葡萄酒速冷换热器的研究.doc

葡萄酒速冷换热器的研究杭州佑成净化设备有限公司杨宝莹李军关键词：葡萄酒 换热器 结晶 沉淀摘要:葡萄酒生产中要使产品在货架期保持稳定的品质,必须出去其中的酒石本文就葡葡酒速冷工艺除去酒石的速冷换热器从传热的角度做 了详细的探讨葡萄酒速冷换热器借助特制的刮板连续不断的清除传热表面葡萄酒小酒石结晶物以加快传热效率，然后 经过滤设备分离出酒石，使葡萄酒在货架期保持应有的清亮透澈的稳定酒体葡萄酒速冷换热器机械设计前, 首先，要对酒液的物理性质以及其在换热器内部的流型，热传递特性作研究，并对传热系数，平均温差，流 体阻力等进行计算1、葡萄酒速冷换热器的基本结构和酒液的流型1、1结构图一图一为卧式葡萄酒速冷换热器基本结构它是一个多层 筒体，筒体内装有一个刮板搅拌器，以强化酒液的搅动制 冷剂经夹套冷却酒筒里的酒液，搅拌器上的刮板用定销悬挂 在搅拌轴上，轴高速转动时，rti于离心力和酒液的阻力的作 用使其与酒筒内壁面紧贴，连续刮除酒筒内壁面上结晶的酒 石，使传热面不断与新酒液接触，从而提高传热效果制冷 剂在制冷系统运行下，在夹套里流动方向与筒内酒液流动方 向相反，使两种冷热介质达到冷热交换为防止在生产中产生污染，轴封采用无菌水式轴封，使轴传动时，洒液与外界环境隔绝。

1、 2酒液流型酒液通过酒筒吋，在不同的轴向流速和搅拌速度作用下呈现各种流型它是研究葡萄酒速冷换热器 换热原理，酒液温度分布和滞留时I'可及流体阻力等实际问题的基础酒液拌随经向混流的塞流是酒液的理想流型，而酒液的实际流动可看作是轴向流动和旋转流动的两 者的结合当轴向流动与旋转流动呈现层流流动时，其流型总体上呈螺旋状向前运动酒液轴向分布在不同的 半径处各不相同，而经向混流有限当轴向流动为层流而旋转流呈涡流吋，酒液流型为由旋转流构成的 旋涡并在轴向层流推动下沿轴向呈螺旋状缓慢推进；这些旋涡将随旋转流的雷诺数不断提高而逐渐变地 无规则运动，旋涡造成酒液的经向和轴向混合混合效应取决与混合强度与轴向流速之比值2、葡萄酒速冷换热器的传热系数计算和影响因素2、 1传热系数的计算刮板顶端的运动轨迹面和酒筒内壁面一致故，筒内壁与酒液间的膜导热系数a 2和刮板与酒液间膜 导热系数a 3值相同筒壁面复合传热系数 a 1： a 1=1/[(D2/D3+ § D2/Dm/ X +r D2/D3)/ a 0] <1>a0：制冷剂给热系数(KJ/m2.n.k) D2> D3：酒筒内直径和外直径(m) Dm：酒筒中经(m)X筒体壁厚(m) r :制冷剂垢阻« 3：筒壁与酒间的介膜导热系数： a 3=・1・24( a泸°抵心・P .n.N)0*515 <2>k、Cp、P :分别是酒液的导热系数(KJ/m2.n.k),比热(KJ/Kg.k),密度(Kg/m3) n：是刮板数N：轴转数(r/h), —般 N=27900r/h换热器总的传热系数 K： K=1/[1/a !+l/a2] (KJ/m2.n.k) <3>2、2影响传热系数的因素影响传热系数的主要因素是酒液的轴向流速、搅拌器的转速和料液的黏度。

通过试验表明传热系 数随搅拌器的转速增大而变大，在低转速(<200「/min)时变化明显，但转速超过母一值后，换热系数增 加将会变得很小轴向流速增大，换热系数也有所增加在较高轴向流速下，传热系数随转速增高地增 长比例加大由此可见，由酒液流速和搅拌器转速所构成不同地流型对换热系数影响较大所以，酒液 冷冻应选用合适的流速和转速，以获得较大的传热系数来提高换热器的传热效率3、换热器轴向温度分布和平均温差经实际测量和理论值比较，发现酒液进入实际换热器换热段之前温度有一个跃变，这点可从存在轴向 混流得到解释酒液实际温度跃变比例则随搅拌速度降低而减少酒液的温度跃变比例J,可定义为： J=(Jjn-Tin)/(Ton-Tin) <4>Jj„：酒液刚进入酒筒有效换热段的温度(K)Ton、Tin：酒液进出口温度(K)实验结果表明，料液进入酒速冷换热器后，首先发生温度跃变，以后，温度几乎按线性规律上升平 均温差可按下式计算：AT二Te・[Tin+Ton]/2 <5>该式计算平均温差值其误差小于10%；而用对数平均温差计算所的值，误差高达20%o4、 器流动阻力选择酒液输送泵的依据是葡萄酒速冷换热器的流体阻力损失。

流体阻力产生的主要原因是酒液的黏度 根据流体力学理论阻力损失主要由压差阻力和摩擦阻力构成酒液的流经换热器时，由于受刮板阻力而产生旋涡，酒液受旋涡和刮板的阻隔而产生分界层分离，使压 力不能完全恢复而产生压力阻力，其阻力损失可按下式计算：P二/(2g) <6>C；阻力系数u：酒液相对刮板的平均流速(m/s) u= V (U1W) <7>g：重力加速度(m/s?)ul：酒液轴向相对流速(m/s)u2：洒液环向流速(m/s)5、 小结5、1酒液在换热器内流动是轴向流动和旋转流动两者的结合，所产生的流型对穿热过程有影响5、2酒液速冷换热器的穿热系数应根据酒液的物性，设计转速和酒液流量等进行计算搅拌器的转速和 酒液流量与传热系数成正相关，当转速超过某一值后，传热系数将增长将不明显5、3由于酒液在酒筒中流动存在混流，在进入酒筒有效换热段Z前即产生温度跃变，使实际的平均温度 差与按对数的理论平均温度值发生偏差5、4酒液流经换热器的流体阻力损失是选用输送泵的依据，设计吋，应该选用合适的输送泵，才能保证 充分利用换热器的换热能力，又能最大限度节能参考文献:1、 尾花英郎换热器设计，、八、、丿昭和49年2、 Trommlen.an and BeeKWJ.Flow Phenomenain in a Scrped Surface Hat Exchanger 26( 1971)3^ Ouevas ,R and Charyan.M Effects of Axial Velocity on Heat Transfer a Liquid, Food process Eng, 19794、食品科技，第二期，1989。