第二章食品加工设备(1)

第二章食品加工设备第一节原料与食品热处理设备原料与食品热处理设备可分为二大类：液体类与固体类。原料与食品热处理的目的：a)灭酶；b)杀菌；c)方便其它工序，如蔬菜干制前的热烫。罐头排气与杀菌设备设备干制食品干燥蒸发浓缩设备食品热处理设备加工设备热食品)()(1）液体物料处理设备1.1液体食品热处理设备要求：a)设备传热系数大；b)热利用率高；c)操作方便；d)结构紧凑；e)符合食品卫生要求，易清洗。1.2批量式有圆筒式杀菌缸、蛇管式杀菌缸。食品以一缸缸地进行杀菌。圆筒式杀菌缸：圆筒型夹层的加热蒸气与液体食品进行热交换。圆筒形立式缸体，缸壁为夹层；保温层用硅酸铝、硅藻士等绝热介质填充。用于杀菌或冷却。蛇管式杀菌缸：加热蒸气走管内（管程），通过管壁进行间接热交换。蛇管作用：加热物料，旋转搅拌。热水或蒸气通过轴心进入蛇管。因蛇管距离长，散热面积大，加上转轴的旋转，使物料受热均匀。热水由轴的另一端流出。动画1.3连续式液体热处理设备1.3.1套管式加热器套管式加热器可用于果汁、牛奶的巴氏杀菌。Double-pipeheatexchanger：动画由数根直径不等的管同心配置组成，形成环形通道，产品和介质被包围在有高热效的紧凑空间内，呈薄层流动，传热系数大。套管式系统TubeinTubeSystems1.3.1列管式加热器(1)固定管板式换热器(2)带补偿圈的固定管板式换热器(3)浮头式换热器(4)U型管式换热器外壳管内部设置有数根加热管构成的管束，每一管组的加热管数量及直径可变化。折流挡板作用：防止流体短路、增加流体流速；使流体按规定路径多次错流通过管束，湍动程度大大增加1.3.2.板式换热器1)结构传热片支架压紧板进出口管件支架，压板上可以开柄槽，开孔，可以接装进出口管件，或改变流体的流向开孔厚板（保温板，中间进液板）多段式的热交换器中，在压紧板与支架板之间，紧固件,有单螺杆；四螺杆等。其工作单元为不锈钢板，加热介质与物料热交换是通过间壁（不锈钢板）完成。不锈钢板表面上有凹凸花纹，从而增大传热面积及产生湍流。动画(1)传热片A）长宽=(34)1；B）片厚0.52mm；C）片间距36mm；D）片纹：常见的有三种传热片的波纹平行波纹交叉波纹半球形（网流板）平行波纹板36mm，流速：0.30.8m/s；交叉波纹波纹与水平方向成一定角度，相邻两板的波纹方向相反；其传热效率高于平行板一倍左右。半球形(网流板)板上为半球形凸起，相邻两板的半球形凸起互相错开；板间距一般为68mm。这种板适用于粘性略大的流体。(2)垫圈主要作用，利用其与传热板的组合，构成流体流动的通道，作薄层流动通道。A）有耐热限，会老化：有规定的使用寿命；B）热胀冷缩：有规定的伸缩率要求；C）角孔垫圈与框垫圈：有分开的，也有连在一起的。一体化的角垫圈与框垫圈片式热交换器的角垫圈与框垫圈2)板式换热器的特点传热效率高；流体在板间的线速度~0.5m/s，Re~5000，传热膜系数~5800W/m2K。故适用于热敏物料快速加热和冷却。结构紧凑；单位体积内可提供传热面积501500m2/m3操作灵活；密封周边长；较不耐高压；压力损失较大。板式换热器的操作灵活性根据需要，可在同一台设备上，方便地分段组合►完成不同的（预热，加热，冷却和热量回收►等）操作、任意增减板片数目►以满足生产要求，同时拆卸装配简单易行，且便于清洗；段内流程：设计1，设计2，设计3片式换热器的加热冷却组合带余热回收的杀菌工艺流程可方便的增减换热片换热片并联组合换热片串联组合换热片并串联组合2.3板式换热器的应用特点：a)物料以薄膜状在板间流动，传热系数高；b)密封胶圈使用寿命较短。1.4具体能提高热利用率的流程用简单板式热交换器只用20%~30%热量，为了提高热利用率，采用回收余热方法。