5. 2热量衡算过程说明
换热器的传热计算主要有两类:一类是设计计算，即根据生产要求的热负荷，确定换书
器的传热面积;另一类是校核计算，即计算所给换热器的传热量、流体的流量或温度等。 两者以换热器的热量衡算和传热速率方程为计算基础。 5. 2. 1热量衡算
对板式换热器作能量衡算，以小时为基准。因无外功加入，且位能和动能均可略。司
实质上为烩衡算。
假设换热器绝热良好，热损失可以忽略时，则单位时间内热流体放出的热量等于冷沂
体吸收热量，即:
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该式为总传热速率方程式，也是总传热系数的定义式，表明了总传热系数在数值上等于
单位温度差下的热通量。 5.2.3平均温度差
在一般情况下，冷热流体在稳定换热的设备内分别在间壁两侧沿着传热面进行吸热和
放热，因此流体的温度沿传热面要发生逐渐变化，则传热面两侧的局部传热温差也是沿着
传热面而变化的，故为了积分式的总传热速率方程，用平均温度差来代替局部温差。且作
以下假设:①导热为稳定导热;③两流体的比热容为常数;⑦总传热系数K为常数;④忽 略热损失。
5. 2. 3. 1恒温传热时的平均温差
换热器的间壁两侧流体均有相变化，成为恒温传热。在恒温传热中，冷热流体的温度
均不沿管长变化，两者间的温度差处处相等，即△t=T-t则:
Q=KS (T-t) =KSOt 5. 2. 3. 2变温传热下的平均温差
变温传热时，若两流体相互的流向不同，则对温差的影响也不同。在换热器中，若两
流体以相反的方向流动，称为逆流;以相同的方向流动称为并流。温差沿管长而变化的， 可导出计算平均温差的的通式为:
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5. 3热交换设备类型确定
在乳制品加工过程中，常用的热交换设备有管式热交换器、板式热交换器及刮板式热
交换器等。本文选择板式热交换器，这是由板式热交换器的结构和独特的优点确定的。 板式热交换器是由许多不锈钢薄片重叠压紧而成的热交换器，与之配套的主要工作部
件有温度调节系统与自动记录仪、乳泵和热水泵等。热交换器主体部分是由许多具有花纹
的热交换片依次重叠在框架上压紧而成，加热(或冷却)介质与料液在相邻两片间流动，通
过金属片进行热交换，金属片面积大，流动的液层又薄，热效果很好，其结构如图5-3所
不。 换热片用lmm厚的不锈钢板由水压机冲压成型，板片悬挂于导杆上，前端有压紧板，
压紧螺杆可使压紧板与各传热片叠合在一起。片与片之间在片的四周用橡胶垫圈保证密
封，并使两片间有一定空隙，垫圈的厚度决定了两片之间流体通道大小。每片的四角各有
1个孔。借垫圈的密封作用，4个孔中有两个孔可与金属片一侧的流道相通，另两个孔则
与金属片另一侧的流道相通。冷热两流体就在薄片的两边交替流动进行热交换。拆卸时，
只需转动压紧螺杆，使压紧板及换热片沿着导杆滑动松开，清洗、拆装都很方便。 板式热交换器的特点是有较高的传热效率。由于两片之间空隙小，使冷热两流体都有
很高的流速，在传热片面上，又因冲压成凹凸沟纹使速度大小和方向不断地突然改变，流
体通过时，能形成湍流状态，能有效地破坏边界层，减薄边界层的热阻，故提高了传热系数K值。结构紧凑，占地面积小。较小的工作体积内，可容纳较多的传热面积，这是板式
热交换器最突出的优点之一。有较大的适应性，当生产上要求改变工艺条件和生产能力时，
只需增减传热片的片数，改变片的组合，即能满足生产要求。因设备各部件拆卸装备简单，
故便于清洗，保持良好的卫生条件。操作安全，完全在密闭的条件下操作，物料不与空气
接触，防止污染，从结构上保证两种液体不致相混，在热交换段，原料乳处于负压下，
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保
证它不会混入正压下的杀菌乳内，万一发生泄漏事故，结构上也保证易被发现，及时得到
调整。热量利用率高，数种流体可在同一套设备中进行热交换，即在同一套设备内可进行
加热和冷却，便于热量的回收，既节约设备投资，又可节约蒸汽与冷却水。能自动调节，
连续生产。
采用处理能力为5000L/h的板式热交换器，牛乳密度为1020 kg/ m3，比热容3. 95kJ/ (kg.
