设折流板(或称挡板或称挡板)。折流板形式常。折流板形式常用的用的有弓形有弓形有弓形有弓形和和盘环形两种盘环形两种盘环形两种盘环形两种。挡板挡板(折流板折流板)挡板挡板(折流板折流板)的作用：的作用：引导流体沿规定路径走提高传热系数热膨胀补偿热膨胀补偿 热交换器内管内外温度不同，热交换器内管内外温度不同，热交换器内管内外温度不同，热交换器内管内外温度不同，管壁温度管壁温度管壁温度管壁温度和和和和壳壁温度壳壁温度壳壁温度壳壁温度也不同，致也不同，致也不同，致也不同，致使管束与壳体的使管束与壳体的使管束与壳体的使管束与壳体的热膨胀程度热膨胀程度热膨胀程度热膨胀程度有差有差有差有差别。别。别。别。这种这种这种这种热胀冷缩热胀冷缩热胀冷缩热胀冷缩所产生的应力往所产生的应力往所产生的应力往所产生的应力往往使管子发生往使管子发生往使管子发生往使管子发生弯曲，弯曲，弯曲，弯曲，或从或从或从或从管板上管板上管板上管板上脱落脱落脱落脱落，甚至还会使，甚至还会使，甚至还会使，甚至还会使热交换器毁坏热交换器毁坏热交换器毁坏热交换器毁坏。当当当当管壁和壳壁的温度差大于管壁和壳壁的温度差大于管壁和壳壁的温度差大于管壁和壳壁的温度差大于5050时时时时，应考虑补偿措施以消除，应考虑补偿措施以消除，应考虑补偿措施以消除，应考虑补偿措施以消除这种应力。这种应力。这种应力。这种应力。常用的热补偿方法有常用的热补偿方法有常用的热补偿方法有常用的热补偿方法有浮头补偿浮头补偿浮头补偿浮头补偿、补偿圈补偿补偿圈补偿补偿圈补偿补偿圈补偿和和和和U U形管补偿形管补偿形管补偿形管补偿。Expansion Expansion JointJointa.a.补偿圈（膨胀节）补偿圈（膨胀节）b.b.浮头浮头c.Uc.U形管式形管式浮头补偿是使换热器两端管板之一不固定在外壳上，此端称为浮头。当管子受热或受冷时，就可连同浮头一起自由伸缩，而与外壳的胀缩无关。U形管补偿每根换热管都弯成U型管子的两端分别安装在某一端固定管板的两侧，中间用隔板分成两室。补偿圈补偿是在外壳上焊上一个补偿圈。当外壳和管子热胀冷缩时，补偿圈就发生弹性变形，达到补偿的目的。4、翅片管式热交换器、翅片管式热交换器作用：作用：作用：作用：增大传热面积增大传热面积(表面积可为光滑管的表面积可为光滑管的2929倍倍倍倍)；提；提高流体的高流体的湍流程度，湍流程度，湍流程度，湍流程度，从而提高从而提高传热膜系数传热膜系数传热膜系数传热膜系数。管壁上有翅片，热交换效率明显高于光管换热器管壁上有翅片，热交换效率明显高于光管换热器 为什么用翅片式热交换为什么用翅片式热交换器器?在在生生产产上上常常常常遇遇到到一一种种情情况况，热热交交换换器器间间壁壁两两侧侧流流体体的的表表面面传传热热系系数数相相差差颇颇为为悬悬殊殊。例例如如，食食品品工工业业常常见见的的干干燥燥和和采采暖暖装装置置中中用用水水蒸蒸气气加加热热空空气气时时，管管内内的的表表面面传传热热系系数数要要比比管管外外的的大大几几百百倍倍，成成为为传传热热过过程程的的主主要要阻阻力力。这这时时宜宜采采用用翅翅片片管管式式热热交交换换器器。一一般般来来说说，当当两两种种流流体体表表面面传传热热系系数数相相差差3倍倍以以上上时时，宜宜采采用翅片管式热交换器。用翅片管式热交换器。？管内换热系数大，管外小，传热的阻力主要来自管外侧。怎样才能提高圆管的传热量呢？