⑴传热系数高。 ⑵结构紧凑。
⑶组装灵活，适应性好，而且便于热能回收。 ⑷拆装方便，便于拆开清洗。 ⑸造价及运行生产成本低。
⑹压降较大，不适用于粘稠液料。 ⑺密封周边长，要求高。
（七十六）管式热交换器的构造及其功能是什么？超高温灭菌机常见故障及解决办法如何？ 管式热交换器有多流道和多管道两种结构形式。
1、 多流道管式热交换器（图3-76-1）包含数个同轴放置、直径不同的管子，通过O型环与端盖密封，并通过压紧螺栓安装成一个整体。
介质与产品以逆流的方式流过同心管的环形通道，最外侧的通道流过的是介质。波纹状构造的管子保证了产品与介质的紊流状态，可获得最高的传热效率。
可以使用这种类型的管式热交换器直接加热产品进行产品热回收。多流道管式热交换器 3、故障举例和分析
超高温灭菌机常见故障及解决办法： ⑴ UHT无法升高到所需的温度
① 供应到UHT的蒸汽压力没有达到系统的要求。若杀菌温度设定为140℃，那么，为能在生产中维持此温度，一般板式蒸汽热交换器前的蒸汽压力不应小于6Pa，周边供应的蒸汽压力应保持在7～8Pa以上。 ② 确认热水循环系统中的水是否充足，若热水系统中没有足够的热水，则热水系统压力将不能充分建立，导致热水气化，从而无法把产品加热到所需的温度。
③ 热水循环系统的流量没有达到系统的要求。热水携载着加热产品的能量，热水流量的大小决定着单位时间内系统输出加热能量的多少。若热水系统流量过小，则产品不能得到充分加热，产品温度将达不到要求。系统若出现这样的情况，可通过增加热水泵的频率来增加热水系统的输出，若热水泵没有变频调速，则可以通过增加热水系统节流阀的开度来增加热水流量，但要注意热水流量不能过大，否则会造成产品质变差、系统能量消耗增加、热水系统压力降低等问题。
④ 蒸汽冷凝水不能够顺利地从疏水器排出。蒸汽冷凝水若不能顺利排出，则蒸汽不能连续补入，系统将没有足够的能量加热产品。发生此种情况时，应检查疏水器的完好性和其冷凝水排放管路是否通畅。 ⑤ 蒸汽管路中蒸汽含水量过太高。由于在同样的温度和压力下，水-蒸汽混和物的加热能力远低于纯蒸汽的加热能力，故不能得到所需的热水温度。应确认蒸汽输送过程中产生的冷凝水在到达UHT之前已经除去。
⑥ 温度控制器所设定的参数不合理。UHT加热过程采用PID控制，PID参数如果设定不合理会使升温过程极其缓慢甚至根本达不到设定的温度。此外，另有其它温度控制器参数也将影响到升温过程。PID参数在调试完毕后即已确定，如因不慎触动参数，当联络厂家对参数予以恢复。
⑦ 产品循环系统没有足够的背压。加热到一定温度后，产品气化，其温度即不再上升。此时应及时升高产品循环系统的背压。发生此种情况通常是因为人为地改动了背压设定，或者是因为背压阀阀体、供气管路、相关气动元件发生压缩气泄漏而导致系统失去压力。
⑧ 热水循环系统中的压力不足，热水发生气化。热水循环系统为一个密闭系统，系统内的压力由两部分组成，一部分是对热水泵的输出进行节流，阻碍热水流动而产生压力，另一部分是引入热水系统的压缩气压力。因为生产中对应不同的产量需要不同的热水流量，而用节流球阀调节流量时会同时影响到热水泵所能打出的压力，所以，若在调节流量时系统压力下降，则不足的部分就要通过增加压缩气的压力来补足。在热水系统水量充足的情况下，系统压力如果不足，则应检查整个热水系统和压缩气加压系统有无泄漏点存在，如系统完好则应检查压缩气加压系统的压力设定是否合适。 ⑵ UHT杀菌温度低落
