基于不确定性理论的乳品降膜蒸发器设计

张 霞 田 玮 朱传琪 张安朝 吴海滨

(1.天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室，天津 300222；2.天津科技大学机械工程学院，天津 300222)

乳品加工过程中，为了避免牛奶因为蒸发脱水导致其热敏感性物质遭到破坏，常采用降膜蒸发器进行乳品蒸发浓缩。降膜蒸发器具有较高的传热系数和较低的温差，且物料停留时间短，适用于热敏性物料的浓缩[1]。但同时降膜蒸发装置也具有高能耗的特性，对环境有非常显著的影响[2-3]，因而对蒸发器的传热性能、设计方法等进行研究有重大的现实意义。Gourdon等[4]研究了液体降膜的流动特性，发现干物质含量、流速、蒸发温度都会对其产生明显影响，而且流量、气泡和蒸发传热系数均与热流密度相关。而且依据传热原理开发出牛奶降膜蒸发过程的计算工具，计算结果表明压降通过对饱和温度的影响[5]，从而影响蒸发器传热性能。Díaz-ovalle等[6]在研究食品热处理过程中产生污垢现象时，发现污垢是牛奶热处理过程中不可避免的。牛奶蒸发过程在非最佳操作条件下会产生积垢，对蒸发器的传热性能产生副作用。因此，建立了考虑污垢厚度、膜厚、温度和干物质含量等变量的降膜蒸发器结垢模型，用来预测污垢的形成。Zhang等[7]建立了降膜蒸发器的性能预测模型，并比较常规五效蒸发和机械蒸汽再压缩三效蒸发的能耗情况。Madoumier等[8]利用化工过程模拟的流程模拟方法，提出了一种在化工过程模拟中模拟食品液体物性的方法，并将这种方法应用于牛奶蒸发过程中的热容、沸点升高、导热系数、密度、黏度、表面张力等特性分析中。……