最有效的方法之一就是在管子外表面采用扩展表面，即做成翅片管。虽然换热系数仍然很低，但传热面积大大增加了，从而使整个传热过程增强。传热系数传热系数的大小与冷热流体的性质流体的性质、换热的操作条件换热的操作条件（如流速、温度等）、传热面的结垢状况以及换热器的结构和尺寸换热器的结构和尺寸等许多因素有关。（二）二）板式热交换器板式热交换器 板式热交换器板式热交换器的特征是采用的特征是采用板壁板壁作为作为换热壁换热壁，常见的有板式、常见的有板式、螺旋板螺旋板式、式、旋转刮板旋转刮板式以及式以及夹套夹套式热交换器等。式热交换器等。1板式热交换器板式热交换器2旋转刮板式热交换器旋转刮板式热交换器 板式换热器板式换热器是以成型是以成型传热板片传热板片为传热面的为传热面的高效高效间壁换热器间壁换热器。冷热流体冷热流体分别是条形和网状薄层湍流连续分别是条形和网状薄层湍流连续通通过板片两侧的空间过板片两侧的空间，进行热交换进行热交换。液体食品液体食品如牛乳、果汁等的杀菌，同时还应如牛乳、果汁等的杀菌，同时还应用于液体物料的用于液体物料的在线加热和冷却在线加热和冷却。1板式热交换器板式热交换器第五章热交换热处理设备板式换热器（1）传传热热效效率率高高。由由于于换换热热板板间间距距小小，板板面面上上有有波波纹纹或或凸凸凹凹状状花花纹纹，流流 体体 高高 速速 通通 过过，形形 成成 湍湍 流流，故故 传传 热热 系系 数数 高高，一一 般般 可可 达达 35003500 4000W/(m4000W/(m2 2)（2）结结构构紧紧凑凑。板板式式换换热热器器在在较较小小的的结结构构内内可可容容纳纳较较大大的的传传热热面面积积。按单位体积的结构中所占传热面积算比管式换热器高按单位体积的结构中所占传热面积算比管式换热器高4 4 7 7倍。倍。(3）适适应应性性广广。增增减减换换热热板板数数，改改变变板板的的组组合合，可可满满足足多多种种不不同同生生产产工工艺的要求。艺的要求。（4）适适于于处处理理热热敏敏性性的的物物料料。因因物物料料在在换换热热器器内内通通过过的的时时间间短短，受受热热所产生的损失少。所产生的损失少。(5）便便于于清清洗洗、操操作作安安全全。拆拆装装容容易易，可可就就地地清清洗洗，流流体体有有泄泄漏漏时时易易发发现，能保持良好的卫生条件。现，能保持良好的卫生条件。（6）连续作业）连续作业，可配置自动控制装置。，可配置自动控制装置。（7 7）若加热温度过高，可使）若加热温度过高，可使垫圈老化垫圈老化，或垫圈从换热板上脱落。，或垫圈从换热板上脱落。（8 8）因安装不当或垫圈变形断裂，使流体）因安装不当或垫圈变形断裂，使流体漏泄。漏泄。特特 点点 板式换热器板式换热器为高效间壁为高效间壁式换热设备，由若干金属式换热设备，由若干金属波纹板片交替排列，通过波纹板片交替排列，通过橡胶质密封垫片形成冷热橡胶质密封垫片形成冷热通道，实现全逆流换热。通道，实现全逆流换热。其中，其中，板式换热器金属波板式换热器金属波纹板片为核心传热原件纹板片为核心传热原件，波纹形式的合理设计对设波纹形式的合理设计对设备的换热性能、压降性能备的换热性能、压降性能及设备承压能力产生决定及设备承压能力产生决定作用，密封垫片的合理设作用，密封垫片的合理设计对使用便捷、可靠性及计对使用便捷、可靠性及可重复利用性至关重要。可重复利用性至关重要。