① 热水循环系统内压力不足，热水气化。生产过程中，随着生产的持续进行，超高温换热管壁将发生结垢现象，管壁结垢以后，换热效率下降，系统为维持杀菌温度会自动拉高热水的温度。如果持续生产的时间足够长，原来设定的热水系统压力就可能不足以维持热水不发生气化，导致杀菌温度逐渐低落。发生这种状况就需要重调热水系统压力或在起动设备之前就设定出一定的余量，或者为了防止结垢过于严重而中止生产。
② 产品管路内压力不足，产品气化。发生这种情况通常是背压调节阀失灵或背压系统发生压缩气泄漏，以及压缩气供应突然消失造成的。
③ 进入到超高温管内的产品温度突然降低，导致系统反应不及。UHT系统仅能适应有限的外界条件改变，如输入产品温度变化，蒸汽压力变化等，一但这些条件发生剧烈改变，系统原来的稳定状态将被破坏。如在生产刚起动的时候，产品进入系统将灭菌水顶出，若产品的温度比灭菌水低很多，则系统可能无法适应而导致杀菌温度低落。
④ 产品管内流体被旁通，系统无法建立起足够的压力。这种情况往往发生在充填机刚开始进料的时后，充填机进料使回流减少，若生产流量也设定较小，回流甚至会降至接近零，这时BPV2的作用会减小甚至失去，而产品系统的压力是由BPV1和BPV2共同产生的，失去BPV2的作用，完全依靠BPV1, 系统的压力就可能不足以维持产品在超高温下的液态。 ⑤ 蒸汽疏水器发生偶然堵塞
⑥ 蒸汽供应压力变化幅度超过系统准许值，致使PID无法调节，从而使温度动荡至掉落。
⑦ 热水系统的流量或产品系统的流量发生突变。UHT系统中，热水系统流量、产品系统流量、热水系统温度、产品系统温度都是紧密联系的，流量突变必然会导致温度的显著变动。生产中若需增加产量就必须增加系统流量，如果在增加产量时，没有采用逐渐提高均质机频率的方式而导致流量突变，系统就将因为无法适应而致温度低落。同样，在热水系统稳定运转时，若突然显著地改变热水泵频率，或大幅度开启热水回路上的节流球阀也会导致杀菌温度低落。
⑧ 产品温度控制系统发生异常。UHT的PLC接收来自管路上温度传感器的温度信号，将它与在人机界面上设定的杀菌下限温度进行比较，从而确认系统是否处于正确的温度状态。若操作中发现系统发生温度低落报警，而温度表指示的温度却正常，那么就需要确认温度信号的有效性。整个温度信号回路包括：PLC、温度记录器、温度控制器、温度传感器、和屏蔽信号电缆。需要确认这些部分工作正常。
⑨ 蒸汽系统比例调节阀系统异常。蒸汽比例阀根据温度控制器发出的控制信号调节蒸汽供应量的大小，从而维持系统的杀菌温度。如果温度控制器能够显示温度，但却不能控制温度，那么需要检查温控器、蒸汽比例阀、及期间的信号线、以及比例阀压缩气供应的状况 ⑶ 杀菌温度规律性动荡
① 热水系统内水量或建立的系统压力不足，造成热水气化。遇到此种情况可根据前述的措施去处理。 ② 外部条件有变化，通常是蒸汽压力发生变化。出现此种情况时，要及时使蒸汽压力回复到原状态，或者调整温控器参数使之适应新的外部条件。
③ 预热温度控制异常。预热温控调整预热段出口的温度，使产品能得到较好的均质效果。如果预热温控器的参数设置不合理或工作异常，则产品预热温度可能会出现波动，进而在进入超高温加热段后引发杀菌温度波动。
⑷ 杀菌温度无规律性波动
