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          1. 刮板式換熱器結構特點

            2020-06-08 09:35:55 上海費撒姆機械有限公司 878

             刮板式換熱器幾乎可用于任何可泵送流體或者黏稠料液的連續式處理過程,大部分的刮板式換熱器采用主軸帶動刮板旋轉刮擦傳熱筒的設計。另外一種刮板式換熱器則不采用旋轉主軸設計,通過靠端部的一個氣缸推動刮板沿傳熱筒軸向作周期性的往復運動實現刮擦[20]。此外還有荷蘭特萊特公司設計的一種Terlotherm系列垂直設置的刮板式換熱器,它的多組刮板可同時刮擦物料間隙層內表面和外表面,以在寶貴的生產車間場地內爭取更大的傳熱面積。

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            1  刮板式換熱器結構示意圖

            Figure 1  Structure diagram of scraped surface heat exchanger

                文章主要介紹第一種主軸帶動刮板旋轉刮擦傳熱筒設計的刮板式換熱器,實際上,大部分學者針對它們的學術研究都是基于第一種結構的刮板式換熱器,其結構示意如圖1所示。

                刮板式換熱器主要部件包括旋轉主軸、刮板、傳熱筒等。物料從主軸與傳熱筒內壁形成的環形產品層通過;水、蒸汽、氟利昂、氨等制熱或制冷介質從傳熱筒外的介質層中流過;刮板可浮動的設置在旋轉主軸上,電機帶動主軸旋轉時,刮板在產品阻力和離心力的作用下緊密貼合傳熱筒內壁,刮板連續地刮下產品在傳熱筒內壁表面受熱的物料并不斷的刷新內壁傳熱表面;由于離心力的作用,產品不斷地被強迫接觸被刷新的傳熱筒內壁表面,在提高傳熱效率的同時起到攪拌混合均勻的作用。

                大部分情況下,傳熱筒的內壁橫截面是圓形的,主軸和傳熱筒同心設置,但是對于加工非常粘的產品或需增強混合效果的產品,傳熱筒可以設計成橢圓形,橢圓形的設計可以減小筒內物料積聚,通過雙凸輪作用降低過熱,還可以平衡受力,防止主軸發生彎曲;主軸亦可以偏心設置在傳熱筒中間,以減小物料積聚和機械負載。

                刮板式換熱器主要參數包括刮板的結構及材料、主軸周向刮板的數量、刮板與傳熱筒接觸的角度、產品層的環形通道間隙、傳熱介質層的間隙、傳熱筒直徑、傳熱筒長度、傳熱筒材料及物料層耐壓范圍,不同的加工工藝(例如油脂急冷、巴氏殺菌、加熱和結晶)需求和操作對刮板式換熱器的設計要求也不一樣,它的設計具體細節取決于產品的加工工藝特點。長期以來,刮板式換熱器的設計及制造工藝一直掌握在少數國外商用熱交換器制造商手中,關鍵的零部件技術嚴格保密,表1是目前世界上主要商用刮板式換熱器的設計參數(參數均來自換熱器生產廠商對應的官方網站或收集到的官方產品樣本)。

                為了增大整個加工線的生產能力,通??梢詫蹬_刮板式換熱器進行并聯或串聯以滿足產能要求。由于商用刮板式換熱器的種類繁多,可以滿足特定的處理需求,因此關鍵是確定產品特定的處理需求,并采購最適合的刮板式換熱器。由于刮板式換熱器主要用于食品加工行業,因此它的設計原則也需要關注其與食品接觸的零部件材質選擇方面。只有保證刮板式換熱器衛生設計的安全可靠,才能為食品安全更好地把關。其與食品接觸表面材料應符合食品預期使用要求,如傳熱筒的涂層應具有無毒性、無裂紋、抗剝落、耐侵蝕、抗腐蝕、耐磨損、無吸收性,能承受加工所需溫度和熱處理溫度(如冷凍、殺菌等)。刮板式換熱器與食品接觸的金屬大都選用不銹鋼材料,一般選擇的材質為奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼。對于其與食品接觸表面非金屬材料,一般選擇衛生級的合成橡膠、工程塑料、碳化硅等材質,并符合相應的食品加工使用要求。

                對刮板式換熱器與食品接觸表面設計要求而言,刮板式換熱器的食品接觸表面,應沒有凹痕、裂紋和裂縫類缺陷,食品接觸表面應可清洗。對于可拆卸的零部件,設計上應確保相關區域在清洗和檢查時易于觀察,可拆卸零部件應易于拆裝。刮板式換熱器里面較復雜的幾何結構和密封件的存在使旋轉主軸、物料進出口以及刮板與軸連接件較難清潔,對于進出料口,可設計成流線型幾何結構,并逐漸改變直徑和流向,盡量減少流動死區;也可以將刮板式換熱器設計為在線清洗方式(CIP),并計為可排放式結構,確保物料和清洗液能排放干凈,并便于清洗后檢查,在CIP過程中,使用一定振幅和頻率脈動流循環清洗可增加清洗過程壁面剪應力,進而提高清潔度[21]。同樣刮板式換熱器應設計為能達到消毒、殺菌的要求,保障食品接觸表面無污染,能防止微生物直接侵入或污物從外部環境向食品接觸表面侵入,設計上應盡量避免出現流動死區,以避免出現集料現象,防止微生物繁殖。


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