主要构件1、传热板a、密封垫圈为了防止流体的外漏和内漏，板间应放置为了防止流体的外漏和内漏，板间应放置密封垫圈密封垫圈垫圈耐热、耐压、耐腐蚀、有弹性。垫圈耐热、耐压、耐腐蚀、有弹性。周边垫圈周边垫圈与与角孔垫圈角孔垫圈密封圈密封圈 板片板片分配区分配区 料口2、垫圈 传热板第五章热交换热处理设备(1)(1)单边流单边流 同一种液体的进出口角孔，在设备同一侧的轴线。将相邻两片水平放在一起，同一种液体的进出口角孔，在设备同一侧的轴线。将相邻两片水平放在一起，流体呈直线方向流动。流体呈直线方向流动。左片上，第一种液体从左上角孔流入片间，从金属片下左角孔流出，两个右左片上，第一种液体从左上角孔流入片间，从金属片下左角孔流出，两个右角孔垫圈隔离，在右角孔上第二种液体则流到传热片的另一侧。角孔垫圈隔离，在右角孔上第二种液体则流到传热片的另一侧。特点：同一种流体的进出口在设备的同一侧(2)(2)对角斜流对角斜流 同一种液体进出口两角孔在对角线的两端点位置上，左右同一种液体进出口两角孔在对角线的两端点位置上，左右 片的结构不一样，垫圈也不一样。片的结构不一样，垫圈也不一样。片间流动的总方向是对角线方向。片间流动的总方向是对角线方向。需要有两种冲模压制Product outletProduct inletMediaMedia2、刮板式热交换器、刮板式热交换器刮板式换热器的应用场合刮板式换热器的应用场合高粘度产品高粘度产品带颗粒的产品带颗粒的产品 这种热交换器靠近这种热交换器靠近传热面处有刮板传热面处有刮板连续不断地刮扫运动连续不断地刮扫运动，使，使料液成薄膜状流料液成薄膜状流动动。这种热交换器因此也称为。这种热交换器因此也称为刮板薄刮板薄膜式热交换器膜式热交换器，或称为，或称为刮面式热交换器。刮面式热交换器。旋转刮板式热交换器的结构主要旋转刮板式热交换器的结构主要由由内面磨光夹套换热圆筒内面磨光夹套换热圆筒、刮板转子刮板转子、密封机构密封机构和和驱动装置驱动装置等组成。等组成。旋转刮板式热交换器旋转刮板式热交换器载热体通道：载热体通道：载热体通道：载热体通道：夹套与容器壁之间形成的环形空间夹套与容器壁之间形成的环形空间夹套与容器壁之间形成的环形空间夹套与容器壁之间形成的环形空间载热体流向：载热体流向：载热体流向：载热体流向：蒸汽：蒸汽：蒸汽：蒸汽：液体：液体：液体：液体：结构简单，但传热面积较小。结构简单，但传热面积较小。结构简单，但传热面积较小。结构简单，但传热面积较小。上上上上下下下下下下下下上上上上常用于制药、有机合成和食品工业中。常用于制药、有机合成和食品工业中。夹套反应釜换热时，传热系数夹套反应釜换热时，传热系数K K比较低。比较低。3 夹套式热交换器夹套式热交换器二、直接式热交换器二、直接式热交换器二、直接式热交换器二、直接式热交换器 也也称称为为混混合合式式热热交交换换器器，其其特特点点是是冷冷、热热流流体体直直接接混混合合进行换热，从而进行换热，从而在热交换的同时在热交换的同时，还发生物质交换还发生物质交换。直直接接式式与与间间接接式式相相比比，省省去去了了传传热热间间壁壁，因因而而结结构构简简单单、传传热热效效率率高高、操操作作成成本本低低。但但采采用用这这种种设设备备只只限限于于允允许许两种流体混合的场合。两种流体混合的场合。常常见见直直接接式式热热交交换换器器有有直直接接式式蒸蒸汽汽加加热热器器和和混混合合式式蒸蒸汽汽冷凝器。冷凝器。