① 热水循环系统加压不够，泵进口处压力不足，生成大量气泡进入到循环热水中。 ② 热水系统泵进口处密封不严造成外部气体进入。 ⑸ UHT系统中的异常噪声。 ① 换热管内爆响
A、由于灭菌水在回流过程中冷却不足，回流的冷却水温度过高，或BPV2设定压力太小，使BPV2的压力不足以维持灭菌水液态，水气化产生噪声。
B、由于BPV1调定的压力太小，超高温段的水或者产品发生气化。
C、由于空气压缩机在生产中骤停，气源总管爆裂，人为误操作，压缩气泄漏等原因造成系统突然失压，产品或灭菌水气化产生噪声。
D、UHT工作过程中，按动了急停开关，系统全部停止，产品管路和热水循环管路中的产品和热水不再流动。蒸汽板式换热器中的残余蒸汽可以将静止的热水加热至很高的温度，若突破了现有压力可以维持的温度，蒸汽换热器局部的热水将强烈气化，产生爆响。
E、CIP过程中P1泵频率设定过小，无法为CIP增压泵提供足够的进料压力，造成气化现象产生噪声。 ② 系统中的“水锤”现象
A、液体的流路被突然关断，管路中的液体由于惯性，产生冲击作用。 B、均质机管路下游管路转向点太多，液体频繁对管壁产生冲击。 C、大功率泵启动
③ 均质机进口处压力不足，使液体气化。为避免这种情况的发生，应当为均质机上游的离心泵设定一个合适的工作频率，为均质机进口提供足够的进料压力
④ 平衡桶或水桶中的水被抽空，泵在没有产品或水供应的情况下空转，形成噪声。
⑤ 离心泵或均质机的电机或传动及其它运动部分发生故障。详见WCB离心泵常见故障与排故。也可制造成在单流道结构，即在两个同心通道之间仅设一条环状的产品通道。
2、多管道管式热交换器（图3-76-2）的结构与热交换原理都相似于传统的列管式热交换器，适用于高压、高温状况下的物料加工。产品流过一组平行的管束，介质围绕在管子的周围，通过管子和壳体上的螺旋波纹，产生紊流，实现有效的传热。
该交换器的传热面是一组平行的波纹管或是光滑管，焊接在管板的两端。这种设计可以通过旋开末端的螺栓，将产品管道从管壳中取出，便于检查。
活动头结构减缓了热膨胀的影响，还可将进行产品管束不同的组合，以适应不同的应用场合。
多管道管式热交换器也可制造为单管结构，它只有一个进口管允许粒经小于 50mm的颗粒物料通过。图3-76-3为 管式超高温灭菌机。
（七十七）真空浓缩设备的构造及其功能是什么？
乳品加工常用的真空蒸发设备： 1、真空蒸发设备流程的配置及特点 ⑴ 单效真空蒸发设备流程
由真空蒸发器、冷凝器及抽真空装置等组成。料液浓缩到规定浓度后，间歇或连续排出。所产生的二次蒸汽直接进入冷凝器冷凝或经加热蒸汽压缩混合后再作为加热蒸汽使用。其流程简单，蒸发强度（单位传热面的蒸发量）高，设备少且要求低，操作简单，但蒸汽消耗量大，适用于蒸发量较小的浓缩作业。
⑵ 多效真空浓缩设备流程
根据低压蒸发原理，在真空浓缩过程中可以利用二次蒸汽再加热比它温度低的料液，依此类推，即为双效、三效等多效真空浓缩。按蒸发浓缩系统中料液与二次蒸汽流向关系，多效真空蒸发设备流程基本类型有顺流法、逆流法和平流法三种。
顺流法：料液与蒸汽流动方向相同，料液由一效顺序到末效。蒸发器内压力依次递减，各效间可依靠压差供料；料温依次递减，出料温度低，能量利用合理；料液浓度的递增与温度递减造成料液的粘度逐渐升高，末效传热蒸发困难，往往需要较大的末效传热面积。
