مبدل‌های حرارتی صفحه ای در صنایع غذایی برای انتقال حرارت بین دو یا چند مایع به کار می‌روند. هدف اصلی این تجهیزات افزایش ایمنی مواد غذایی و نابودی میکروب‌ها به منظورافزایش عمر مفید محصولات غذایی است. مبدل‌های حرارتی صفحه ای همچنین برای گرم کردن و سرد کردن محصولات غذایی مختلف در فرآیندهای پر کردن، خشک کردن، ترکیب و سایر فرآیندها به کار می‌روند. تمیز کردن و ضدعفونی مبدل حرارتی صفحه ای راحت، به عنوان گزینه مناسب در صنایع مختلف مورد استفاده قرارمی‌گیرند. طراحی این مبدل بر اساس ویسکوزیته و اندازه مواد غذایی و نیازهای صنعتی مناسب انجام می شود. لیست انواع مبدل حرارتی همراه با ویژگی های آن را در فراتاسیسات مشاهده نمایید.
مبدل حرارتی صفحه ای به دلیل فواید بسیاری که دارد، در صنایع فرآوری غذا و نوشیدنی به وفور قابل استفاده هستند. این مبدل‌ها انتقال حرارت را بصورت کارآمد درفرآیندهای گرم کردن، سرد کردن، پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون فراهم می‌کنند. طراحی فشرده آنها اجازه نصب در خطوط تولید را با صرفه‌جویی در فضا می‌دهد. مبدل حرارتی صفحه ای به راحتی قابل تمیز کردن هستند، که این امر امنیت غذایی و استاندارد بهداشتی را تضمین می‌کند. آنها برای هر نوع محصولی از جمله شیر، آبمیوه، سس‌ها و سوپ‌ها مناسب هستند. به علاوه، توانایی مقابله با دماهای بالا و مواد غذایی فساد‌پذیررا دارند، مبدل‌های حرارتی صفحه ای برای صنایع فرآوری غذا و نوشیدنی یک انتخاب ایده‌آل هستند، که به بهبود بهره‌وری و حفظ کیفیت محصول کمک می‌کند.
اجزای مبدل حرارتی صفحه ای
طراحی و ساختار مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای نقش حیاتی در کارایی و اثربخشی آنها در صنعت غذا دارد. در اینجا قصد داریم طراحی اجزای مختلف را که به کارایی مبدل کمک می‌کند، بررسی کنیم.
صفحات (Plates)
صفحات مبدل حرارتی از جنسهای مختلفی مانند استنلس استیل ساخته می‌شوند. شکل و الگوی شیارها در صفحات برای انتقال حرارت بهینه تعیین شده است.
گسکت ها (Gaskets)
گسکت‌ها در میانه صفحات قرار می‌گیرند و نقش مهمی در جلوگیری از نشتی مابین جریان‌های حرارتی دارند. آنها معمولاً از موادی که دارای مقاومت حرارتی و شیمیایی مناسب هستند، ساخته می‌شوند.
قاب (Frame)
قاب یک ساختار حمایتی دارد که صفحات را در موقعیت مناسب قرار می‌دهد. قاب ممکن است از استنلس استیل یا مواد مشابه ساخته شده باشد.
اتصالات (Connections)
اتصالات و شیرها برای ورود و خروج جریان حرارتی به مبدل حرارتی استفاده می‌شوند. این اتصالات به صورت استاندارد برای اتصال به سیستم‌های دیگر طراحی می‌شوند.
صفحات فشار(Pressure Plates)
این صفحات در ورودی و خروجی مبدل حرارتی صفحه‌ای قرار دارند. آنها به حفظ و کنترل فشار در سیستم کمک می‌کنند تا از نشتی گسکت جلوگیری شود.
تمام این اجزا با هم ترکیب شده و طراحی مناسب مبدل حرارتی صفحه‌ای را ایجاد می‌کنند که درنهایت به بهبود انتقال حرارت و افزایش کارایی در صنعت غذا کمک می‌کند.
