熱交換器如何工作?
板和框架熱交換器如何工作
墊片板和框架熱交換器是最有效的設計之一,因此它們也是處理係統中最常見的設計之一。板之間的墊片引導產品流動和加熱/冷卻液通過交替的通道。
當熱流體穿過板上時,熱量從熱側傳遞到冷側,降低了熱側的溫度並提高了冷側的溫度。
有效操作的關鍵,熱交換器必須保持板上的足夠的流體速度以轉移熱量,同時控製可能破壞操作的壓降。
係統通常采用板和框架熱交換器進行巴氏殺菌,原始牛奶冷卻和CIP(現場清潔)加熱。鑒於它們適合低至中粘度且幾乎沒有顆粒的產品,板熱交換器也通常用於飲料,啤酒,麥芽汁,雞蛋,雞蛋,調味料和大多數乳製品加工。
再生加熱和冷卻
在牛奶加工中,將冷牛奶從例如4°C加熱到巴氏殺菌溫度為72°C,並在該溫度保持15秒鍾,然後再次冷卻至4°C。
熱量總是從溫暖物質轉移到較冷的物質,因此在巴氏滅菌過程中,熱交換器使用巴氏殺菌牛奶的熱量加熱冷牛奶,從而節省了加熱和製冷能量。該過程稱為再生熱交換或熱恢複,通常達到90%,從巴氏殺菌牛奶中獲得高達95%的熱量回收。奶油和冰淇淋混合物等高脂產品的恢複較低。再生對節能,資本成本和有效的運營有積極的影響。當溫度差異很高時,傳熱迅速發生。隨著溫度差的降低,當溫度均衡時,轉移速率會減慢並完全停止(乳製品處理手冊)。
當必須在一個階段加熱產品然後在下一階段冷卻時,操作員可以在一個框架上有多個部分,以控製熱或冷液的流動。
為了進行巴氏殺菌,多截麵熱交換器使用由單個,雙,通行或盲道的不同角連接配置的連接板。

板和墊片技術
瓦楞紙板的設計產生了一個較大但緊湊的總表麵積,用於轉移熱量。板的傳熱區域具有人字形圖案,可產生高湍流,從而增加傳熱並在CIP期間清潔。
板分布區域確保在整個板上均勻的流體流動,以最大程度地傳熱。優化的流量分布還減少了導致汙染的不均勻溫度區域。
雖然板熱交換器的狹窄流動路徑可產生有效的熱交換狹窄的路徑還將其處理流體處理的能力限製為低至中粘度的人,幾乎沒有懸浮的顆粒會導致顆粒陷入板塊接觸點上的顆粒。
對於包含顆粒的流體,可以使用兩種溶液:
- 低接觸點,寬流板,可以用更多的顆粒物運行產品
- 寬間隙板可以運行更多和更大的顆粒物。
兩者都允許顆粒通過,同時最小化結垢。
殼和管熱交換器的工作方式
而不是通過平行板傳遞熱量,而是殼和管熱交換器將熱量轉移到被大殼容器包圍的一束管之間。穿過管子的流體與殼中包含的管子上的流體交換熱量。
因為管的直徑通常大於板熱交換器中板之間的間隙,所以殼和管交換器適合於產品更具粘性(對流動性)或包含高密度顆粒的應用。最大粒徑取決於管直徑。管狀熱交換器通常在清潔之間的運行時間比板熱交換器在超高溫度的應用中的運行時間更長。

基本的殼和管原理通過一束平行管移動產品,並在管子周圍和周圍的加熱液中移動。
同心管狀熱交換器具有不同直徑的管子,彼此內部齊緊,這在加熱或冷卻方麵特別有效,因為加熱/冷卻液在產品管的兩側流動。產品管的大小可以滿足粘度和顆粒的要求。同心管特別適合高粘度非牛頓液,其粘度在壓力下變化(洗發水,指甲油,番茄醬)。
與其他熱交換器設計一樣,殼和管交換機設置為將產品和加熱/冷卻液以相反的方向流動。例如,冷產品流體從熱交換器的右向左傳播,而變暖的液體從從左到右傳播的產品管。反流配置利用最大化溫度差異,以提高熱傳輸。
一個製造商的殼和管熱交換器的製造商在最多10 bar的壓力和150°C的工作溫度下運行。殼管熱交換器的典型應用包括處理水的係統(例如,注射或純化),以及CIP係統。
雙管板如何工作
在藥品應用中,由於雙管板設計,消除了產品與加熱或冷卻介質之間混合的風險。
產品在管中流動時,服務流體在外殼內的管子周圍流動。使用一張管板將服務流體密封在外殼中,第二個管板將產品密封。

