刮板式换热器

借助刮板搅动料液并清洁传热面以加快传热效率的换热器

内容简介

刮板式换热器是借助刮板搅动料液并清洁传热面以加快传热效率的换热器，刮板式换热器不仅适合低粘度料液，尤其适合高粘度或含颗粒料液快速换热。高粘度料液由于粘度大或流动慢，在超高温杀菌处理中，一般换热器的传热面易生成焦化膜，采用刮板式换热器最适合。在乳品、蕃茄酱、豆乳和果汁等无菌包装食品生产中，常将数台刮板式换热器串联，枪送泵将料液建续通过换热器进行预热、杀菌和冷却，然后无菌包装。进行刮板式换热器机械设计前，首先要对料液的物性、料液在换热器内的流型、热传递的特点作研究，并对传热系数、平均温度差、流体阻力等进行计算。获得结构设计所必需的设计参数，才能保证生产过程连续和处理工艺达到要求。

刮板式换热器的结构

图1为刮板换热器的基本结构。它是一个多层圆筒体，圆筒体内装有一刮板搅拌器，以强化料液的搅动不致焦化。换热器由物料筒，加热或冷却介质的夹套、搅拌器和抽封组成。搅拌器的刮板用定位销悬挂在搅拌轴上，轴高速转动时，由于离心力和流体阻力使其与物料筒内壁面紧贴，连续刮掉与传热面接触的料液复盖膜，不断地清洁传热面让新的料液再与传热面接触，从而提高热传导效率，加热燕汽或冷却水在夹套内流动，输送泵将料液充满并流过物料筒与搅拌轴间的环形通道，两流体逆向流动并通过物料筒壁进行热交换。料液在物料筒内流动的通道约占物料简截面积的20~40%。用于无菌包装的刮板式换热器，其轴封是个重要的部件，通常采用蒸汽或无菌水式轴封，防止轴转动时料液受外界环境渗入而污染。

料掖在物料筒内的流型

料液通过物料筒时，在不同的轴向流速和搅拌速度作用下呈各种流型，它是研究刮板式换热器换热机理，料液温度分布和滞留时间及流体阻力等实际间题的基础。

理论上，伴有径向混流的塞流是料液理想流型，而料液的实际流动可以看成是轴向流与旋转流两者的结合。一般情况，料液在物料筒内的轴向流多为层流，而旋转流则可能是层流也可能是端流。轴向流动的雷诺数(Rer)和旋转流动的雷诺数(Rer)，各自描述流体方向的流动状态。

当轴向流与旋转流均呈层流流动时，其流型总体上呈螺旋状向前运动，料液轴向流速的分布在不同半径处各不相同，而径向的混流有限，其分布规律与料液的径向粘度有关(见图2A)。当轴向流动仍为层流而旋转流呈揭流时，其流型为由旋转流构成的旋涡并在轴向层流推动下沿轴向呈螺旋状缓慢地推进。这些旋妈将随旋转流的雷诺数不断提高面逐渐变得无规则流动，旋涡造成料液的径向与轴向混合，混合效应取决于轴向混合强度与轴向流速的比值。(见图2B)。

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