第五节 超高温瞬时杀菌设备

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1、超高温瞬时杀菌设备超高温瞬时杀菌设备高压均质机的主要构造？高压均质机的工作原理？板式换热器的作用？巴氏杀菌乳（光明、三元）超高温灭菌乳（伊利、蒙牛）135140,410s是鲜奶处理的一种杀菌工艺，灭菌后的牛乳可在常温下保存16个月。这种技术必须配合无菌包装才能实现牛乳的长时间保藏。 间接式加热法（板式、管式），这种方法是利用一定压力的水蒸气或热水作为加热介质，热量经过传热壁传递给牛奶。 其中喷射式是将高压蒸汽通过喷嘴直接喷入到牛乳中，蒸汽遇冷放热，将牛乳加热至所需要的温度；混注式是将牛乳喷入到充满蒸汽的加压容器中，蒸汽遇冷放热，将牛乳加热至所需要的温度；超高温板式杀菌设备是普通板式换热器的升级

2、版，由于杀菌温度要达到100以上，因此加热介质和牛乳都要具备一定的压力。所以对超高温板式杀菌设备的板片以及垫片的抗压强度、耐高温的能力提出了更高的要求。管式超高温杀菌设备可分为套管式换热器和壳程式换热器。套管式换热器是由2个或3个不锈钢管以同心的形式套在一起，两种不同介质分别在内管和外管内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。优点：结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便；缺点：单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸比较麻烦，而且在肘管处容易造成泄漏。该换热器与上图换热器比较有什么不同？（换热面积、易泄露、方便维修）是指牛乳与蒸汽在一定的压力下混合，蒸汽遇冷，释放潜热将牛乳迅速加热至杀菌温

3、度。灭菌后的牛乳需要快速降温和除去多余的水分，这个过程可以通过换热器和浓缩设备来实现，这种做法是否合理？最合理的办法是将灭菌后的牛乳通入到装有冷凝器的蒸发室中，真空环境使得水分瞬间蒸发，从而使牛乳温度迅速 下降。这种直接混合加热法的加热速度比任何间接加热法的加热速度都要快。就这两种加热系统，如果要提高牛乳的杀菌温度，应该怎么办？u浓缩是指从溶液中除去部分溶剂的单元操作。u浓缩目的：除去食品中的大量水分，减轻了重量，减小了体积，节省了包装、贮存和运输费用。通过了提高食品的浓度，达到贮藏食品的目的。满足后续加工工艺过程的要求。u真空浓缩是指在负压下，进行浓缩的单元操作。采用真空蒸发的基本目的是降低

4、物料的沸点。 浓缩过程有两个必要的组成部分：加热物料使溶剂(水)沸腾汽化与不断除去汽化产生的二次蒸汽。一般前一部分在加热器中进行，后一部分在冷凝器中完成。如图所示 ：蒸发器二次蒸气（被冷凝）冷凝水加热蒸气原料完成液蒸发器实质上是一个管壳式换热器，由加热室 1和汽液分离器 4两部分组成。加热室中的加热介质多为水蒸汽。通过换热，使间管内的物料沸腾。料液蒸发出的水蒸汽从分离室4上部引出。为防止液滴随蒸汽带出，一般在分离器上都设有除沫装置5。从蒸发器中抽出的蒸汽称为二次蒸汽，以区别加热蒸汽。二次蒸汽进入冷凝器6冷凝，冷凝水从下部排出，二次蒸汽中的不凝性气体（如：空气）由真空泵抽出。浓缩后的完成液由蒸发

5、器底部排出。1.加热器 2.加热列管 3.中间管 4.分离室 5.捕沫器 6.冷凝器蒸发器蒸发器( (浓缩锅浓缩锅) )优点：1、溶液沸点降低，增大了蒸发器的传热温差，所需的换热面积减小（传热量与冷、热流体的温差，传热面积成正比）。2、溶液沸点低，可以应用温度较低的低压蒸汽和废热蒸汽作热源，有利于降低产品成本和生产费用。3、蒸发温度低，即物料受热温度低，有利于浓缩热敏性物料。4、蒸发器操作温度低，系统的热损失小。5、起到一定的预杀菌作用，能增加杀菌效果。缺点：1、由于采用了抽空装置，因此增加了附属设备和动力；2、由于蒸发潜热随沸点的降低而增加，因此热量消耗大；3、由于沸点低，导致料液黏度大，因

6、此降低了传热效率。4、由于系统为负压，浓缩液和冷凝水的排出需用泵，因此增加了能耗。1、按二次蒸汽被利用的次数不同，可分为：单效浓缩装置多效浓缩装置带有热泵的浓缩装置闪蒸浓缩装置2、按料液在设备中的流程不同，可分为：单程式浓缩装置循环式浓缩装置3、按加热器结构不同，可分为：非膜式浓缩装置（盘管式、中央循环管式）薄膜式浓缩装置（升膜式、降膜式、板式、离心式等） 浓缩操作的效数是指二次蒸气被利用的次数。 如果浓缩生成的二次蒸汽不再被用作加热介质，而是直接送到冷凝器中冷凝的蒸发过程，称为单效浓缩，是浓缩中最简单的一种方法。如果两个蒸发器串联起来，第一个蒸发器产生的二次蒸汽引入第二个蒸发器作为加热蒸汽，

