سیستم های گرمایش و سرمایش محصولات غذایی

در کارخانه های فرآوری مواد غذایی، گرمایش و سرمایش مواد غذایی به وسیله تجهیزاتی که مبدل های حرارتی نامیده می شوند، صورت میگیرد . مبدل های حرارتی می توانند به دو دسته ی تماسی و غیر تماسی تقسیم شوند. همانطور که از نام آن ها پیداست در مبدل های حرارتی غیر تماسی ، محصول و محیط سرمایش و گرمایش از نظر فیزیکی به کمک یک لایه نازک جدا نگه داری می شوند . به عبارت دیگر در مبدل های حرارتی نوع تماس ، تماس فیزیکی بین محصول و جریان سرد یا گرم وجود دارد

به عنوان مثال ، در سیستم ترزیق بخار ، بخار مستقیماً به داخل محصول گرمایش ترزیق می شود . در مبدل حرارتی صفحه ای ، یک لایه نازک از صفحه ی فلزی ، جریان محصول را از جریان سرمایش جدا می کند، در حالی که انتقال حرارت بدون اختلاط صورت می گیرد.

برخی از مبدل های حرارتی مرسوم که بصورت متداول در صنایع غذایی استفاده می شوند:
1-مبدل حرارتی صفحه ای
2-مبدل حرارتی لوله ای
3-مبدل حرارتی سطح تراش
4-مبدل حرارتی پاشش در بخار

1-مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای حدود 70 سال پیش اختراع شد و کاربردهای فراوانی در صنایع لبنی و نوشابه دارد،


این مبدل حرارتی شامل یک سری صفحه موازی از جنس فولاد زنگ تزن است که در یک قاب و با فاصله کمی از یکدیگر فشرده شده اند. واشرهایی که از لاستیک مصنوعی یا طبیعی ساخته شده اند، لبه های صفحه و درزها را برای جلوگیری از اختلاط داخلی مایعات آب بندی می کنند.
جهت حرکت محصول نسبت به جریان گرمایش و سرمایش می تواند یا به صورت موازی( هم سو) یا متاقابل(غیر همسو) باشد . اثر جهت جریان بر کارایی مبدل حرارتی صفحه ای استفاده می شوند، از فولاد زنگ نزن ساخته شده اند
نقش هایی بر روی صفحه ها به صورت برجسته ایجاد می شوند، تا اغتشاش را در جریان محصول افزایش دهند، بنابراین انتقال حرارت بهتر صورت می گیرد. یک نمونه از این نقش ها ، نقش جناقی راه راه است، که در شکل پایین میبینید


مبدل حرارتی صفحه ای برای مواد غذایی مایع با لزجت پایین (5pa s >) مناسب می باشند.
اگر مواد جامد معلق در مایع وجود داشته باشند قطر معادل این ذرات باید کمتر از 0.3سانتیمتر باشد. ذرات درشت تر با ایجاد پل، بین صفحه های مبدل ، ایجاد سوختگی در قسمت حرارتی می کنند.
در مبدل های حرارتی صفحه ای صنعتی ، سرعت جریان محصول می تواند از 5000 تا 20000 kg/hr باشد و هنگامی که از مبدل حرارتی صفحه ای استفاده می شود ، باید مقدار رسوب مواد غذایی جامد ، مانند پروتئین شیر روی سطوح صفحه ها به حداقل برسد. این رسوب تحت عنوان فولینگ نیز نامیده می شود که باعث کاهش سرعت انتقال حرارت از محیط گرمایشی به محصول خواهد شد.به علاوه افت فشار نیز در یک دوره زمانی افزایش خواهد یافت و نهایتاً فرایند متوقف و صفحه ها باید تمیز شوند. برای محصولات لبنی ، که به دماهای فوق بالا نیاز است ، زمان فرآیند اغلب بین 3تا4 ساعت محدود است.

مبدل های حرارتی صفحه ای دارای مزایای زیر می باشند:
1-نگه داری این مبدل های حرارتی ، ساده بوده و به راحتی و به سرعت برای بازرسی سطح محصول قابل باز بسته کردن هستند
2-مبدل های حرارتی صفحه ای از نقطه نظر کاربرد غذایی، طراحی کاملا بهداشتی دارند.
3- ظرفیت آن ها به راحتی با اضافه کردن صفحه های بیشتر به قاب اصلی قابل افزایش است.
4-با مبدل های حرارتی صفحه ای، می توان محصول را تا 1درجه سانتیگراد اختلاف نسبت به دمای واسطه ی مجاور ، گرم یا سرد نمود. در مقایسه با دیگر مبدل های حرارتی غیر تماسی ، این هدف با سرمایه گذاری کمتری محقق می شود.
5-مبدل های حرارتی صفحه ای از طریق بازیافت انرژی ، امکان حفظ انرژی رو فراهم می کنند.





همان طور که در شکل مشاهده می شود، یک مایع غذایی در قسمت گرمایش تا دمای پاستوریزاسیون یا هر دمای دلخواه دیگر گرم می شود. سیال گرم شده، در بخش بازیافت ، قسمتی از گرمای خود را به سیال خام ورودی می دهد . جریان سرد ورودی به این وسیله ، مقداری گرم شده تا انرژی افزوده شده به آن تا رسیدن به دمای مطلوب کمتر شود. صفحه های اضافی برای بخش بازیافت لازم می باشند با این حال سرمایه گذاری ثابت اضافی ، به سرعت با کاهش هزینه های عملیاتی بازیافت می شود.