Общие сведения о теплообменных аппаратах.

В пищевых производствах повсеместно применяют тепловую обработку сырья, полуфабрикатов, готовой продукции. Тепловая обработка осуществляется в теплообменных аппаратах и предполагает бактерицидное воздействие на продукт с дальнейшим доведением его до пищевой готовности. Нагревание – комплекс процессов обработки пищевого сырья, полуфабрикатов, продуктов теплом. К нагреванию относят следующие частные процессы: варку, шпарку, обжарку, пастеризацию, стерилизацию. Для проведения процессов тепловой обработки используют различные греющие теплоносители: водяной насыщенный пар, горячую воду и некоторые другие среды. Важнейшее требование к теплоносителям высокое значение энтальпии. В большинстве случаев непосредственный контакт греющего теплоносителя и нагреваемого продукта недопустим, поэтому между ними должна быть металлическая поверхность раздела. Таким образом, теплообменный аппарат (теплообменник) принципиально состоит из двух камер (для нагреваемого продукта и греющего теплоносителя), разделенных стальной стенкой. Конфигурация стенки зависит от конструкции данного теплообменника и может быть цилиндрической, полусферической, эллиптической, плоской.

При выборе типа и конструкции теплообменника учитывают следующие факторы:

1. природу нагреваемой или охлаждаемой среды (продукта);

2. периодичность работы аппарата;

3. характер греющего теплоносителя;

4. химическую агрессивность теплоносителей по отношению к конструкционному материалу;

5. тепловые деформации различных частей теплообменника;

6. конструктивное совершенство: простоту устройства, малые вес и габариты размеры, технологичность конструкции, высокий КПД.

Используют следующие основные конструктивные схемы теплообменников: элементные, рубашечные, трубчатые, пластинчатые, змеевиковые и некоторые другие.

Классическим примером поверхностного теплообменного аппарата является трубчатый (кожухотрубный теплообменник), схема которого представлена на рисунке 1. Простейшим представителем является одноходовой трубчатый теплообменный аппарат, в котором один из теплоносителей поступает сразу во все трубы, проходит по ним вдоль аппарата один раз и выходит, т.е. делает в аппарате один ход.

Рисунок 1. Теплообменный аппарат с рубашкой

(днище - коническое; крышка –эллиптическая с отбортовкой)

В производстве в основном используют многоходовые трубчатые аппараты теплообменники, которые отличаются от однохордовых высокой интенсивностью теплопередачи, большей производительностью и компактностью. В таких теплообменниках поток среды многократно циркулирует в контуре аппарата.

Наиболее эффективными и распространенными в пищевой промышленности являются пластинчатые теплообменники. Поверхность теплопередачи в них представляют собой плотно и компактно соединенные в пакет штампованные пластины. Через каждую пластину происходит процесс теплопередачи от греющей среды к нагреваемому продукту. Пластинчатые теплообменники применяют, в частности, для пастеризации молока, сливок, соков, различных напитков и других жидких продуктов.

Простейший теплообменник должен иметь не менее трех пластин, образующих два канала, по одному из которых движется горячая рабочая среда, а по другому – холодная (рисунок 2).

Рис. 1.2 Простейший теплообменник

При тепловой обработке многих рабочих сред на теплопередающих стенках остаются различные отложения, которые препятствуют процессу теплопередачи. Кроме того, при тепловой обработке термически нестойких продуктов на стенках образуется пригар. В этих случаях необходимо часто разбивать аппарат для очистки поверхности теплообмена от слоя пригара, осадка или остатков продукта под надежным визуальным контролем.