帶雙管板的熱交換器使泄漏易於發現因為它們出現在外管板中的關節上。加熱液通過第一管板將加熱液密封在殼中,第二管板將產品密封。如果發生泄漏,則很容易在視覺上檢測到兩種流體的泄漏。
殼和管熱交換器在製藥行業中特別有效,在製藥行業中,產品衛生和對從加熱/冷卻液中隔離產品的需求特別高。為了滿足行業的需求,高質量的管狀熱交換器控製微生物的增長並防止交叉汙染。
一些用於藥物應用的最新管中管設計具有高剪切力和湍流,以保持熱量的有效傳遞,同時還原生物膜。
較小,輕巧的熱交換器為更緊密的空間設計,可以有效地替代大管熱交換器。它們具有相同的熱和冷液通過交替的通道流動,這些通道可為高傳熱效率產生高湍流,同時使用50–80%的傳熱區域。
刮擦表麵熱交換器如何工作
製造食品,化學品,藥品,化妝品,健康和美容產品涉及的許多過程都需要可靠的傳熱,從而防止粘性和粘性產品結垢。在這些過程中,刮水的熱交換器是正確的選擇。
它們使用大量顆粒或高粘度處理流體的能力使它們在這些應用中更有效。
刮擦的表麵熱交換器比其他交換機更昂貴,但是當其他熱交換器無效時它們有效地工作。
在刮擦的表麵熱交換器應用中,產品進入底部的氣缸並向上流動。加熱或冷卻介質通過狹窄的環形(環形)通道行駛。
典型的處理應用程序:
- 番茄醬
- 蛋黃醬
- 擴散和填充物
- 調味料和布丁
- 嬰兒食品
- 皮膚乳液
- 洗發水
刮擦的表麵交換器配備了旋轉葉片,可從圓柱體牆中取出產品,以保持一致的傳熱。
它們是專門為柔和的產品處理而設計的,以避免幹擾產品質量和一致性。
刮擦的表麵交換器通常垂直安裝。在內部,電動機轉動裝有刮刀片的轉子。為了防止產品損壞,轉子和產品沿同一方向穿過熱交換器,產品進入底部並在頂部退出。
刮擦的表麵熱交換器在食品和個人護理行業中很常見。確保連續產生需要均勻的傳熱,但是某些食品的一致性或含量阻礙了有效的傳熱。刮擦的表麵熱交換器可以通過將產品遠離牆壁和屬性的混合物來滿足效率的需求。

清潔度的重要性
在乳製品加工中,產品具有較高的蛋白質含量,可以犯規交換器。當加工流體粘在內部表麵並隨著時間的推移而降低效率時,會發生結垢,因此,良好的衛生計劃的一部分包括使用長時間保持幹淨的設備,並且在CIP期間易於清潔。
汙垢會增加壓力,因此熱交換器受到結垢或縮放的影響應定期清潔。管子上的輕汙泥或秤塗層降低了其熱效率。由於清潔的難度隨著尺度厚度或沉積物的增加而增加,因此操作員應進行例行檢查以盡早接收汙垢來源。
每種類型的熱交換器的優點和缺點
板式換熱器 | 管狀 | 刮擦表麵 | |
每平方英尺的成本 | 低的 | 低的 | 高的 |
層 | 低的 | 低的 | 中等偏上 |
動蕩 | 高的 | 中等的 | 中等的 |
再生量 | 高的 | 中等的 | 沒有任何 |
維護成本 | 中等的 | 低的 | 高的 |
運營壓力 | 低的 | 高的 | 高的 |
與微粒一起使用 | 較差的 | 好/優秀 | 出色的 |
CIP能力 | 出色的 | 出色的 | 好的 |
可用的建築材料 | 好的 | 好的 | 好的 |
居住時間 | 低的 | 中等的 | 中等的 |
時間長度 | 中/好 | 中/好 | 出色的 |
過程的靈活性 | 公平的 | 好的 | 好的 |
簡而言之,熱交換器以幾種獨特的方式為製藥,食品和飲料運營增添價值
熱交換器加熱清潔液,從係統組件中清除殘留物。
熱交換器產生一致的溫度用於巴氏殺菌和CIP。
他們加熱水以有效衝洗食品生產設備(儲罐和管道)。
可以將它們放在滑板上,以進行小英尺印記,靈活的CIP設備定位。
熱交換器本身是可調節的,因為當係統保持足夠的流速時,它們的設計會引起湍流。
它們在不汙染加熱流體的情況下傳遞熱量。
能源節省:再生傳熱通過將加熱的流體重新利用在可重複的周期中加熱流體來保護能量。
選擇合適的熱交換器指南
本指南專為處理器,生產經理和機械工程師設計,以幫助進行熱交換器選擇過程。
下一步
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