（一）蒸汽直接式加热器（一）蒸汽直接式加热器 （二）混合式蒸汽冷凝器（二）混合式蒸汽冷凝器对蒸汽的质量要求对蒸汽的质量要求对蒸汽的质量要求对蒸汽的质量要求就蒸汽质量而言，直接加热所用的水蒸汽必须是就蒸汽质量而言，直接加热所用的水蒸汽必须是纯纯净、卫生、高质量的净、卫生、高质量的，而且必须，而且必须不含不凝结气体不含不凝结气体，因此必，因此必须严格控制锅炉须严格控制锅炉用水添加剂用水添加剂的使用。的使用。（一）直接式蒸汽加热器（一）直接式蒸汽加热器 是是蒸汽直接蒸汽直接与与液体产品液体产品混合的热交换器。混合的热交换器。两种形式：两种形式：蒸汽喷射式蒸汽喷射式和和蒸汽注入式蒸汽注入式。产品水分的控制产品水分的控制产品水分的控制产品水分的控制根据生产要求，有时根据生产要求，有时由蒸汽带入的水需要除由蒸汽带入的水需要除去去，以保持产品浓度不变。这通常，以保持产品浓度不变。这通常在负压罐器内在负压罐器内通过闪蒸实现通过闪蒸实现。通过。通过控制罐内真空度控制罐内真空度可控制产品可控制产品最终水分含量最终水分含量。直接式蒸汽加热器特点直接式蒸汽加热器特点直接式蒸汽加热器特点直接式蒸汽加热器特点优点：优点：优点：优点：加热非常迅速加热非常迅速，产品感官，产品感官质量的变化很小，质量的变化很小，而而且大大地且大大地降低降低了（间接加热通常遇到的）了（间接加热通常遇到的）结垢和结垢和产品灼伤问题产品灼伤问题。缺点：缺点：缺点：缺点：产品因产品因蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水的的加入加入而体积增大，从而在而体积增大，从而在保温管中的保温管中的流速会受影响流速会受影响。因此，这种流速的改。因此，这种流速的改变在变在制定杀菌工艺规程制定杀菌工艺规程时必须加以时必须加以考虑。考虑。l蒸汽喷射式加热器蒸汽喷射式加热器 蒸汽喷射加热器蒸汽喷射加热器是通过喷射室将蒸汽是通过喷射室将蒸汽喷射入产品的加热器。喷射入产品的加热器。蒸汽可以通过两种形蒸汽可以通过两种形式喷射入流体管道中，式喷射入流体管道中，或者通过许多小孔，或者通过许多小孔，或者通过环状的蒸汽或者通过环状的蒸汽帘。帘。l蒸汽注入式加热器蒸汽注入式加热器 蒸汽注入式加热器蒸汽注入式加热器是在充是在充满蒸汽的室内注入产品的加满蒸汽的室内注入产品的加热器，如热器，如料液以液滴或液膜料液以液滴或液膜的方式的方式进入充满进入充满高压蒸汽的高压蒸汽的容器容器中，中，加热后的液体从底加热后的液体从底部排出部排出。（二）混合式蒸汽冷凝器（二）混合式蒸汽冷凝器 真真空空浓浓缩缩系系统统中中产产生生的的二二次次蒸蒸汽汽一一般般都都采采用用混混合合式式冷冷凝凝器器进进行行冷冷凝凝。它它们们都都是是在在负负压压状状态态下下利利用用冷冷却却水水直直接接与与二二次次蒸蒸汽汽混混合合，使使二二次次蒸蒸汽汽冷冷凝凝成成水水。由由于于是是负负压压状状态态，因因此此混混合合式式冷冷凝凝器器必必须须自自身身能能产产生生真真空空，否否则则需要与需要与真空系统相连接。真空系统相连接。l常见混合式冷凝器常见混合式冷凝器n喷射式冷凝器即所谓的水力喷射泵（参见第二章相关内容），它既有冷凝二次蒸汽的作用，也有抽吸不凝气体的能力，即产生真空的能力。n填料式和孔板式冷凝器只对二次蒸汽进行冷凝，因此需要与真空系统相配合。