食品機(jī)械與設(shè)備 第03章?lián)Q熱設(shè)備

1、第一節(jié)換熱設(shè)備第一節(jié)換熱設(shè)備一、概述一、概述 換熱器是化工廠、食品廠主要的化工設(shè)備之一。換熱換熱器是化工廠、食品廠主要的化工設(shè)備之一。換熱器的類型很多，特點(diǎn)不一，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行選擇。器的類型很多，特點(diǎn)不一，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行選擇。 依據(jù)傳熱原理和實(shí)現(xiàn)熱交換的方法，換熱器可分為依據(jù)傳熱原理和實(shí)現(xiàn)熱交換的方法，換熱器可分為間壁間壁式、混合式及蓄熱式式、混合式及蓄熱式三類，其中以間壁式換熱器應(yīng)用最為三類，其中以間壁式換熱器應(yīng)用最為普遍。普遍。 間壁式換熱器：間壁式換熱器： 是以固體壁面把冷熱流體隔開，不相混是以固體壁面把冷熱流體隔開，不相混合，通過間壁進(jìn)行熱量交換（有列管式、螺旋板式、板

2、式、合，通過間壁進(jìn)行熱量交換（有列管式、螺旋板式、板式、夾套式、蛇管式、套管式換熱器）夾套式、蛇管式、套管式換熱器） 混合式換熱器：混合式換熱器：被冷凝的蒸汽直接與冷水接觸進(jìn)行換熱。被冷凝的蒸汽直接與冷水接觸進(jìn)行換熱。因此傳熱效果好；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，僅在允許冷熱流體互相因此傳熱效果好；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，僅在允許冷熱流體互相混合時，才能應(yīng)用?；旌蠒r，才能應(yīng)用。 列管式換熱器：列管式換熱器： 列管式換熱器是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的傳熱設(shè)備。列管式換熱器是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的傳熱設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大及傳熱效果好，結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大及傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單，制造的材料范

3、圍較廣，操作彈性也較大。簡單，制造的材料范圍較廣，操作彈性也較大。 板式換熱器：板式換熱器： 板式換熱器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積設(shè)備提供的傳熱板式換熱器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積設(shè)備提供的傳熱面積大，總傳熱系數(shù)高，可根據(jù)需要增減板數(shù)以調(diào)節(jié)傳熱面面積大，總傳熱系數(shù)高，可根據(jù)需要增減板數(shù)以調(diào)節(jié)傳熱面積，檢修和清洗都比較方便等。缺點(diǎn)是處理量不大，操作壓積，檢修和清洗都比較方便等。缺點(diǎn)是處理量不大，操作壓強(qiáng)比較低，因受墊片耐熱性能的限制，操作溫度不能太高。強(qiáng)比較低，因受墊片耐熱性能的限制，操作溫度不能太高。 板式換熱器是一種高效換熱設(shè)備，其具有許多獨(dú)特的優(yōu)板式換熱器是一種高效換熱設(shè)備，其具有許多獨(dú)特的優(yōu)

4、點(diǎn)，在食品、化工、制藥等，工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。如在乳點(diǎn)，在食品、化工、制藥等，工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。如在乳品生產(chǎn)中，大多用作牛奶的高溫短時間或超高溫殺菌、牛奶品生產(chǎn)中，大多用作牛奶的高溫短時間或超高溫殺菌、牛奶的冷卻；果汁的加熱殺菌和冷卻；啤酒廠用于麥芽汁冷卻等。的冷卻；果汁的加熱殺菌和冷卻；啤酒廠用于麥芽汁冷卻等。 二、板式換熱器二、板式換熱器 1、板式換熱器的工作原理與結(jié)構(gòu)、板式換熱器的工作原理與結(jié)構(gòu) 工作原理：工作原理：它是由許多不銹鋼薄片重疊壓緊而成的熱它是由許多不銹鋼薄片重疊壓緊而成的熱交換器，加熱介質(zhì)（冷卻介質(zhì)）與料液在相鄰兩片間流動，交換器，加熱介質(zhì)（冷卻介質(zhì)）與料液在相鄰兩片間流

5、動，通過金屬片進(jìn)行熱交換。由于金屬片沖壓成特殊形狀，且通過金屬片進(jìn)行熱交換。由于金屬片沖壓成特殊形狀，且板與板的間隙很窄，流動液層很薄，所以換熱效果很好。板與板的間隙很窄，流動液層很薄，所以換熱效果很好。 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：支架、壓緊板、扳手、壓緊螺桿、上導(dǎo)桿、下支架、壓緊板、扳手、壓緊螺桿、上導(dǎo)桿、下導(dǎo)桿、固定緊板、換熱片、橡皮墊圈、管接頭等。（與板導(dǎo)桿、固定緊板、換熱片、橡皮墊圈、管接頭等。（與板框過濾機(jī)相似）框過濾機(jī)相似） 其流程可根據(jù)工藝要求而定，裝配時一定要嚴(yán)格按組合其流程可根據(jù)工藝要求而定，裝配時一定要嚴(yán)格按組合流程排列。流程組合可分為并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)流程。三種流流程排列。流程組合可分為

