食品工业的换热器

食物和饮料是由于几种原因进行了热处理，其中最常见的和最重要的是灭活微生物种群，因此稳定和延长保质期。传热必须快速有效，以避免对食品的营养和感官素质的任何损害，以及节省时间并降低燃料成本，为食品行业的所有重要成就。计算机程序可用于设计热交换器，以获得最佳效率。在热交换器中，热能从一个固体或流体转移到另一个固体或流体。在设计设备时，应用传热方程来计算这种能量传递，以便有效地携带它在受控条件下。除了良好的换热器设计外，其他因素是最重要的，以获得传热效率是至关重要的;其中包括避免在热交换表面上积聚的任何碎屑（矿物质或有机）积累。出于这个原因，如果用作热交换流体，它必须去离子。用设备处理的食物液（例如牛奶，调味汁等），在每种加工批次的末尾都必须在每种加工批次的末尾彻底除去。如果交换表面不完美清洁，则热交换效率会受到损害。 Some of the heat exchangers designs most utilized (see figures) in food industry applications are now described.

管式热交换器

如果交换热量的一种或两种材料都是流体，连续地流过设备并获得/释放热量，那么这个过程是非常高效的，这些设备被称为“连续流动热交换器”。该设备通常用于对牛奶或其他饮料进行巴氏杀菌，热交换流体几乎全部是水或水蒸汽(取决于工艺温度)。其中一种流体通常通过管道，而另一种流体则绕着管道或穿过管道。在设备的任何一点上，局部温差和传热系数控制着换热速率。流体可以在设备中沿同一方向流动(平行流动)，也可以沿相反方向流动(逆流流动)，也可以彼此成直角流动(交叉流)．这些流动方向的不同组合可以发生在换热器的不同部位;事实上，大多数这种类型的热交换器都是混合流型。在平行流动中，最冷流和最热流之间的最大温差在换热器的入口处，但在出口处两流的温度接近对方。在逆流交换器中，离开的气流可以接近另一部件的进入气流的温度，因此逆流交换器通常是首选。为了进一步提高热交换效率，管的表面可以是“波纹状”的，以扩展可用的表面，也可以引起流体中的动态紊流，提高热交换高达90%(特别是在低粘度流体的情况下)。原则上，这些设备也可以用于冷却饮料，例如，使用氯化钠盐水作为交换流体，但用于这一目的的其他方法更常用。

图1所示。不同连续流动热交换器的例子。由R.L. Earle修改而来

板式热交换器

用于低粘度的流体（例如牛奶）的另一个流体的热交换器是板式热交换器，其中加热和冷却流体通过垂直板之间的交替曲折通道而流过，如图2所示。夹板在一起，通过间隔垫圈分开，并且加热和冷却流体布置成使得它们在替换板之间流动。合适的垫圈和通道控制流动并允许在任何所需数量的通过中允许平行或计数器电流。这种类型的热交换器的实质优点是它提供了一种大的转移表面，可容易地进行清洁：实际上通常布置板块，使得它们可以容易地分开。总传热系数高，大约为2400-6000 J M.^－2年代^－1°C^－1．

夹套锅

在这种热交换器中，流体（可以用该设备处理糊状物的液体食物）待加热的容器中包含在容器中，其也可以设置有搅拌器以保持流体在传热中移动表面，以确保其均匀加热。在没有搅拌的情况下，传热系数较低甚至减半。热源通常是船舶夹克中的蒸汽冷凝：夹克中蒸汽中必须最少的空气，因为空气阻碍了热交换。平底锅本身可以由铸铁，不锈钢或铜制成。传热系数不是很高：取决于锅材料和待加热的流体的粘度，可以从300 J M^－2年代^－1°C^－1（用于在不锈钢平底锅中加热的浆料）到1800 J M^－2年代^－1°C^－1（用于在铜平底锅中加热的薄液体）。此外，通常该设备仅允许不连续食品加工。

加热线圈浸没在液体中

在一些食品加工过程中，需要快速加热，可以在锅内安装螺旋线圈，蒸汽进入线圈。这可以提供比夹套平底锅更大的传热率，因为有一个更大的传热表面，也传热系数较高的盘管比盘壁。总传热系数的例子引用为:300-1400 J m^－2年代^－1°C^－1为了用铜盘管用蒸汽加热的糖和糖蜜溶液，用水加热的牛奶是1800，用蒸汽加热的沸水溶液是3600。

刮擦表面热交换器

另一种热交换器由带内圆筒同心的夹套圆筒组成，如图2所示，旋转的刮刀（或轴）配有刮刀（或轴）。旋转叶片，使流体流过气缸之间的环形空间，外部传热表面不断刮擦：刮擦轴连续地从中取出食物墙壁，保持混合并允许最佳热交换。该设备专门针对更高粘度的产品找到了相当大的用途，也可以用于从食物中脱离热量而不是给予它（例如冰冰人造黄油制造过程中的脂肪和冷却脂肪。刮擦表面交换剂也可用于处理对热和/或机械应力敏感的食物。传热系数随着旋转速度和加热的流体特性而变化，并且非常高，大约为900-4000 J m^－2年代^－1°C^－1．

图2.剖面视图中的不同热交换器设备。由R.L. Earle修改而来

参考文献

R.K. Shah和D.P. Sekulic《换热器设计基础》2003。约翰·威利父子公司

R.L. Webb和N.H. Kim《强化传热原理》1994。泰勒弗朗西斯集团

R.L.厄尔，食品加工的单位操作。第6章 - 传热应用。1983年。新西兰食品科技有限公司研究所