热处理设备热处理设备夹层锅夹层锅预煮机预煮机链带式链带式连续预煮机连续预煮机螺旋式螺旋式连续预煮机连续预煮机热处理设备的分类热处理设备的分类7 7.2 2 热处理机械设备热处理机械设备 食品加工中，许多清洗食品加工中，许多清洗过的果蔬原料，往往必须及时过的果蔬原料，往往必须及时进行热处理。进行热处理。所谓热处理所谓热处理，就，就是用热水或蒸汽对果蔬物料进是用热水或蒸汽对果蔬物料进行行短时加热短时加热并并及时冷却及时冷却。一些。一些中式熟肉制品中式熟肉制品，在调味烧煮以，在调味烧煮以前，也往往需要用热水进行加前，也往往需要用热水进行加热，以热，以去除其中血沫去除其中血沫。这些处。这些处理常称为理常称为预煮预煮、热烫热烫、烫漂烫漂或或漂烫漂烫等。等。夹层锅夹层锅 又名又名二层锅二层锅，是罐头食品调，是罐头食品调味煮汁的主要设备，常用来热味煮汁的主要设备，常用来热烫、预煮各种原辅材料。烫、预煮各种原辅材料。设备结构简单，使用方便。设备结构简单，使用方便。夹层锅锅体通常为半球形结构，按其夹层锅锅体通常为半球形结构，按其深度分为浅型、半深型和深型；按操作深度分为浅型、半深型和深型；按操作分为分为固定式和可倾式固定式和可倾式。不论是固定式还是可倾式夹不论是固定式还是可倾式夹层锅，当锅体容积较大层锅，当锅体容积较大(500L)或用于黏稠物料时，或用于黏稠物料时，宜配置搅拌装置，搅拌桨可宜配置搅拌装置，搅拌桨可视应用需要取锚式或桨式，视应用需要取锚式或桨式，转速范围在转速范围在1020r/min。图图7.24所示为带锚式搅拌器所示为带锚式搅拌器的固定和可倾式夹层锅。的固定和可倾式夹层锅。带搅拌器的夹层锅带搅拌器的夹层锅带搅拌器的夹层锅带搅拌器的夹层锅结构如图7.25所示。主要由煮槽、蒸汽吹泡管、刮板输送装置和传动装置等组成。刮板上开有小孔，用以降低移动阻力。包括水平和倾斜在内的链带行进轨迹由压轮规定。水平段内压轮和刮板均淹没于贮槽热水面以下。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。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。刮板式连续预煮机结构刮板式连续预煮机结构蒸汽的保持蒸汽热烫机蒸汽热烫机需要解决的一个基本问题是需要解决的一个基本问题是进出料过程确保蒸进出料过程确保蒸汽室内的蒸汽不外泄汽室内的蒸汽不外泄。较简单的方式是采用。较简单的方式是采用水封结构水封结构，也可，也可以采用以采用密封转鼓进出料装置密封转鼓进出料装置。蒸汽热烫设备蒸汽热烫设备通常采用蒸汽隧道与传送带结合的结构图图7.29蒸汽热烫机蒸汽热烫机 基本结构及工作原理基本结构及工作原理使产品颗粒通过蒸汽环境的时间取决于传送带的速度。产品在传送带上的堆积密度需要特别注意，它也是决定产品与蒸汽接触所需时间长短的因素。经过蒸汽的产品随后在蒸汽室外受到及时冷却。热烫后的产品需要及时进行冷却。一般热烫后的产品需要及时进行冷却。一般生产线上热烫与冷却独立地先后完成。生产线上热烫与冷却独立地先后完成。若将热烫若将热烫与冷却结合在一套设备中与冷却结合在一套设备中，则可提高设备的能量，则可提高设备的能量利用率。这种将利用率。这种将热烫热烫与与冷却冷却结合起来的技术也称结合起来的技术也称为为IQB(单体快速烫漂单体快速烫漂)技术技术。