刮板式換熱器

刮板式換熱器是藉助刮板攪動料液並清潔傳熱面以加快傳熱效率的換熱器，刮板式換熱器不僅適合低粘度料液，尤其適合高粘度或含顆粒料液快速換熱。高粘度料液由於粘度大或流動慢，在超高溫殺菌處理 中，一般換熱器的傳熱面易生成焦化膜，採用刮板式換熱器最適合。在乳品、蕃茄醬、豆乳和果汁等無菌包裝食品生產中，常將數台刮板式換熱器串聯，槍送泵將料液建續通過換熱器進行預熱、殺菌和冷卻，然後無菌包裝。進行刮板式換熱器機械設計前，首先要對料液的物性、料液在換熱器內的流型、熱傳遞的特點作研究，並對傳熱係數、平均溫度差、流體阻力等進行計算。獲得結構設計所必需的設計參數，才能保證生產過程連續和處理工藝達到要求。

刮板式換熱器的結構

右圖為刮板換熱器的基本結構。它是一個多層圓筒體，圓筒體內裝有一刮板攪拌器，以強化料液的攪動不致焦化。換熱器由物料筒，加熱或冷卻介質的夾套、攪拌器和抽封組成。攪拌器的刮板用定位銷懸掛在攪拌軸上，軸高速轉動時，由於離心力和流體阻力使其與物料筒內壁面緊貼，連續刮掉與傳熱面接觸的料液復蓋膜，不斷地清潔傳熱面讓新的料液再與傳熱面接觸，從而提高熱傳導效率，加熱燕汽或冷卻水在夾套內流動，輸送泵將料液充滿併流過物料筒與攪拌軸間的環形通道，兩流體逆向流動並通過物料筒壁進行熱交換。料液在物料筒內流動的通道約佔物料簡截面積的20~40%。用於無菌包裝的刮板式換熱器，其軸封是個重要的部件，通常採用蒸汽或無菌水式軸封，防止軸轉動時料液受外界環境滲入而污染。

料掖在物料筒內的流型

料液通過物料筒時，在不同的軸向流速和攪拌速度作用下呈各種流型，它是研究刮板式換熱器換熱機理，料液溫度分佈和滯留時間及流體阻力等實際間題的基礎。

理論上，伴有徑向混流的塞流是料液理想流型，而料液的實際流動可以看成是軸向流與旋轉流兩者的結合。一般情況，料液在物料筒內的軸向流多為層流，而旋轉流則可能是層流也可能是端流。軸向流動的雷諾數(Rer)和旋轉流動的雷諾數(Rer)，各自描述流體方向的流動狀態。

當軸向流與旋轉流均呈層流流動時，其流型總體上呈螺旋狀向前運動，料液軸向流速的分佈在不同半徑處各不相同，而徑向的混流有限，其分佈規律與料液的徑向粘度有關(見圖2A)。當軸向流動仍為層流而旋轉流呈揭流時，其流型為由旋轉流構成的旋渦並在軸向層流推動下沿軸向呈螺旋狀緩慢地推進。這些旋媽將隨旋轉流的雷諾數不斷提高面逐漸變得無規則流動，旋渦造成料液的徑向與軸向混合，混合效應取決於軸向混合強度與軸向流速的比值。(見圖2B) 。