ⓐLTLT（巴氏）：61C~63C30min72C~75C10~15minⓑHTST:85C~90C15~16SⓒUHT:120C~140C1~2S1.4.1片式杀菌流程（HTST或UHT）高温短时巴氏杀菌流程工作过程：用奶泵将牛奶送到热回收段，使5℃的牛奶与杀菌后的奶进行热交换而被预热到60℃左右。杀菌后的奶被冷却。经热交换而得到预热的牛奶，通过过滤器，进入加热杀菌段，由蒸汽或热水加热到杀菌温度85℃。杀菌后的牛奶经保温约15~16秒，然后流到分流阀，其作用是控制杀菌牛奶是否达到杀菌温度85℃。如到85℃，则分流阀会自动将杀菌后牛奶送至热回收段，如未到85℃，则分流阀也会自动将奶送回平衡槽。杀菌后奶经热回收段后，温度降低到20~25℃左右，再经冷水冷却段，温度降至10℃左右，再经冰水冷却，使温度进一步降至5℃左右，作为消毒牛奶流出。1.4.2环形套管式UHT(P323崔建云)超高温瞬时杀菌流程:(1)间接加热超高温短时杀菌流程分成预热、第一加热段、高温筒、冷却段。其中预热、第一加热段是利用已杀菌的达到135°C的物料进行热交换达到的。在预热段与第一加热段间加入均质机，物料加热后进行均质可以使微颗粒软化，提高均质效果。(2)直接加热超高温短时杀菌流程杀菌原理：把预热后的物料，送入利用文丘管原理制成的蒸汽喷射器，蒸汽与物料在喷射器中直接混合，在1s内将物料提升到140°C，通过保持器保温3~4s，送入真空室。加热后采用真空室的目的：a)排除蒸汽冷凝后，物料所增加的水份；b)去除异臭。物料预热目的：直接加热不需考虑热阻影响传热效率的问题，但需对物料预热，避免发生空穴现象。上面所介绍液体加热设备为连续式的。但对液体加热也可以为间歇式的，用锅煮物料就是间歇式液体加热例子。2）固体物料热处理设备2.1固体物料热处理设备分类螺旋式物料热处理设备带式物料热处理设备连续式加热缸夹层锅二层锅间歇式固体物料热处理设备)(2.2间歇式固体物料热处理设备2.2.1二重锅工作原理：在夹层中通入一定压力的蒸汽，蒸汽通过内层金属与锅中液体进行热交换，再由加热后的液体对流、固体内的热传导对固体加热。二重锅内外层受力特点：内层受外压，可承受压力多少取决于材料的钢度；外层受内压，可承受压力多少取决于材料的断裂强度。动画固定式夹层锅可倾式夹层锅可倾式夹层锅内壁是一个半球形与圆柱形壳体焊接而成的容器，外壁是半球形壳体，用普通钢板制成。内外壁用焊接法焊成，以防漏汽。因加热室要承受0.4Mpa的压力，故其焊缝应有足够的强度。带搅拌器的夹层锅当锅的容积大于500L或用作加热粘稠性物料时，这种夹层锅常带有搅拌器，搅拌器的叶片有浆式和锚式等，转速一般为10~20r/min。夹层锅相关计算：a)生产能力:其中:q—每次煮料量；i—操作一次周期。b)热量衡算：实际工程计算/qG漏蒸发周介设备物料总QQQQQQ%)30~%20()(设备物料设备物料总QQQQQQ物料—加热物料所需热量；Q设备—加热设备本身所需热量；Q周介—对流和辐射在周围介质的热量消耗；Q蒸发—锅内液体表面蒸发的热量消耗；Q漏—因设备不密闭而泄漏的热量消耗。夹层锅外层壁厚计算：球状外层强度计算：圆筒状外层强度计算：其中：[]—外壁材料许用拉伸强度（kgf/mm2)；[]=/(4~5)，—外壁材料拉伸强度（kgf/mm2)；P—蒸汽工作压力（表压）（大气压）；R—球体平均半径（mm)；D—圆筒平均直径（mm)；C—补强系数（mm)(当上述公式第一项的值大于5mm时，C取3mm；当上述公式第一项的值小于5mm时,C取2mm)。CRPS200球CDPS200圆筒2.3连续式固体物料热处理设备2.3.1带式连续固体物料热处理设备带式连续固体物料热处理设备=带式输送机+水箱+蒸汽管结构:由水槽、蒸汽吹泡管、链带输送机和传动装置组成。水槽用4mm厚不锈钢板焊接而成；为减少刮板运行中的阻力，在刮板上适当钻些小孔，孔直径以不能通过原料为准。带式连续固体物料热处理设备的采用链轮带动。