逆流法：料液与蒸汽流动方向相反，料液流向则由末效到一效排出。随料液向前效流动，料温和蒸发温度均越来越高，温差较稳定，有利于提高传热效率；料液浓度与料温的升高，使得料液粘度较稳定，有利于料液循环。各效间料液流动要用泵输送，同时高温高浓度的料液由高温生蒸汽加热易形成局部过热，造成结焦和营养成分损失。
平流法：料液平行向各效加入，各效蒸发器产品分别收集。二次蒸汽的热量能得到利用，各效的产品可根据浓缩取样分别掌握排放，缩短了料液持续受热时间，适用于易结晶料液，同时减少了各级间的料液泵送设备。各效间蒸发温度不同，产品质量不一致。 2、典型真空蒸发设备流程
⑴ 单效降膜式真空蒸发设备的构成如图3-77-1。所使用的蒸发器为一组合结构的降膜式长管蒸发器，其所有加热管束使用同一加热蒸汽，但管束内部分隔为加热面积大小不同的两部分，同时冷凝器设置于加热器外侧的夹套内，结构紧凑。设置有热压泵，用来将部分二次蒸汽压缩后作为加热蒸汽使用；同时，通过贮料筒内设置冷凝水管道及分离室内设置的夹套预热装置顺序对原料进行预热，回收了冷凝水和二次蒸汽的残留热量，提高了能量利用效率。
⑵ 顺流式双效真空降膜蒸发设备的构成如图3-77-2。一、二效蒸发器结构相同，内部除蒸发管束外，还设有预热盘管，杀菌器为列管结构。配有就地清洗装置。适用于牛乳、果汁等热敏料液的浓缩。
⑶ 混流式三效降膜真空蒸发设备构成如图3-77-3，全套设备包括三个降膜式蒸发器，其中第二效蒸发器为组合蒸发器。该套设备适用于牛乳等热敏性料液的浓缩，料液受热时间短，蒸发温度低，处理量大。
⑷ 混流式四效降膜真空蒸发设备（图3-77-4）用于牛乳的杀菌与浓缩，其中采用了多个蒸发器夹套内的预热器，并增设有闪蒸冷却器用于牛乳杀菌后的降温，二次蒸汽的冷凝采用效率较高的混合式冷凝器。
3、真空浓缩的特点
⑴ 真空浓缩可降低牛乳的沸点，有利于保持牛乳中原有的营养成分，提高乳粉的色、香、味。所以真空浓缩适用于热敏性物体的蒸发。
⑵ 原料乳在干燥之前，先经真空浓缩除去约70﹪～80﹪的水分，可减少加热蒸汽和动力的消耗，相应地提高干燥设备的能力，降低了成本。
喷雾干燥是利用加热空气（热风）对物料进行干燥，一般单效真空浓缩每蒸发一公斤水分需要消耗1.1～1.3公斤加热蒸气。若采用带热泵的双效降膜蒸发器只需消耗加热蒸气0.5～0.6公斤加热蒸气。随着效数的增加，蒸气耗量还可以相应减少。而在喷雾干燥室内每蒸发一公斤水分却需消耗2.5～3公斤蒸气。
⑶ 真空浓缩对乳粉颗粒的物理形状有显著影响。经浓缩的乳在喷雾干燥后，乳粉的颗粒较大，具有良好的分散性和冲调性，能迅速被水溶解。反之，如原料乳不经过浓缩直接喷雾干燥，颗粒较细，降低了冲调性，而且粉粒的色泽灰白，感官质量差。
⑷ 真空浓缩可以改善乳粉的保藏性。由于真空浓缩排除了乳中的空气，使粉粒内的气泡大为减少，从而降低了乳粉中脂肪被氧化的作用，增加了乳粉的保藏性。
⑸ 经浓缩后喷雾干燥的乳粉，颗粒较致密、坚实、密度较大，利于包装。 4、真空浓缩的原理和条件
在21～8Kpa减压状态下，采用间接蒸气加热方式，对牛乳进行加热，使其在低温条件下沸腾，乳中一部分水分汽化并不断地排除，使牛乳中干物质含量由12﹪提高到45﹪～50﹪，达到浓缩的目的。
真空浓缩必须在以下条件下进行：一是不断地供给热量；二是迅速地排除二次蒸气。 真空浓缩的工艺条件：
