殺菌機應用領域廣泛。殺菌機分為管式殺菌及板式殺菌機兩種, 管式殺菌機又分為列管式殺菌機、套管式殺菌機及刮板式殺菌機三種。這三種殺菌機在應用過程中出現(xiàn)的主要問題有殺菌溫度不穩(wěn)定和不足;出料冷卻效果不佳;結垢結焦嚴重, 難以清洗徹底;對于一些特殊物料來說, 經常會出現(xiàn)生產能力不足等問題。該文將就這些問題進行闡述。
殺菌機工藝流程是由生產工藝參數確定的。有什么樣的工藝參數就有什么樣的工藝流程。殺菌機的工藝流程設計的是否合理是決定殺菌機性能的關鍵。殺菌機工藝流程應不但滿足殺菌的要求, 還充分有效利用余熱, 達到節(jié)能降耗的目的。現(xiàn)代殺菌機不是只針對單一品種物料進行殺菌, 往往一機多用, 即同一殺菌機上完成多個生產品種的殺菌任務, 這就需要殺菌機在設計時提出一個比較復雜的殺菌工藝, 兼顧多個生產品種, 才能達到滿意的效果。尤其是在計算換熱面積時必須考慮都能夠滿足殺菌的條件, 取其中最大的換熱面積為最終殺菌面積。
造成殺菌機殺菌溫度不足的主要原因是對物料特性了解不夠充分, 殺菌段換熱面積計算偏小。物料特性指的是什么物料、被殺菌物料的成分含有什么、物料的粘度是多少、物料的干物質含量是多少以及其他參數等。這些參數是在設計殺菌機必須了解并掌握的。物料特性及殺菌溫度要求決定了殺菌機的結構形式, 如牛奶殺菌可以采用板式殺菌, 板式殺菌一般多為低溫殺菌, 殺菌溫度一般不超過100℃, 板式殺菌機也常用于高溫和超高溫殺菌。牛奶殺菌也可以采用管式殺菌, 管式殺菌多為高溫殺菌或超高溫殺菌。
對于番茄醬類之類的物料, 普通的管式殺菌很難滿足要求, 而應采用套管式殺菌機進行殺菌。殺菌機的料液出口溫度與加熱介質出口的溫差一般在1～5℃之間, 最高不超過8℃。殺菌機殺菌段傳熱系數的選擇至關重要, 對于板式殺菌機的傳熱系數, 根據板片的結構厚薄不同, 國內一般在1289～2000kcal/m2·h·℃, 國外最高可達到2579kcal/m2·h·℃。對于管式殺菌機的傳熱系數一般在1000～1289kcal/m2·h·℃。套管式殺菌機一般是用于濃度較高、粘度較大的物料, 其傳熱系數一般在500～600kcal/m2·h·℃之間。
殺菌溫度不足一般是因為換熱面偏小所致, 如對番茄醬進行殺菌, 其換熱系數一般在500～600kcal/m2·h·℃比較合適, 傳熱系數選擇大了, 就可能導致殺菌溫度不足的問題發(fā)生。
殺菌機冷卻效果不佳有兩種可能:一是冷卻面積不足;二是沒有充分利用殺菌后的余熱對進料進行有效預熱。殺菌機的殺菌溫度都是逐級加熱到所需要的溫度, 不可能直接加熱到很高溫度, 用換熱面積一次就完成殺菌任務。減少換熱溫差為了保證對物料進行有效加熱, 同時不致使物料在換熱器內迅速結垢或結焦。冷卻也同樣是這樣, 一般是利用殺菌后的料液余熱對進料進行預熱降溫, 然后再經過塔水冷卻降溫。冷卻水量不足或冷卻水的溫度過高, 都會導致無法到達到預期的冷卻效果。根據用戶需要, 為了獲得更低的溫度, 往往還采用冰水進行降溫, 即塔水冷卻, 然后進入下一道工序。冷卻段的傳熱系數與加熱殺菌段的傳熱系數不同, 根據冷媒介質溫度及其料液溫度的傳熱進行確定, 一般要小于加熱段的傳熱系數。
殺菌機結垢結焦嚴重有三種可能:一種是換熱面積偏小所致。第二種原因板式殺菌機的板型不流暢, 導致結垢結焦速度加快。第三種原因是清洗不徹底, 清洗間隔時間過長所致。板式殺菌機的板型多為人字形及波浪形, 根據用戶的應用反饋, 波浪形板片結垢結焦速度要快于人字形板片。管式殺菌機多采用螺紋波形管, 這樣可提高傳熱系數。
殺菌機的清洗一般要經過水洗、堿洗、酸洗再進行水洗。由于清水洗間隔時間過長導致結垢結焦嚴重的現(xiàn)象比較普遍。清洗時泵的流量一般按1.5～2倍選擇清洗的泵, 揚程根據殺菌機的類型阻力的大小進行確定, 如果是采用進料泵進行清洗, 多采用變頻的形式。
殺菌機泵的選擇原則是根據流量及沿程壓力損失確定的。沿程壓力損失包括兩部分:一部分是管道沿程壓力損失, 一部分是料液在換熱器中的壓力損失。物料特性不同即物濃度及物料粘度大小不同, 沿程壓力損失也不相同, 濃度越高, 粘度越大, 壓力損失也就越大。板式殺菌機的阻力要比管式殺菌機的阻力要大。粘稠物料如番茄醬類的沿程壓力損失要比普通料液的壓力損失大, 如番茄醬類物料的阻力就比普通的奶類物料高的多。
殺菌機的阻力計算比較復雜, 除了進行理論計算外, 還必須掌握物料在實際應用中的壓力損失是多少, 殺菌機進出口都安裝壓力表, 前后壓力表之差就是沿程壓力損失, 然后對理論計算值進行修訂, 多次的實踐經驗再加上理論計算即可確定出選擇進料泵的方法。
近年來殺菌機在粘稠物料上出現(xiàn)的問題較多, 泵選擇過小, 揚程不足最為普遍。對粘稠物料進料泵一般多選擇容積泵或螺桿泵進料。對于粘稠物料如番茄醬類的進料泵一般按1.5～2倍的實際進料量確定, 基本上能夠滿足要求。
此外, 在殺菌過程中常常伴隨均質過程, 設計者必須要了解均質機在實際生產中的位置, 均質機所處位置距離長短會直接影響到進料的阻力, 在生產線布局也必須力求設備緊湊, 不能隨意改變原來工藝設計, 一經改變了就可能影響到殺菌機及其他設備的使用性能。
全自動殺菌機的閥門選擇至關重要, 調節(jié)閥的誤差精確程度關系到殺菌溫度的穩(wěn)定性與可持續(xù)性, 殺菌溫度誤差過大也會導致殺菌機出現(xiàn)殺菌溫度不穩(wěn)定的問題, 長期下去就會引起結垢結焦加速, 最終導致清洗間隔時間過短。因此在選擇閥門時應選擇精確度高、誤差小的的閥門。
上述主要針對殺菌機的設計提出一些看法。總之, 設計殺菌機必須對料液的物理及化學特性有所了解和掌握, 尤其是物料中的干物質含量及粘度, 這兩個特性決定了殺菌機的類型和結構。設計除了要做到有理論依據外, 還必須與生產實際結合起來。了解并掌握殺菌機在實際應用中的使用情況、生產狀態(tài)參數, 然后融入到設計中去, 隨時糾正設計中的不足, 這樣殺菌機才能性能穩(wěn)定, 質量提高。