单体快速热烫系统单体快速热烫系统7 7.3 3 挤压机械与设备挤压机械与设备 食品挤压加工技术食品挤压加工技术属于属于高温高压高温高压食品加工技术，它利用食品加工技术，它利用螺杆螺杆挤压产生的挤压产生的压力压力、剪切力剪切力、摩擦力摩擦力、加温等加温等作用实现对作用实现对固体食品原料固体食品原料破碎、捏合、混炼、熟化、杀菌、预干燥、成破碎、捏合、混炼、熟化、杀菌、预干燥、成型等加工处理。型等加工处理。利用挤压机可以生产利用挤压机可以生产膨化膨化、组织化组织化或或其它成型产品其它成型产品。目前应用于食品工业的挤压设备主要是目前应用于食品工业的挤压设备主要是螺杆挤压机螺杆挤压机，主，主要构件类似于要构件类似于螺杆泵螺杆泵，有，有变螺距长螺杆变螺距长螺杆及出口处及出口处带节流孔的带节流孔的螺杆套筒。螺杆套筒。（一）根据挤压机热源分类（一）根据挤压机热源分类 挤压机挤压机按物料发热类型可分为按物料发热类型可分为内内(自自)热式热式和和外热式外热式两种。两种。n内热式挤压机内热式挤压机是是高剪切挤压机高剪切挤压机，挤压过程中所需的工作温度，挤压过程中所需的工作温度全部来自于物料与螺杆、机筒之间的全部来自于物料与螺杆、机筒之间的摩擦产生的热量摩擦产生的热量。n外热式挤压机外热式挤压机可以是高剪切力的，也可以是低剪切力的。挤可以是高剪切力的，也可以是低剪切力的。挤压过程主要利用压过程主要利用外部加热外部加热获得所需的工作温度，获得所需的工作温度，加热器一般设加热器一般设在机筒内在机筒内。可用。可用蒸汽加热蒸汽加热，电磁加热电磁加热、电热丝加热电热丝加热、油加热油加热等等方式加热。方式加热。内热式与外热式挤压机的主要区别内热式与外热式挤压机的主要区别（二）根据挤压过程剪切力的大小进行分类（二）根据挤压过程剪切力的大小进行分类根据挤压过程中的根据挤压过程中的剪切力大小剪切力大小，挤压机可分为，挤压机可分为高剪切高剪切力挤压机力挤压机和和低剪切力挤压机低剪切力挤压机。n高剪切力挤压机高剪切力挤压机在挤压过程中能够产生较高的剪切力在挤压过程中能够产生较高的剪切力和和提高工作压力提高工作压力。n低剪切力挤压机低剪切力挤压机在挤压过程中产生的剪切力较小，主在挤压过程中产生的剪切力较小，主要用于要用于混合混合、蒸煮蒸煮、成型成型。表表7-3低剪切与高剪切挤压机的性能特征比较低剪切与高剪切挤压机的性能特征比较（三）根据螺杆的数目分类（三）根据螺杆的数目分类根据挤压机的根据挤压机的螺杆数目螺杆数目不同，挤压机可分为不同，挤压机可分为单螺杆挤单螺杆挤压机压机、双螺杆挤压机双螺杆挤压机。n单螺杆挤压机的套筒内只有单螺杆挤压机的套筒内只有一根螺杆一根螺杆，它依靠螺杆，它依靠螺杆和机筒对物料的和机筒对物料的摩擦摩擦来输送物料和形成一定压力。来输送物料和形成一定压力。n双螺杆挤压机的套筒中双螺杆挤压机的套筒中并排安放两根螺杆并排安放两根螺杆，套筒横截面套筒横截面呈呈“”形形，工作原理与单螺杆挤压机有所不同。，工作原理与单螺杆挤压机有所不同。表表7-4双螺杆与单元螺杆的主要区别双螺杆与单元螺杆的主要区别 二、螺杆挤压机结构二、螺杆挤压机结构（一）驱动装置（二）进料系统（三）螺杆（四）机筒（五）成型装置（六）切割装置（七）控制装置（一）驱动装置（一）驱动装置驱动装置由机座、主传动电机、变速器、减速器、止推轴承和联轴器等组成。为迅速、准确地调节螺杆旋转速度，常用可控硅整流器控制的直流电动机来调速，并用齿轮减速器、链条和带传动三者之一来实现减速。