Теплообменники для пастеризации

Пастеризационные теплообменники представляют собой разборные пластинчатые устройства. В них молоко, сливки, сок, пиво, квас, сироп либо иная жидкая среда сначала нагревается до температуры выдержки, а потом охлаждается перед розливом или подачей в танк. Отопительные аналоги отличаются исполнением продуктовой стороны: гладкие каналы без застойных участков, уплотнения с пищевым допуском, мойка без разборки и предсказуемая температура на выходе. Здесь представлены рамы различных типоразмеров — от малогабаритных для небольшого цеха до крупных многоходовых систем и испарительных секций охлаждения в линии.

Подбор теплообменника для пастеризации

Пластинчатое оборудование нельзя выбрать только «по названию модели» — у него нет единственной паспортной мощности. Площадь поверхности, гидравлическое сопротивление и стоимость определяются количеством установленных пластин. По этой причине расчёт стартует не с позиции в каталоге, а с исходных параметров по обеим сторонам устройства.

Для расчёта аппарата под конкретную линию инженеру потребуются такие данные:

• Тепловая нагрузка — выражается в кВт либо Гкал/ч. При отсутствии нагрузки её определяют исходя из производительности линии по продукту и перепада температур на продуктовой стороне.
• Расходы в обоих контурах — м³/ч раздельно для продукта и для греющей или охлаждающей среды. Данных только по одной стороне недостаточно: без второй не вычислить перепад температур на греющем контуре и скорость потоков в каналах.
• График температур на входе и выходе для обеих сторон — четыре значения: продукт поступает холодным и должен покинуть аппарат с температурой выдержки, греющая вода входит с одной температурой, а выходит с другой. По разнице графиков рассчитывается средний температурный напор, от которого зависит необходимая площадь.
• Давление рабочее и расчётное — в барах для каждого контура, а также давление опрессовки. Эти параметры определяют толщину пластины, вид рамы и количество стяжных шпилек.
• Среды с обеих сторон — тип продукта (молоко, обрат, сливки, сок с мякотью, пивное сусло, сироп), источник нагрева (пар, перегретая вода) и способ охлаждения (артезианская или ледяная вода, пропиленгликоль, хладагент).
• Предел потери давления — какую величину в барах способен обеспечить насос на аппарате. Нередко именно этот лимит, а не площадь, задаёт окончательный типоразмер.
• Требования по пищевому исполнению — требуется ли полировка пластин, какие документы запрашивает служба качества, заложена ли мойка без разборки и с использованием каких растворов.

Почему без этих сведений расчёт невозможен: площадь поверхности определяется нагрузкой, среднелогарифмическим температурным напором и коэффициентом теплопередачи. Сам коэффициент зависит от скорости сред в каналах, то есть от расходов, вязкости и типа гофрирования пластины. Если убрать любую величину, уравнение теряет однозначность: при одной и той же нагрузке можно собрать как короткий аппарат с высоким сопротивлением, так и длинный с низким, а стоимость будет различаться кратно.

Для пастеризации отдельно принимают во внимание три момента. Режим термообработки: продолжительный при сравнительно невысокой температуре и длительной выдержке или кратковременный при более высокой температуре и выдержке в секундах — от этого зависят и график, и устройство секции выдержки. Рекуперация: когда продукт после выдержки отдаёт тепло входящему холодному потоку, аппарат разделяют на секции, и рекуперативная обычно становится самой большой по площади. Запас на загрязнение: продуктовая сторона покрывается пригаром быстрее водяного контура, поэтому в расчёт вводят коэффициент загрязнения, иначе аппарат потеряет температуру уже через несколько смен.

Модели и диапазоны цен

Далее перечислены позиции, реально присутствующие в разделе, с разбивкой по типоразмеру и стоимости. Мы сознательно не указываем киловатты рядом с моделью: мощность определяется не названием рамы, а количеством набранных пластин, типом гофрирования и температурным графиком. Логика подбора обратная — сначала расчётом находят нужную площадь и допустимую потерю давления, затем выбирают раму подходящего типоразмера, и лишь после этого определяется цена. Столбец «Ориентир цены» — начальная стоимость позиции, от которой ведётся расчёт конкретной сборки.

Стоимость в таблице указана ориентировочно и предназначена для сопоставления позиций. Итоговая цена зависит от количества пластин, марки стали, материала уплотнений, исполнения рамы и присоединений, теплоизоляции и опорной конструкции: разница между «пустой» рамой и полностью укомплектованным аппаратом может быть двукратной. Точную цену инженер рассчитывает под конкретную задачу — после получения нагрузки, расходов, температур, давления и сред.

Материалы и исполнения

При подборе материала смотрят на два фактора: с какой средой контактирует пластина и какая температура поддерживается в секции. Различное исполнение продуктовой стороны и стороны теплоносителя бывает лишь в специальных конструкциях, поэтому пакет обычно берут по наиболее жёсткому условию. Уплотнение — вторая по расходности позиция после пластин, и нередко именно от него зависит максимальная температура аппарата.