℃)，局部总传热系数K值取5000W/ (m2.℃)。通过热交换使冷乳从5℃它预热到70 0C。
则:
5. 4原料乳冷却阶段热量计算
将乳冷却是获得优质原料乳的必要前提。刚挤下来的乳，温度约36 0C，一般要冷却到
4℃左右。现将原料乳冷却阶段的热量变化计算如下: Q=V X p X c X△t
=5000 X 1020 X 3. 95 X 32/1000 =644640kJ/h 5. 5预热·均质、超高温灭菌阶段热量计算
相同处理能力板式热交换器(5000L/h)用于乳的热处理，但是设备装有单效蒸发器， 可将乳浓缩到所需要的固体含量(见工艺流程图5-4) o 其温度变化如下:
(1)通过热交换使进入的冷乳从5℃它预热到70 0C，即利用蒸发器冷凝水的能量; (2)接着用热水将70℃的乳继续加热到90 0C，进入蒸发器(为了得到所需要的乳固体
含量，使乳在蒸发器内部循环，乳在换热器的加热段流速为19000L/h);
(3)浓缩乳于75℃离开蒸发器，进行均质，然后通过热交换使其加热到121 0C，即利
用加热过的乳的能量;
(4)用热水将将121℃的浓缩乳加热到1350C;
(5)通过热交换器使加热过的乳从135℃冷却到90 0C，即将能量传到75℃的浓缩乳中;
(6)然后用冷水使乳从90℃冷却到20-300C，灌装。
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该方式热回收百分率的计算复杂。最简单的方法是用热交换所得到的热量除以总的热
负荷，再乘以100，即得热回收百分率。计算如下:
(1) 5-700C(热交换):得到的热量为65 X 5700 X 3. 95 X 1. 02=1492744. 5kJ/h (2) 70-90 0C(热水):热负荷为20 X 19700 X 3. 95 X 1. 02 =1587426kJ/h
(3) 75-121 0C(热交换):得到的热量为46 X 5000 X 3. 95 X 1. 02=926670kJ/h (4) 121-135 0C(热水):热负荷为14 X 5000 X 3. 95 X 1. 02=282030kJ/h
因此总的热负荷为:1492744. 5十1587426十926670十282030=4288870.5 kJ/h 通过热交换得到的热量为:1492744. 5十926670=2419414.5 kJ/h 热回收百分率为:(2419414. 5/4288870. 5 ) X 100 } = 56. 41 5. 6小结
(1)根据不同热交换器传热面积、传热效率等特点，选择板式热交换器作为冷却、 加热和杀菌设备;
(2)用选定板式热交换器对原料乳冷却过程热量变化进行初步计算，其热量变化为
644640kJ/h;
(3)通过该板式热交换器对乳制品预热、均质、超高温灭菌等加工阶段进行热量衡
算，其热回收百分率为56. 41 % ;
(4)该板式热交换器的选择合理，符合本厂的生产的实际情况，具有传热面积大、 传热快、热回收率高等特点。
第六章主要设备选型
设备选型应符合工艺要求，它的依据是物料衡算。设备选型的好坏是保证产品质量的
关键，体现生产水平的标准，它为动力配电、水、汽用量计算提供依据。对于生产中关键
设备除按实际生产能力所需的台数配备外，还应考虑备用设备。若几种产品都需要的
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