6、并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)流程。三種流程如圖所示：程如圖所示：并聯(lián)流程：并聯(lián)流程：流體分別流入平行的流道，然后匯成一股流至出口，總流體分別流入平行的流道，然后匯成一股流至出口，總的流向和單流隙中均為逆流。的流向和單流隙中均為逆流。 串聯(lián)流程：串聯(lián)流程： 流體在經(jīng)過每一垂直流道后，接著就改變方向，冷熱流體在經(jīng)過每一垂直流道后，接著就改變方向，冷熱兩流體的主體流向是逆流，但兩種流體在相鄰流隙中有逆兩流體的主體流向是逆流，但兩種流體在相鄰流隙中有逆流也有并流。流也有并流。 混聯(lián)流程：混聯(lián)流程： 是雙程，是串聯(lián)和并聯(lián)組合，冷熱兩流體的主體是逆是雙程，是串聯(lián)和并聯(lián)組合，冷熱兩流體的主體是逆流，流體在同組的并聯(lián)板隙

7、中流過，然后再流入另一組并流，流體在同組的并聯(lián)板隙中流過，然后再流入另一組并聯(lián)的板隙，它既有組內(nèi)板隙間的并聯(lián)，也有組與組間的串聯(lián)的板隙，它既有組內(nèi)板隙間的并聯(lián)，也有組與組間的串聯(lián)。聯(lián)。 2、板片的結(jié)構(gòu)、板片的結(jié)構(gòu) 板片是用不銹鋼薄板沖壓而成。板片是用不銹鋼薄板沖壓而成。 薄片的加工與安裝要求：薄片的加工與安裝要求：薄片的厚度一般為薄片的厚度一般為12mm，片與片之間的流道間隙為片與片之間的流道間隙為210mm。這就決定了液層的厚。這就決定了液層的厚度。若安裝時不注意，在垂直方向產(chǎn)生相對位移，這樣可度。若安裝時不注意，在垂直方向產(chǎn)生相對位移，這樣可能會造成兩片接觸，或使縫隙變的很窄，則流體無法通

8、過，能會造成兩片接觸，或使縫隙變的很窄，則流體無法通過，所以要求在安裝時各片在導(dǎo)桿上的垂直位置（上下位置），所以要求在安裝時各片在導(dǎo)桿上的垂直位置（上下位置），誤差誤差0.20.25mm。 薄片波紋形式：薄片波紋形式：1、凸起狀板、凸起狀板 其表面上有球形凸起和平頭凸起組合，球形凸起具有其表面上有球形凸起和平頭凸起組合，球形凸起具有使液體呈渦流作用，平頭凸起支承壓差。使液體呈渦流作用，平頭凸起支承壓差。2、三角形波紋板、三角形波紋板3、梯形波紋板、梯形波紋板4、斜紋板、斜紋板5、人字形板、人字形板 一般人字形板的斜紋板的傳熱系數(shù)比平行板大，另外，一般人字形板的斜紋板的傳熱系數(shù)比平行板大，另外，

9、由于多點(diǎn)承受壓力差，所以板的厚度薄，但當(dāng)液體中含有由于多點(diǎn)承受壓力差，所以板的厚度薄，但當(dāng)液體中含有固體時易被堵塞。固體時易被堵塞。 3、墊片、墊片 換熱片懸掛于導(dǎo)桿上，前端有固定板，旋緊在后支架上。換熱片懸掛于導(dǎo)桿上，前端有固定板，旋緊在后支架上。壓緊螺桿可使壓緊板與各傳熱片疊合在一起，片與片之間壓緊螺桿可使壓緊板與各傳熱片疊合在一起，片與片之間在片的四周用板框橡膠墊圈保證密封，并使兩片間有一定在片的四周用板框橡膠墊圈保證密封，并使兩片間有一定的空隙，調(diào)節(jié)墊圈的厚度即可改變兩片間流體通道的大小。的空隙，調(diào)節(jié)墊圈的厚度即可改變兩片間流體通道的大小。 在每片的四角上各開一孔口，借圓環(huán)墊圈的密封作