На практике действуют так: вначале выбирают уплотнение по среде и максимальной температуре секции, далее — марку стали пластин с учётом коррозионной нагрузки, и лишь после этого рассчитывают площадь. Если пойти в обратном порядке, подобранный аппарат придётся переделывать под другой материал — это иные стоимость и сроки. Для линий с безразборной мойкой дополнительно сверяют, совместимо ли уплотнение с концентрацией и температурой растворов: щелочная и кислотная стадии часто оказываются жёстче рабочего режима.

Типичные ошибки подбора

1. Выбор только по значению нагрузки, без температурных графиков. Запрос «нужен аппарат на такую-то мощность» не имеет однозначного ответа: при одной нагрузке, но разном напоре площадь аппаратов может различаться в несколько раз. В результате либо приобретается избыточная поверхность, либо оборудование не достигает нужной температуры: четыре температуры вход/выход нужны так же обязательно, как и сама нагрузка.
2. Отсутствие запаса на загрязнение со стороны продукта. Если считать «по идеалу» на чистых пластинах, в первый день результат будет отличным, а через две недели появится проблема. На молочных и сахаросодержащих средах отложения нарастают быстро, и без коэффициента загрязнения аппарат перестаёт выдерживать температуру на выходе. Резерв площади и схема мойки входят в расчёт, а не являются дополнительной опцией.
3. Пренебрежение ограничением по потере давления. Повысить теплосъём можно за счёт ускорения среды в каналах, однако насос линии ограничен по возможностям. Если аппарат рассчитан без учёта гидравлики, расход окажется недостаточным, и линия не достигнет нужной производительности. Допустимый перепад давления задают заранее, одновременно с расходами.
4. Неправильный материал уплотнений для среды и мойки. Чаще всего течи в первые месяцы возникают из-за уплотнения, выбранного по рабочей температуре, но не проверенного на режим мойки или состав среды. Особенно рискованна подмена при плановой замене комплекта: с виду уплотнения одинаковы, но ведут себя в среде по-разному. Материал указывают в спецификации и проверяют при каждой закупке.
5. Замена оборудования «по названию», без проверки габаритов. Одинаковое обозначение модели ещё не значит, что новая рама подойдёт к существующим опорам и патрубкам. Перед заменой проверяют длину рамы, межосевые расстояния, диаметры и тип присоединений, а также сторону подвода сред. В противном случае к стоимости аппарата добавятся переделка обвязки и остановка линии.

Частые вопросы

Почему в карточках не указана мощность в кВт?

У разборного аппарата мощность определяется не моделью, а конкретной сборкой: на одну и ту же раму можно установить разное количество пластин, и при разных температурных графиках теплосъём отличается в разы. Указывать кВт рядом с названием было бы некорректно, поэтому мощность отражают в расчётном листе для данной сборки.

Что нужно предоставить для расчёта и стоимости?

Тепловую нагрузку в кВт либо Гкал/ч, расходы по двум контурам в м³/ч, четыре температуры — вход и выход со стороны продукта и со стороны греющей или охлаждающей среды, рабочее давление и наименования сред. Дополнительно стоит указать ограничение по потере давления и требования службы качества к исполнению. При замене работающего аппарата приложите его обозначение и габариты обвязки.

В чём отличие пастеризационного аппарата от обычного пластинчатого?

Принцип теплопередачи остаётся тем же, а отличия касаются продуктовой стороны: гладкая проточная часть, отсутствие застойных зон, уплотнения с пищевым допуском, устойчивость к безразборной мойке. Кроме того, схема, как правило, многосекционная — рекуперация, нагрев, выдержка, охлаждение.

Возможно ли объединить нагрев, рекуперацию и охлаждение в одном аппарате?

Да, многосекционная компоновка на общей раме — рабочее решение: секции отделяются промежуточными плитами, а продукт проходит через них поочерёдно. Такая схема экономит место и энергию благодаря рекуперации, но усложняет расчёт и обвязку. В отдельных случаях два самостоятельных аппарата обходятся дешевле и проще в обслуживании — выбор делают по графикам.

С какой периодичностью требуется мойка и что она обеспечивает?

Частота мойки определяется продуктом и режимом: чем выше температура и больше белка или сахара, тем быстрее образуются отложения. Безразборная мойка восстанавливает коэффициент теплопередачи до расчётного, и аппарат вновь выдерживает температуру на выходе без увеличения расхода греющей среды. Если мойка перестала помогать, пора разбирать аппарат и проводить ревизию пакета.

Что предпринять, если аппарат больше не выходит на температуру?

Вначале контролируют расходы и температуры на входах: нередко причина не в аппарате, а в снизившемся расходе греющей среды или изменённом графике. Далее по увеличению перепада давления оценивают загрязнение и выполняют мойку. Если после мойки параметры не восстановились, пакет разбирают: возможны деформация пластин, износ уплотнений, перетечки между контурами.

Возможно ли подобрать замену позиции, которая снята с поставки?

Как правило, да: подбор выполняют по расчётным параметрам и геометрии присоединений, а не по одинаковому обозначению. Потребуются нагрузка и графики, а также габариты существующей рамы — длина, межосевые расстояния, диаметры и тип патрубков. На их основе инженер предложит позицию с близкой площадью и подходящей гидравликой.