انتقال حرارت در فرآوری مواد غذایی
مبدل حرارتی صفحه‌ای یک دستگاه مهم در صنایع غذایی است که برای انتقال حرارت بین دو ماده به کار می‌رود. این مبدل حرارتی با استفاده از سطوح صاف و صفحه‌ای برای تبادل حرارت بین مایعات یا گازها استفاده می‌شود. در صنایع غذایی نیز از این نوع مبدل حرارتی به دلایل مختلف استفاده می‌شود. در زیر تعدادی از کاربردهای مبدل حرارتی صفحه‌ای در صنایع غذایی ذکر شده است:
-
- حذف باکتریها
-
- غیرفعال کردن آنزیم‌ها
-
- پاستوریزاسیون
-
- استریل کردن محصولات
-
- تبرید و یخ زدایی
-
- تولید بخار و گرمایش
-
- فرایند خشک کردن
مقایسه مبدل حرارتی صفحه ای با پوسته و لوله
در اینجا به مقایسه مبدل حرارتی صفحه ای با پوسته و لوله و همچنین به بررسی مبدل صفحه ای در صنعت می پردازیم:
-
- جهت انتقال حرارت مایع به مایع، مبدل حرارتی صفحه‌ای به طور معمول ضریب انتقال حرارت کل بالاتری را ارائه می‌دهد.
-
- مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای به دلیل ساختار خاص صفحات، تراکم بالای سطح انتقال حرارت را فراهم می‌کنند تا حرارت به طور کارآمد از یک سیال به سیال دیگر منتقل شود.
-
- مبدل حرارتی صفحه‌ای، فضای کمتری اشغال می کند.
-
- مبدل صفحه ای فشارعملیاتی بسیار بالا را تحمل کنند.
-
- به دلیل استیل بودن مبدل در صنعت غذا از نظر بهداشتی قابل قبول است.
-
- ساختارمبدل حرارتی صفحه‌ای اجازه می‌دهد که به راحتی تمیزشوند.
-
- جهت پاستوریزاسیون نوشیدنی ها، شیر و سیالات با ویسکوزیته پایین مناسب می باشد.
-
- این مبد ل ها به عنوان گرم‌کننده و خنک‌کننده‌های فرآیند معمولی استفاده می‌شوند.
-
- مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای کنترل دقیق بر روی دمای محصولات غذایی فراهم می‌کنند، همچنین تضمین می‌کنند که شرایط فرایند بهینه باقی می‌ماند و کیفیت محصول حفظ می‌شود.
-
- با انتقال حرارت کارآمد، مصرف کل انرژی در عملیات فراوری غذا را کاهش می‌دهند.
-
- با کاهش نیاز به انرژی، کمک می‌کنند تا در هزینه‌های عملیاتی صرفه‌جویی کنند و به بهبود عملکرد مالی کمک کنند.
-
- محصولات غذایی به صورت یکنواخت فرآوری می‌شوند، که این امر منجر به بهبود کیفیت و طعم محصول می‌شود.
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای به طور گسترده در صنایع غذایی استفاده می‌شوند، این واحدها به عنوان گرم‌کننده و خنک‌کننده‌های فرآیند معمولی و استفاده می‌شوند.
عواملی که در انتخاب تجهیزات حرارتی موثرند؟
در حالی که برخی از فرآیندها نیاز به تجهیزات خاصی مانند اجاق یا قفسه‌ها دارند، مبدل‌های حرارتی راه‌حلی موثر و کارآمد هستند و به احتمال بیشتری نسبت به سایر سیستم‌ها برای بازسازی حرارت مناسب هستند. انتخاب مبدل حرارتی به عوامل زیادی بستگی دارد، مانند ماهیت فرآیندی که باید انجام شود (پاستوریزه کردن، استریل کردن یا آبگیری)، ویسکوزیته غذا یا نوشیدنی و اینکه آیا سیال حاوی ذرات یا قطعات هست یا خیر؟
کاربرد مبدل صفحه ای در صنعت غذا
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای نقش حیاتی در صنعت تولید و کنترل محصول غذایی ایفا می‌کنند و به عنوان روش کارآمد و قابل اعتماد کاربردهای زیر را دارد.