⑴ 浓缩的程度：一般浓缩至原体积的四分之一，浓乳固体含量达到45﹪～50﹪，而乳温约为50℃时，生产全脂乳粉时，浓乳的浓度一般为12～13°Be′；生产全脂加糖乳粉时，浓乳的浓度一般为14～16°Be′。
⑵ 浓缩的真空度和温度：
① 使用单效蒸发器时，一般应保持在17Kpa的压力，温度50～60℃，整个浓缩过程需40min. ② 使用带热泵的双效降膜蒸发器时，第一效应保持在31～40Kpa的压力，蒸发温度70℃；第二效应保持在15～16.5Kpa的压力，蒸发温度45～50℃。
③ 使用带热泵的三效降膜蒸发器时，第一效应保持在11.9Kpa的压力，蒸发温度70℃；第二效应保持在17.9Kpa的压力，蒸发温度57℃；第三效压力为9.5Kpa，蒸发温度44℃。 （七十八）喷雾干燥设备的构造及其功能是什么？
喷雾干燥利用雾化器将溶液、乳浊液、悬浮液或膏状料液分裂成细小雾状液滴，在其下落过程中，与热气体(空气、氮气或过热水蒸气)接触进行传热传质，瞬间将大部分水分除去而成为粉末状或颗粒状的产品。
喷雾干燥设备有压力式和离心式两种，我国采用压力式的较多。压力式喷雾干燥设备由空气过滤器、进风机、空气加热器、分风箱、喷雾器（喷嘴）、干燥室、布袋过滤器、排风机等组成。见图3-78-1。
1、喷雾干燥室：塔式干燥室常称为干燥塔，新型喷雾干燥设备几乎都用塔式结构
其特点：干燥塔塔体小，热损失少；热风呈柱状流动，雾滴下降过程中受热均匀，无过热现象，可提高成品质量，适用于热敏物料，同时可大幅度减少热风出口处的焦粉和塔壁粘粉现象；塔壁吹有冷风，减少了粘壁和焦粉现象；塔内设两段冷却器，简化了冷却装置。但空气进口多，流速流量调节困难
2、热风分配器：热风分配器应能够使热风均匀地与液滴接触，防止气流在塔内形成涡流，以避免或尽量减少粘壁现象，或迫使热风在塔内按需要作直线或螺旋线状流动。根据热风流入干燥塔内的轨迹，热风分配器有直流型和螺旋型。压力式喷雾干燥常采用直流型热风分配器形成的热风流动速度均匀，使得物料粘壁现象不易发生，但为保证足够的干燥时间，要求干燥塔高度较大。 3、雾化器
雾化器是喷雾干燥的关键部件，雾化后液滴的大小和均匀程度对喷雾干燥的产品质量有重要影响。雾滴平均直径一般为φ20~60μm，雾滴过大达不到干燥要求，过小则会过度干燥使产品变质。旋流式压力喷嘴（图3-78-2） 喷嘴内设有旋转室，液体在压力作用下经由旋转室导向形成旋转后喷出。旋流式压力喷嘴的喷嘴孔处料液流速高，为提高喷嘴的耐磨性能，一般采用镶嵌人工宝石的喷嘴孔，也可用碳化钨等耐磨材料制造。
4、后干燥、冷却设备：目前应用较多的后干燥/冷却设备为振动流化床（图3-78-3）。干燥空气通过一个特殊结构的孔板（图3-78-4），到达粉末处，其分布板的特点有：空气向下朝向板面；分布板的孔数少，孔径大；产品排空效果好。
5、布袋、旋风扑粉设备：当排除湿空气时，空气中夹带着微细奶粉颗粒，一般采用布袋或旋风分离器扑集细粉并回收。前者扑粉效率较高但需不断地敲打和清洗，而后者扑粉效率较低（98﹪～99﹪），但细粉可回至塔内或流化床中进行复聚。
6、喷雾干燥的机理和特点
⑴ 喷雾干燥的机理：借机械力量是浓缩分散为无数极细的的微粒，仿佛雾一样，以增大蒸发面积，所以一经与130～180℃或更高温度的新鲜空气相遇，乳的雾滴在0.01～0.04s的瞬间内失去水分而干燥成粉末状，积聚于干燥塔底部。另一方面，从溶液中蒸发的水分通过集尘装置，经排风机及排走。整个干燥过程仅需15～30s。
