殺菌機應用領域廣泛。殺菌機分為管式殺菌機和板式殺菌機2種, 管式殺菌機又分為列管式殺菌機、套管式殺菌機和刮板式殺菌機3種。殺菌機在應用過程中出現的問題主要是殺菌溫度不穩定、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生產能力不足的問題。本文就這些問題進行闡述。
殺菌機工藝流程根據生產工藝參數確定。工藝流程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能夠滿足殺菌要求, 還必須充分有效利用余熱, 達到節能降耗的目的。現代殺菌機通常不是對單一品種物料進行殺菌, 往往一機多用, 即完成多個生產品種的殺菌任務, 這就對殺菌機的設計提出了比較復雜的殺菌工藝要求, 尤其是在計算換熱面積時必須考慮到能夠滿足所有物料品種的殺菌條件, 最終殺菌面積應為最大的換熱面積。
殺菌溫度不足的主要原因是對物料特性的了解不夠充分, 殺菌段換熱面積計算偏小。物料特性是指物料品種、成分、黏度、干物質含量等參數, 在設計殺菌機時必須了解并掌握這些參數。物料特性及殺菌溫度要求決定殺菌機的結構形式, 如牛奶殺菌可以采用板式殺菌機, 板式殺菌機一般為低溫殺菌, 殺菌溫度不超過100℃, 也可以采用管式殺菌機, 管式殺菌多為高溫或超高溫;如果是用于番茄醬類物料殺菌, 普通管式殺菌機很難滿足要求, 需要采用套管式殺菌機。殺菌機的料液出口溫度與加熱介質出口溫度相差一般在1～5℃, 最高不超過8℃。殺菌機殺菌段傳熱系數的選擇至關重要, 板式殺菌機的傳熱系數根據板片結構厚薄而不同, 國內一般為1 289～2 000 kcal m2·h·℃, 國外最高可達2 579kcal/m2·h·℃;管式殺菌機的傳熱系數一般為1 000～1 289 kcal/m2·h·℃;套管式殺菌機一般用于濃度較高、黏度較大的物料, 其傳熱系數一般為500～600 kcal/m2·h·℃。殺菌溫度不足一般首先是由于換熱面積偏小所致, 如番茄醬殺菌, 其換熱系數一般為500～600 kcal/m2·h·℃, 如果傳熱系數偏大, 則可能導致殺菌溫度不足;其次是由于殺菌機結垢結焦嚴重, 沒有按時清洗或沒有清洗徹底所致, 板式殺菌機的板型多為人字形及波浪形, 波浪形板片結垢結焦速度比人字形板片快, 而管式殺菌機多采用螺紋波形管, 這樣可提高傳熱系數。
殺菌機冷卻效果不佳有2種可能:一是冷卻面積不足, 沒有充分利用殺菌后物料的余熱對進料進行有效預熱降溫。殺菌機的殺菌溫度是逐級加熱到所需溫度, 換熱溫差較小, 是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結焦。冷卻也是這樣, 一般先利用殺菌后的料液余熱進行預熱降溫, 然后再經過塔水冷卻降溫, 同時根據用戶需要, 為了獲得更低溫度, 往往還采用冰水進行降溫, 即塔水冷卻、冰水冷卻, 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確定, 一般小于加熱段的傳熱系數。二是冷卻水量不足或冷卻水溫度過高, 導致不能達到預期的冷卻效果。
殺菌機結垢結焦嚴重有3種可能:一是換熱面積偏小;二是板式殺菌機的板型不流暢, 導致結垢結焦速度加快;三是清洗不徹底, 清洗間隔時間過長。殺菌機的清洗過程一般為水洗、堿洗、酸洗、水洗, 由于水洗間隔時間過長導致結垢結焦嚴重的現象比較普遍。清洗時一般按泵流量的1.5～2倍選擇泵, 揚程根據殺菌機類型及阻力大小確定, 如果采用進料泵進行清洗, 多為變頻形式。
殺菌機泵的選擇原則是根據流量及沿程壓力損失來確定。沿程壓力損失包括管道沿程壓力損失和料液在換熱器中的壓力損失。物料特性 (即物料濃度及黏度) 不同, 沿程壓力損失也不相同, 濃度越高、黏度越大, 壓力損失越大;黏稠物料 (如番茄醬類) 比普通料液的沿程壓力損失大。板式殺菌機的阻力比管式殺菌機的阻力大。殺菌機的阻力計算比較復雜, 除了理論計算外, 還必須掌握物料在實際應用中的壓力損失, 殺菌機的進出口都安裝有壓力表, 前后壓力表之差就是沿程壓力損失, 然后對理論計算進行修訂, 多次的實踐經驗加上理論計算即可確定出選擇進料泵的方法, 對于黏稠物料 (如番茄醬類) , 進料泵一般選擇1.5～2倍的實際進料量, 基本上能夠滿足生產要求。近年來, 殺菌機用于黏稠物料時出現的問題較多, 泵選擇過小, 揚程不足最為普遍。對于黏稠物料, 進料泵一般多選擇容積泵或螺桿泵。此外, 殺菌過程常常伴隨均質過程, 設計者必須了解均質機在實際生產中的位置, 均質機所處位置會直接影響進料阻力, 生產線布局時也應力求設備緊湊, 不能隨意改變原來工藝設計, 一旦改變了, 就可能影響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, 調節閥的精確程度關系到殺菌溫度的穩定性與可持續性, 殺菌溫度誤差過大也會導致殺菌機出現殺菌溫度不穩定的問題, 長期下去會引起結垢結焦加速, 最終導致清洗間隔時間過短。
上述是筆者針對殺菌機設計提出的一些看法。總之, 設計殺菌機時必須對料液的物理及化學特性有所了解和掌握, 尤其是物料的干物質含量及黏度, 這2個參數決定殺菌機的類型及結構。同時, 設計殺菌機時不僅要基于理論計算, 還需要了解并掌握殺菌機在實際應用中的使用情況、生產狀態參數, 然后融入到設計中去, 隨時糾正設計中的不足, 這樣殺菌機質量和性能才能不斷提高。