10、用，在每片的四角上各開一孔口，借圓環(huán)墊圈的密封作用，四個孔中只有兩個孔口可與金屬片一側(cè)的通道相通，另兩四個孔中只有兩個孔口可與金屬片一側(cè)的通道相通，另兩個孔口則與金屬片的另一側(cè)的通道相通。冷熱流體在薄片個孔口則與金屬片的另一側(cè)的通道相通。冷熱流體在薄片的兩邊交替流動，進(jìn)行熱交換。拆卸時，只需轉(zhuǎn)動壓緊螺的兩邊交替流動，進(jìn)行熱交換。拆卸時，只需轉(zhuǎn)動壓緊螺桿，使壓緊板及換熱片沿著導(dǎo)桿滑動松開，清洗、拆裝很桿，使壓緊板及換熱片沿著導(dǎo)桿滑動松開，清洗、拆裝很方便。方便。并并 聯(lián)聯(lián) 流流 程程串串 聯(lián)聯(lián) 流流 程程板片的四角孔的作用及墊片：板片的四角孔的作用及墊片： 波紋金屬片的密封墊圈，只是固定在金屬片

11、的一邊，波紋金屬片的密封墊圈，只是固定在金屬片的一邊，每片上都有四個角孔，它們構(gòu)成流體的通道，在布置墊圈每片上都有四個角孔，它們構(gòu)成流體的通道，在布置墊圈時，必須使薄片組合后構(gòu)成兩種互不通連的冷熱流體進(jìn)入時，必須使薄片組合后構(gòu)成兩種互不通連的冷熱流體進(jìn)入通道，其中有一條通道與兩個角孔相通，所以這兩條通路通道，其中有一條通道與兩個角孔相通，所以這兩條通路彼此依次相向。根據(jù)流體流過金屬片表面的方式不同，波彼此依次相向。根據(jù)流體流過金屬片表面的方式不同，波紋金屬片可分為單側(cè)直流片和對角斜流片。紋金屬片可分為單側(cè)直流片和對角斜流片。 、單側(cè)支流片、單側(cè)支流片 同一種液體的進(jìn)出口角孔，在設(shè)備同一側(cè)的軸線

12、上，將同一種液體的進(jìn)出口角孔，在設(shè)備同一側(cè)的軸線上，將相鄰兩片水平放在一起，可見流體呈直線方向流動，左片上，相鄰兩片水平放在一起，可見流體呈直線方向流動，左片上，第一種流體從左上角孔流入片面，從金屬片下左角流出，兩第一種流體從左上角孔流入片面，從金屬片下左角流出，兩個右角孔用墊圈隔離，在右角孔上第二種液體則流到傳熱片個右角孔用墊圈隔離，在右角孔上第二種液體則流到傳熱片的另一側(cè)。的另一側(cè)。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 、左右兩片結(jié)構(gòu)一樣，組合時，只需把左片旋轉(zhuǎn)、左右兩片結(jié)構(gòu)一樣，組合時，只需把左片旋轉(zhuǎn)180即成右片，然后依次相同地懸吊在導(dǎo)桿上。即成右片，然后依次相同地懸吊在導(dǎo)桿上。 、同一種流體的進(jìn)出口布置在一

13、側(cè)，使得產(chǎn)品管路、同一種流體的進(jìn)出口布置在一側(cè)，使得產(chǎn)品管路（牛奶、果汁之類）有可能與一般流體管路（熱水、冷水或（牛奶、果汁之類）有可能與一般流體管路（熱水、冷水或鹽水）分開，避免產(chǎn)品管路與其他生產(chǎn)線相混置，方便管理，鹽水）分開，避免產(chǎn)品管路與其他生產(chǎn)線相混置，方便管理，而且既衛(wèi)生又美觀。而且既衛(wèi)生又美觀。 、對角斜流片、對角斜流片 同一種液體進(jìn)出口兩角孔在對角線的兩端點(diǎn)位置上，它同一種液體進(jìn)出口兩角孔在對角線的兩端點(diǎn)位置上，它們左右片的結(jié)構(gòu)、墊圈都不一樣。大墊圈圍繞著金屬片的對們左右片的結(jié)構(gòu)、墊圈都不一樣。大墊圈圍繞著金屬片的對角線上的兩個角孔，片間流動的總方向是對角線方向。角線上的兩個角孔

14、，片間流動的總方向是對角線方向。 這種流動方式從流體流速的均勻性、傳熱效果與流體阻這種流動方式從流體流速的均勻性、傳熱效果與流體阻力等方面，與單側(cè)直流布置比較沒有顯著差別，但是需要有力等方面，與單側(cè)直流布置比較沒有顯著差別，但是需要有兩種沖模壓制，備用的金屬片相對的也較多，在設(shè)備管理及兩種沖模壓制，備用的金屬片相對的也較多，在設(shè)備管理及外觀上也不及前者。因此較少使用。外觀上也不及前者。因此較少使用。 角孔部位密封墊圈的結(jié)構(gòu)角孔部位密封墊圈的結(jié)構(gòu) （a）正確的（）正確的（b）不正確的）不正確的結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)（a） ：若密封墊圈失效時，流體首先流向設(shè)備外部，：若密封墊圈失效時，流體首先流向設(shè)備外部，