کاربرد مبدل حرارتی صفحه ای در صنایع لبنی
مبدل های حرارتی صفحه ای در لبنیات به دلیل حرارت دهی یکنواخت، حذف باکتریها و حفظ شرایط ایمنی در فرایند گرمایش و سرمایش استفاده می شوند. که در زیر به آن اشاره می شود.
بصورت بهینه و یکنواخت فرآیند گرمایش در طول پاستوریزه کردن شیر را حفظ می کند، خطر آلودگی باکتریایی را کاهش می‌دهد. شرایط بهینه درتخمیر، تولید پنیر و ماست را فراهم می کند.
کاربرد مبدل حرارتی صفحه ای در صنایع نوشیدنی
استریل و پاستوریزه کردن آبمیوه ها و نوشیدنی، سبب افزایش مدت زمان ماندگاری و کنترل دمای دقیق را فراهم می کند.
کاربرد مبدل صفحه ای در افزایش عمر مفید محصولات
حفظ کیفیت محصولات در انبارهای مواد غذایی با دمای پایین و همچنین با سرمایش سریع یا یخ‌زدایی محصولات غذایی، سبب حفظ کیفیت و بافت محصولات می شود.
تحقیقات انجام شده برنقش مبدل صفحه ای در صنایع غذایی
خانم حیدری و همکاران در سال 2023 تحقیقی درباره مبدل های حرارتی صفحه ای (PHEs) در صنعت غذا انجام دادند آنها دریافتند که مبد ل های صفحه ای تجهیزاتی کارآمد در فرایند حرارتی هستند، به دلیل کارایی زیاد، بازیابی گرما، فشرده بودن مبدل، تعمیر و نگهداری آسان، هزینه های سرمایه گذاری کم، تنظیم ظرفیت، در طیف گسترده ای ازفراوری مواد غذایی و آشامیدنی استفاده می شوند. PHE ها ازصفحات موجدار تشکیل شده اند که مجموعه ای از کانال ها را برای جریان سیال تشکیل می دهند.
موجداربودن صفحات نقش کلیدی در انتقال حرارت، تمیز کردن و رسوب گیری PHE ها دارد. سطوح مبدل ممکن است دارای طرح های مختلفی مانند زیکزاکی، مواج، با برآمدگی و فرورفتگی باشند. ثابت شده است که الگوی شورون عملکرد بهتری برای عملیات حرارتی غذاهای مایع دارد. PHE ها را می توان بر اساس سیستم آب بندی آنها به چهار گروه واشردار، لحیم کاری، جوشی و نیمه جوشی طبقه بندی کرد. سیستم های واشر پرکاربردترین PHE ها در صنایع غذایی هستند. و تنها عیبی که این مبدل ها دارند رسوب گذاری مواد غذایی حساس به حرارت روی سطوح مبدل یک مشکل حل نشده در PHE ها است که ضریب انتقال حرارت را کاهش می دهد و باعث آلودگی متقاطع می شود. با این حال، استراتژی هایی مانند اصلاح سطح صفحه یا محیط گرمایشی در کاهش رسوب و بهبود نرخ انتقال حرارت موثر است.
شارما و همکاران در بررسی های خود متوجه شدند مبدل های حرارتی صفحه ای (PHEs) که به طور گسترده در صنایع غذایی مورد استفاده قرار می گیرند، نیاز به تمیز کردن دوره ای دارند چرا که رسوب (اغلب بعد از چند ساعت) سبب کاهش عملکرد مبدل می شود. بهبود بهره وری، با حداقل رساندن مصرف انرژی، در حالی که پاستوریزاسیون بطورموثری انجام شود، می تواند توسط مدل های شبیه سازی مانند CFD پشتیبانی شود.
🔗 منبع: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960308520305708?via%3Dihub
🔗 منبع: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128186169000134?via%3Dihub
