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的主要問題有殺菌溫度不穩定和不足;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, 達到節能降耗的目的。現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, 調節閥的誤差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定, 質量提高。
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