板式热交换器与管式热交换器的比较分析

　　在乳制品生产过程中,对物料的杀菌是不可缺少的工序,常用的杀菌设备是板式热交换器和管式热交换器。为此本文对两种典型的杀菌设备进行比较分析,并从设备的结构、应用的场合等几方面阐述了二者的特点。

　　关键词：板式热交换器,管式热交换器,杀菌设备

　　中图分类号：TS252·3　文献标识码:A　文章编号:1002-0306(2008)07-0205-02

　　在各种乳制品生产过程中,对物料的杀菌是不可缺少的工序,常用的杀菌设备是板式热交换器随着超高温灭菌乳的飞速发展,另一种杀菌设备管式热交换器也普遍使用,本文对用于乳制品生产两种典型的杀菌设备,即板式热交换器和管式热交换器进行了分析比较。

　　1　热交换器的结构

　　1·1　板式热交换器的结构

　　板式热交换器[1]由一组波纹不锈钢金属板组成称为传热板,传热板角上有孔,供传热的两种流体通过。传热板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内,并用夹紧螺栓夹紧。传热板片上装有密封垫片,将流体通道密封,并引导流体交替地流至各自的通道内。流体的流量、物理性质、压力降和温度差决定了传热板片的数量和尺寸。波纹板不仅提高了湍流程度,并且形成许多支撑点,足以承受介质间的压力差。传热板和活动压紧板悬挂在上导杆上并由下导杆定位,而杆端则固定在支撑柱上。

　　1·2　管式热交换器的结构

　　管式热交换器也是由不锈钢制成的[2],属于列管式换热器,即在一根直径较大的粗管里装有若干根小细管,这些细管固定在两端的管板上。该设备大多采用多套管形式,由一根壳管内套多根平行小管而成复合管,再将多段复合管连接起来。每一段称为一程,各程的内管用U形管相连接,而外管则用支管相连接。制品在内管流动,加热介质在外管逆向流动,通过内管壁进行热交换。每根壳管中的管子数量和直径可以变化,以满足制品性质和对热量的要求。管组内外管采用独特的浮动头和双密封设计,从而无热膨胀引起的应力和避免污染危险,同时便于打开管道进行检查与维修,更可承受较高的产品压力。

　　内管路是通过平板支架支撑的,平板支架可以使热媒或冷媒产生紊流,这样可以使产品和媒介之间热传递达到更高的效率。外部管道部分是通过连接到框架上的管路支架固定而成的,并且各部分之间是焊接在一起的。内部和外部之间管路的密封是通过位于外部管路末端的套筒中的O型密封圈来实现的,这样可以确保密封,并且允许内部管路由于加热或制冷造成的膨胀或收缩。

　　2　板式与管式热交换器的比较

　　2·1　设备的体积

　　板式热交换器由夹在框架中的一组不锈钢传热板组成,结构紧凑,在较小工作体积内可容纳较大的传热面积,这是板式换热器突出的优点之一,并且将加热段、冷却段和热回收段有机地结合在一起;而同样传热面积的管式热交换器的体积就要大。

　　2·2　传热效率

在板式热交换器中,加热和冷却介质是在两块不锈钢薄板之间形成的空隙中流动,由于板与板之间的间隙很小,一般仅3·5~4mm,流体在其中流动时可获得较高的流速,且传热板上冲压有一定形状的凸凹波纹,迫使流体不断改变流动的方向,形成激烈的湍流,破坏了滞流层,降低了热阻。这种状态不仅能使流体在板间均匀分布,还可获得较高的传热系数,为达到同样的传热量,板式热交换器是经济的一种。为了达到同样的效果,管式热交换器的传热管也冲有波纹,但传热系数和单位面积的传热量比板式热交换器要小。

　　2·3　节约热能量、热回收效率

　　板式与管式热交换器都有热回收段,但板式热交换器在热回收段,加热杀菌后的热物料对刚进入换热器的冷物料预热,同时自身被冷却,这个过程称为热回收。在现代板式换热器中,热回收率可达94%。通过热回收段不仅节约了热量,而且降低了冷却水的消耗量。而管式热交换器加热杀菌的热物料将热量先传递给水,然后再传递给物料,热回收率较低。

　　2·4　对物料的要求

　　板式热交换器一般不能处理带颗粒和纤维的物料,而管式热交换器不同于板式热交换器,它在产品通道上没有接触点,这样就可以处理带颗粒和纤维的物料,对产品的适应能力强,能对高粘度的产品进行热处理。

　　2·5　工作时间和清洗次数

　　由于管子的直径较传热板的间距离大,管式热交换器开机后不需经常停机清洗,所以,管式热交换器比板式热交换器运行的时间长,有较大的生产能力。

　　2·6　工作的温度及压力

　　管式热交换器因其结构的特性,更加耐高温高压,抗热胀冷缩能力强;而板式热交换器受板材和密封垫圈的限制,不能承受较高的温度及压力,加热面对结垢比较敏感。

　　2·7　应用场合

　　板式热交换器一般应用于巴氏杀菌的高温短时杀菌(72~75℃,15s),物料经板式热交换器巴氏杀菌后,杀死致病菌和有害菌,并钝化部分酶类,产品需在冷藏条件下储存。管式热交换器一般应用超高温瞬时杀菌(UHT,137~140℃,4s),在这一温度下保持一定的时间以达到商业无菌水平,然后在无菌状态下灌装于无菌包装容器中的产品。UHT产品能在非冷藏条件下分销,可保持相当时间而产品不变质。物料经管式超高温灭菌系统杀死所有能导致产品变质的微生物,使产品能在室温下贮存一段时间。

　　3　结束语

　　综上所述,在乳制品生产中,板式热交换器常用于巴氏杀菌的高温短时杀菌(HTST),而管式热交换器常用于对物料的超高温瞬时杀菌(UHT),使物料达到商业无菌状态。板式与管式热交换器因其各自的特点在乳制品生产中普遍使用。