喷雾干燥过程分为恒速干燥和降速干燥两个阶段：
① 恒速干燥阶段：在此阶段，乳滴中绝大部分游离水分将蒸发出去，水分的蒸发是在乳滴表面发生的。蒸发速度由蒸汽穿过周围空气膜的扩散速度所决定。周围热空气与乳滴之间的温差是形成蒸发的“动力”。温差的高低则造成蒸发速度的大小，而乳滴温度可近似地等于周围热空气的湿球温度。这个阶段乳滴水分的扩散速度大于或等于蒸发速度。
②降速干燥阶段：当乳滴水分扩散速度不能使乳滴表面水分保持饱和状态时，干燥即进入降速阶段，水分蒸发发生在乳滴微粒内部某一界面上，乳滴中的结合水部分被除掉，乳滴温度升高到周围热空气的湿球温度以上，当乳粉颗粒水分含量接近或等于该空气温度下的平衡水分，即喷雾干燥的极限水分时，则完成了干燥过程。
⑵ 喷雾干燥的特点：
① 干燥非常迅速，干燥时产品受热时间短，适于热敏性物质。 ② 在密闭的负压下生产，既保证卫生，又不使粉尘飞扬。 ③ 干燥后的产品呈粉末状，不必粉碎，只需过筛。 ④ 机械化程度高，有利于生产的连续化和自动化。 （七十九）冰淇淋凝冻机的构造及其功能是什么？
是冰淇淋连续凝冻机见图3-14，其温度波动小，流量稳定，因而产量非常稳定。控制系统有三种形式：手动控制、半自动控制、全计算机控制。冰淇淋连续凝冻机，适于中小型规模的生产。
冰淇淋连续凝冻机专门用于冰淇淋的低温（-12 ～-15 °C）生产，此时料液粘稠，如添加有果料，流动困难。凝冻机是工业化冰淇淋生产的关键设备，对冰淇淋生产质量有重要影响。在冰淇淋生产工艺过程中，凝冻是指冰淇淋的混合料在强烈的搅拌作用下充分混入空气进行冷冻结晶的过程。凝冻筒内是受到连续剧烈搅拌的冰淇淋混合料，在制冷剂的换热作用下，浆料中的水分不断地冻结成细微的冰晶，随后被刮刀刮下分散到混合料中。随着凝冻过程的进行，冰结晶不断形成及被均匀分散到浆料中去，同时，连续不断加入的空气在搅拌作用下形成及小的气泡均匀地分散料液中，使冰淇淋的体积膨胀。当料液中的冰结晶和微小的气泡达到一定比例时，就成为具有一定膨胀率的软质冰淇淋。
凝冻机主要由送料装置、空气混合装置、凝冻筒、刮刀、搅拌装置等构成，有些机型还配有制冷装置。
1、送料装置：用于连续、均匀地向凝冻筒供送冰淇淋混合浆料，要求送料压力较高，而压力波动较小。 2、空气混合装置：用于向冰淇淋浆料中均匀地输送空气并使其分布均匀，获得适当的冰淇淋膨胀率。在连续式凝冻机上，空气混入方法有压缩空气混入法和真空混入法。前者是指在凝冻过程中将洁净压缩空气压入浆料内，需要配置空气压缩机及空气净化设备；后者是利用进料泵在抽入浆料的同时，将洁净空气吸入。一般配两级进料泵，前一级用于进料，后一级用做混合泵，混合泵的流量大于进料泵，空气在两者之间引入。
3、凝冻筒：是个热交换装置，它必须有很强烈的热交换能力，同时，凝冻筒壁的加工精度对冰结晶的形成关系极大，因此，优质的凝冻筒具有很高的筒壁粗糙度和形状精度，以保证和刮刀的紧密粘合。优质凝冻筒采用纯镍制造。
4、刮刀：用于将形成的微小冰结晶有效地从凝冻筒壁刮削下来，要求刀口与凝冻筒的粘合可靠。 5、搅拌装置：实施冰晶和气泡在凝冻过程中能够均匀的分布在冰淇淋混合料中。 （八十）冰淇淋浇模花色雪糕机的构造及其功能是什么？
乳品基础知识问答100题