15、容易檢查，而且兩種流體不易相混。容易檢查，而且兩種流體不易相混。結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)（b） ：角孔墊圈與周邊墊圈整體制成的，若墊圈失效：角孔墊圈與周邊墊圈整體制成的，若墊圈失效 引起液體泄漏，造成兩種液體滲漏，在外部不引起液體泄漏，造成兩種液體滲漏，在外部不 易察覺，此結(jié)構(gòu)不正確。易察覺，此結(jié)構(gòu)不正確。4、板式換熱器的特點(diǎn)、板式換熱器的特點(diǎn) 、有較高的傳熱效率、有較高的傳熱效率 由于兩片間的間隙小，形成膜狀流動，使兩流體都有很由于兩片間的間隙小，形成膜狀流動，使兩流體都有很高的流速。又因在傳熱面上沖壓成凹凸波紋，則速度大小和高的流速。又因在傳熱面上沖壓成凹凸波紋，則速度大小和方向不斷的突然改變，則流體呈

16、湍流狀態(tài)，減薄邊界層，減方向不斷的突然改變，則流體呈湍流狀態(tài)，減薄邊界層，減小熱阻，故提高了傳熱系數(shù)小熱阻，故提高了傳熱系數(shù)K值，可達(dá)值，可達(dá)3500500w/m2。 、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，在較小的工作體內(nèi)可容納、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，在較小的工作體內(nèi)可容納較多的傳熱面積，這是它的最突出的優(yōu)點(diǎn)之一。如較多的傳熱面積，這是它的最突出的優(yōu)點(diǎn)之一。如2501500m2/m3，而管式只有，而管式只有40150m2/m3。 、有較大的適應(yīng)性。當(dāng)要求改變工藝條件和生產(chǎn)能力、有較大的適應(yīng)性。當(dāng)要求改變工藝條件和生產(chǎn)能力時，只需增減傳熱片的數(shù)目，改變組合即可滿足要求。時，只需增減傳熱片的數(shù)目，改變組合即可滿

17、足要求。 、適宜處理熱敏性物料。由于兩片間隙小，物、適宜處理熱敏性物料。由于兩片間隙小，物料以快速膜狀通過，不致產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，因此用于食品生產(chǎn)料以快速膜狀通過，不致產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，因此用于食品生產(chǎn)特別適宜。特別適宜。 、拆裝方便、清洗方便。、拆裝方便、清洗方便。 、操作安全，連續(xù)生產(chǎn)，物料在密閉中進(jìn)行，、操作安全，連續(xù)生產(chǎn)，物料在密閉中進(jìn)行，故不染菌。故不染菌。 、熱利用率高。在一套設(shè)備內(nèi)可進(jìn)行加熱和冷、熱利用率高。在一套設(shè)備內(nèi)可進(jìn)行加熱和冷卻，便于熱量回收。卻，便于熱量回收。 、密封周邊長，需要較多的密封墊圈，且墊圈、密封周邊長，需要較多的密封墊圈，且墊圈需經(jīng)常清洗。需經(jīng)常清洗。 、當(dāng)溫度超過

18、、當(dāng)溫度超過60以上時，易產(chǎn)生脫墊現(xiàn)象。以上時，易產(chǎn)生脫墊現(xiàn)象。 、墊圈伸長變形、墊圈伸長變形 (11)、當(dāng)溫度超過、當(dāng)溫度超過120，墊圈易老化，墊圈易老化 (12)、密封圈斷裂，使用壽命短、密封圈斷裂，使用壽命短5、板式換熱器的計(jì)算、板式換熱器的計(jì)算 主要計(jì)算出總的傳熱面積，所需板數(shù)主要計(jì)算出總的傳熱面積，所需板數(shù)z和程數(shù)和程數(shù)i0。 關(guān)于總傳熱面積的計(jì)算，仍用傳熱基本方程式計(jì)算。關(guān)于總傳熱面積的計(jì)算，仍用傳熱基本方程式計(jì)算。其總的傳熱量可根據(jù)流量、物料比熱、溫差等工藝條件算其總的傳熱量可根據(jù)流量、物料比熱、溫差等工藝條件算出；平均溫差的值也可求出；關(guān)鍵是傳熱系統(tǒng)的計(jì)算。出；平均溫差的值也可求出；關(guān)鍵是傳熱系統(tǒng)的計(jì)算。計(jì)算值，首先需計(jì)算出冷熱兩流體的給熱系數(shù)計(jì)算值，首先需計(jì)算出冷熱兩流體的給熱系數(shù)1與與2的值。的值。例：例：用薄板換熱器冷卻鮮奶，每小時處理用薄板換熱器冷卻鮮奶，每小時處理7噸，鮮奶從噸，鮮