（二）进料系统（二）进料系统l进料系统包括料斗料斗、存液器存液器和输送装置输送装置。l干料斗常带振动装置，以防物料结块架桥而中断输送。因为进料不畅或中断，将会降低产品品质或造成焦化阻塞，甚至需要停机清洗。因此，进料系统必须十分安全可靠。输送干物料的方法有：电磁振动送料器，可通过改变振动频率和振幅控制供料速度；螺旋输送器，可通过调节螺旋转速来控制进料量；称量皮带式送料，具有输送物料、连续称量和随机调节送料速度的功能，是一种较精确的定量进料方式。l贮液槽贮液槽l贮贮 液液 槽槽一台挤压机通常有23个贮液槽，槽中的液体原料由(定量精确的)正位移泵送到挤压机内。一般贮液槽带有搅拌器搅拌器和加热器，加热器，以确保液体物料混液体物料混合均匀合均匀和降低黏度降低黏度。借调节输液管中的针形阀针形阀可以准确地调节送液量送液量，针形阀的位移也通过隔膜自动隔膜自动调节。调节。（三）（三）螺杆螺杆l挤压机的螺杆结构形状沿轴变化结构形状沿轴变化。螺杆按其在机筒内不同位置和作用可分为进料进料、压挤压挤和定量定量供送3个区段。l这3个区段的作用特点见表7-5。l挤压机的螺杆有整体式和组合式两种。整体式螺杆为一个整体。组合式螺杆由花键轴与若干节套在轴上的螺旋构成。表表7-5螺杆挤压机不同区段的结构特点与作用螺杆挤压机不同区段的结构特点与作用（四）机筒（四）机筒l挤压机的机筒呈圆筒状，内壁与螺杆仅有少量间隙。多数机筒内壁为光滑面。有的装机筒内壁带有若干较浅的轴向棱槽或螺旋状槽，主要是为了强化对食物的剪切效果，防止食物在机筒内打滑。机筒具有加热、保温、冷却和摩擦功能。l机筒有整体式和分段组合式两种形式。整体式机筒的结构简单，机械强度高。分段组合式机筒用螺钉连接，其优点是便于清理，对容易磨损的定量段零件可随时更换，还可按照所要加工的产品和所需之能量来确定机筒的最佳长度。有的机筒中部有一排气孔，以排除食物中的空气、蒸汽和挥发气体。图7.35为典型螺杆挤压机的螺杆与机筒的剖面图。图图7.35典型挤压机螺杆和机筒剖面图典型挤压机螺杆和机筒剖面图（五）成型装置（五）成型装置成型装置成型装置又称又称挤压成型模头挤压成型模头，模头上设有一，模头上设有一些使物料从挤压机挤出时些使物料从挤压机挤出时成型的模孔成型的模孔。模孔横断。模孔横断面有面有圆孔圆孔、圆环圆环、十字十字、窄槽窄槽等各种形状，决定等各种形状，决定着产品的横断面形状。为了改进所挤压产品的均着产品的横断面形状。为了改进所挤压产品的均匀性，匀性，模孔进料端通常加工成流线形开口模孔进料端通常加工成流线形开口。（六）切割装置（六）切割装置挤压机常用的切割装置为盘刀式切割器盘刀式切割器，刀具刃口旋转平面与模板端面平行端面平行。挤压产品的长度可通过调整切割刀具旋转速度旋转速度和产品挤出速度产品挤出速度加以控制。切割器按其驱动电机位置和割刀长度可分为偏心和中心两种形式。偏心式切割器的电机装在模板中心轴线外面，割刀臂较长，以很高的线速度旋转。中心切割器的刀片较短，并绕模板装置的中心轴线旋转。（七）控制装置（七）控制装置挤压机控制装置主要由微电脑微电脑、电器电器、传感器传感器、显示器显示器、仪表仪表和执行机构执行机构等组成，其主要作用是控制各电机转速各电机转速并保证各部分运行协调，控制操作温度控制操作温度与压力压力以保证产品质量产品质量。Thanks for your Thanks for your attentionattention