蒸汽管道上开有小孔，小孔总截面积应等于蒸汽管的截面积。一般地，小孔靠近进料口多些；靠出料口处少些，这主要因入料时物料温度低，能使物料温度迅速升高达到温度要求。带式连续固体物料热处理设备结构简单，不易损伤物料，多用于果蔬类的原料热处理。2.3.2螺旋式连续预煮机它主要用在组织不易烂的物料的热处理。其加热介质多为蒸汽，进、出料处应用鼓型阀密封。螺旋式连续固体物料热处理设备=螺旋输送机+加热蒸汽系统+密封槽。螺旋预煮机的主要结构：由壳体、筛筒、进料口、卸料装置和传动装置壳体内有筛网圆筒，螺旋位于筛筒里的中心轴线上，由不锈钢制成。落入料斗中的物料进到筛筒里，由于螺旋的旋转，把物料从进料口输送到出料转斗中卸出到斜槽，然后流送到冷却槽去。物料在筛网圆筒内受热而预煮。蒸汽从蒸汽管通过电磁阀分几路从壳体底部进入预煮机中直接加热水。溢流出的水用泵和管路系统送到贮存槽中，再回到预煮机中去使用。调节螺旋转速可得到不同的预煮时间。出料转斗：为卸料机构，可在保证水位不变的情况下将物料连贯排出。转斗上装有斗板，斗板数有6个或12个；转斗与中心轴线相连，故其转速与螺旋转速相同。转斗旋转，将物料捞到斗板中，斗板转至最高位置时将物料倾出。转斗的输送能力要稍大于螺旋的输送能力，才能保证物料不会积压在预煮机中。LYJ系列连续预煮机适用于外形较小或经过破碎后果蔬的连续预煮从而达到灭菌、软化等目的；全不锈钢结构，螺旋送料，设有安全保温层；水浴式连续蒸煮，物料由特制翻斗刮出；预煮温度：≤100℃；第二节蒸发浓缩设备(P357-378)1）概述牛奶、果蔬汁加工生产，常见有浓缩设备。浓缩的目的：a)减少体积，方便运输与贮藏；b)方便以后加工。浓缩方法有：蒸发浓缩、冷冻浓缩、电渗析、反渗透等。浓缩过程是溶质与溶剂均匀混合液的部分分离过程。蒸发浓缩是利用溶剂与溶质挥发度差异，从而获得一个有利的汽液平衡条件，达到分离。蒸发浓缩是食品工业应用广泛。而冷冻浓缩、电渗析、反渗透尚未在食品工厂中应用。在真空条件下进行蒸发浓缩是食品工厂最常用方法。此法有如下优点：a)加热蒸汽与沸腾液体间的温差可以加大；b)由于溶液沸点较低，对食品溶液浓缩有利。真空蒸发浓缩设备分类带热泵多效单效按热利用来分强制循环自然循环循环单流按物料流动方式分膜式循环式按设备结构来分2.1循环式2.1.1中央循环管式结构：分离室或蒸发室加热室上管板下管板沸腾管中央循环管折流挡板加热面积比所有沸腾管的总表面积小，占40%防止流体短路、增加流体流速；使流体按规定路径多次错流通过管束，湍动程度大大增加应有足够的高度和空间间，防止二次蒸汽夹带大量的液滴。原理：一定量溶液在中央循环管内所受的热量比沸腾管内所受的热量要小，根据热流体密度比冷流体密度小的规律（热流体向上运动，冷流体向下运动），可知中央循环管内溶液为向下运动，沸腾管内溶液为向上运动。溶液在设备中不断地作自然循环，溶液水分以二次蒸汽形式逸出。适用范围：对粘度大、热敏物料不适宜。特点：自然循环，溶液循环好，传热效率高，循环速度为0.4-0.5m/s动画2.1.2盘管式蒸发浓缩设备结构：上部为分离室。下部为加热室，内有3~5组盘管，管内通蒸汽。每个盘管均有独立的蒸气阀门，方便温度的控制。原理：与中央循环管式相似。适用范围：适合于粘度较高的炼奶生产。动画2.1.3夹套式蒸发浓缩设备动画分离室加热室夹套:通蒸汽加热搅拌器：不断对物料搅拌，以强化流动，提高浓缩的效果。适用范围：适用于易结晶溶液浓缩，或酱类浓缩。结构与原理2.1.4强制循环蒸发浓缩设备与标准式相比，为分体结构，即将列管式加热器与分离室分开，通过料液循环泵及管道联结。动画列管式加热器用蒸汽间壁加热物料分离室二次蒸汽与料液分离。二次蒸汽从分离室顶部排除，料液由底部重新出入循环泵，进入下一个循过程。特点：1.可调节循环速度；2.适合粘度大的料液3.可改善分离雾沫条件；4.使几