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          1. 刮板式換熱器的應用工藝研究

            2020-07-05 08:57:33 上海費撒姆機械有限公司 1505

                食品加工、制藥、石油、化工行業經常要面對一些黏稠性、高黏性、含顆粒料液或者需要一定結晶過程的料液產品,通常需要完成對這種料液產品的加熱與冷卻、結晶、巴氏滅菌、蒸煮、消毒、凝膠、濃縮、冷凍、蒸發等連續式生產工藝過程,刮板式換熱器scraped surface heat exchanger,SSHE)由于其特殊的結構,是完成這些連續式生產工藝過程的理想設備。在刮板式換熱器的處理過程中,料液與傳熱表面相接觸,同時通過刮板連續刮擦傳熱表面使料液的邊界層不斷的被新料液所取代,在獲得非常高的傳熱系數的同時可以避免傳熱面產生焦化膜等不良現象。由于刮板的刮擦及攪動,可以使物料充分混合,所以刮板式換熱器還具較均勻的熱交換效果優點,此外、由于連續式生產過程中,物料在刮板式換熱器內停留的時間通常只有數秒,因此可以使用較高的溫度梯度瞬間傳熱,而很少會產生其他不期望的副作用。因此刮板式換熱器深受食品加工、制藥、石油、化工等行業廠家的青睞。

                在冰激凌生產工廠,將適當的冰激凌混合原料與空氣一起泵入刮板式換熱器,通過刮板式換熱器夾套中的制冷介質(通常是氨、氟利昂或二氧化碳)的傳熱以及刮板的強烈攪拌使物料完成混合、冷卻、結晶、半凝固過程,從而獲得細膩滑潤、形體良好、膨脹率高的冰淇淋產品[1-4]。在人造奶油生產廠家,刮板式換熱器應用于油脂類的急冷工藝,在極高的冷卻效率下,油脂完成充氣、過冷,晶核形成過程,之后通過捏合過程的晶型調整,從而生產細膩光澤、具有一定延展性、穩定性及打發性的人造奶油產品[5-7]。一些食品廠家利用刮板式換熱器具有一定剪切速率和高換熱效率和對顆粒損傷小等特點,將其應用于生產具有一定穩定性的奶油夾心產品[8]、糖果生產的淀粉糊化、乳化劑混合、焦糖化和濃縮等工藝過程[9]和草莓醬、布丁等生產的滅菌過程[10]。一些化工生產廠家利用刮板式換熱器可用于高粘性液體中的結晶性能,將其應用到脫蠟(石油、油和脂肪)、分離(二甲苯和氯化苯)和制備各種脂肪酸等過程[11]。某些大型沼氣廠,擬利用刮板式換熱器回收余熱以增加沼氣產能[12]。部分化妝品生產廠家,利用刮板式換熱器的混合及結晶功能改進乳液基口紅的生產工藝[13]。部分明膠生產廠家,則利用刮板式換熱器完成明膠的濃縮、凝膠過程[14]。還有一些食品廠家,用刮板式換熱器來完成高黏稠物料(酸奶、蔗糖、乳制品、土豆泥等)的連續式高溫殺菌工藝[15]。

                國外近4次關于刮板式換熱器的綜述報道分別是1986Magnus H?rr?d[16]Abichandani[17]分別發表于《Journal of Food Process Engineering》;Rao[11]2006年發表于《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》和Dehkordi[18]2015年發表于《Applied Thermal Engineering》。中國關于刮板式換熱器最早的文獻見于徐文達等[19]1994年發表在《食品與機械》期刊,之后對刮板式換熱器報道的文獻非常少。中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所的研究團隊自1996年研制成功以刮板式換熱器為核心的生產人造奶油的急冷機以來,長期致力于刮板式換熱器的設計、制造及應用推廣方面的工作,積累了豐富的經驗、收集了大量一手資料,近年來開發了南極磷蝦梯度蒸煮專用刮板式換熱裝備。

                文章首先簡要闡述刮板式換熱器的結構、原理,對目前國外著名的商用刮板式換熱器產品的結構特點、關鍵參數、應用范圍、設計原則進行歸納總結,對近年來國內外學者對刮板式換熱器研究進行系統的歸納,探討刮板式換熱器內部的流動規律、剪切速率、傳熱機制、停留時間和功率消耗機理,并對刮板式換熱器在相關領域的應用以及未來發展方向進行展望。


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