7、第二个蒸发器产生的二次蒸汽送到冷凝器被冷凝后排出，则称为双效蒸发，它是多效蒸发中最简单的一种方法。 为提高热能利用率，除采用多效蒸发外，还可通过一种通称为热泵的装置，提高二次蒸汽的压力和温度，重新用作蒸发的加热蒸汽。 热泵是以消耗一部分高质能（机械能、电能）或高温热能为代价，通过热力循坏，将热由高温物体转移到低温物体的能量利用装置。 常用的热泵有蒸汽喷射热泵和机械压缩式热泵。闪蒸，是一种特殊的减压蒸发。常见方法是直接把溶液喷入到真空环境中，水分瞬间蒸发，从而达到浓缩的目的。闪蒸最大优点是对食品的色、香、味、营养成分影响较小，而且能避免在换热面上生成垢层。其原因是由于闪蒸不需加热，是溶液自身放出

8、的热量提供了蒸发能量，因而不会产生垢层。这种方法的特点是蒸汽和料液的流动方向一致，都是从一效流至末效。优点：由于前效和后效存在温度和压力差，因此料液在各效间流动不需要泵的作用，而且还会造成一定的闪蒸作用，因此增加了二次蒸汽量。缺点：料液从一效流至末效的过程中，浓度不断增加，但温度不断降低，致使料液黏度增大，从而降低了传热效果，因此并流法不适合随浓度增大而黏度变化很大的物料浓缩。特点：料液和蒸汽的流动方向相反。优点：料液由末效进入到一效，其浓度、黏度逐渐增大，温度也升高，因此，各效间传热效果较为接近。缺点：由于料液是从末效流至一效，温度和压力逐渐增大，因此，料液的流动必须依靠泵的作用，而且不会发

9、生闪蒸作用。逆流法适合物料黏度随温度变化较大的浓缩。平流法是指料液平行加入各效，浓缩液也从每效排出，但蒸汽的流向还是从一效流至末效。这种方法适合浓缩时有结晶产生的物料，如：盐类。升膜式浓缩设备属于薄膜式浓缩设备，液体沿管壁流动，进行连续蒸发，液体在浓缩器停留时间只有几秒至十几秒，因此特别适合热敏性物料的浓缩。结构：由多根垂直管束构成的加热器和一个分离室及循环管组成。为自然循环式。饱和区沸腾区预热区物料从设备下部引入后，在加热管内形成上、中、下三个不同区域，分别是预热区预热区、沸腾沸腾区区和饱和区饱和区。如图所示，物料在预热区，由于液层的静压作用，物料不会沸腾，只起加热作用。物料继续受热，到达沸

10、腾区后，料液开始沸腾，此时，二次蒸汽形成，蒸汽体积急速增大，管芯形成高速上升气流将液体在管壁压成薄膜向上流动，传热效果大大增加，使蒸发加快。到达上部后进入饱和区，汽液混合物经管顶进入汽液分离室进行汽液分离，从而达到了浓缩目的。与升膜式蒸发器相比，其分离室处于加热气体的下方，料液从加热器顶部进入，液体在重力作用下沿管的内壁成液膜状向下流动。为了使其料液均匀分布于各加热管，在加热管顶部安装了布膜器(关键部件)。图（1）螺纹导流杆图（2）锥形导流杆图（3）齿形溢流口图（4）多孔板 一、气液分离器作用：防止蒸发过程中形成的细微液滴，被二次蒸汽夹带逸出。以减少料液的损失，同时防止污染管道及其它浓缩器的加

11、热面。l真空系统的作用是抽吸系统内的不凝性气体，保证蒸发器内处于真空状态。蒸发器内不凝性气体的主要来源：1、设备密封不严；2、溶解在冷却水中的不凝性气体；3、加热蒸汽带入的不凝性气体；4、物料中携带的不凝性气体。不凝性气体的存在不仅影响设备的真空度，而且也使传热效率下降，所以必须将不凝性气体排出。常用的真空装置有蒸汽喷射器、往复式真空泵和水环式真空泵。大多数乳品厂现在使用水力喷射泵。工作原理：蒸汽以低速、高压的状态通过喷嘴3之后，巨大的压力能转化成动能，以超音速进入到混合室4中，高速的蒸汽流造成吸入室成负压状态，因此将吸入室的不凝气体一同抽出。 冷凝器的作用：将二次蒸汽冷凝，同时将不凝性气体分离，以减轻真空系统负荷。淋水板按牛奶是否与加热介质混合，超高温瞬时杀菌设备可分为间接式和直接混合式加热系统，请比较这两种加热系统的优缺点？