Το πρόβλημα της πηκτωματοποίησης της ζελατίνης
Τα διαλύματα ζελατίνης επεξεργάζονται στην παραγωγή φαρμακευτικών καψουλών, ζαχαροπλαστικής τροφίμων και φωτογραφικών γαλακτωμάτων. Το διάλυμα ζελατίνης πρέπει να θερμανθεί στους 50-70 βαθμούς για να διατηρηθεί ρευστό και αντλήσιμο. Σε θερμοκρασίες κάτω από περίπου 35 βαθμούς, η ζελατίνη σχηματίζει ένα σταθερό, ελαστικό στερεό. Η μετάβαση είναι αναστρέψιμη με τη θέρμανση, αλλά η ζελατίνη σε μια επιφάνεια εναλλάκτη θερμότητας προκαλεί σημαντικά προβλήματα.
Οι μεταλλικοί εναλλάκτες θερμότητας αναπτύσσουν ένα στρώμα ζελατίνης στην επιφάνεια κατά τη διάρκεια των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας. Μια σύντομη διακοπή ροής, μια πτώση πίεσης ατμού ή μια εκκίνηση από το κρύο μπορεί να δημιουργήσει ένα κρύο σημείο όπου η ζελατίνη πήζει στο τοίχωμα του σωλήνα. Το πηκτωματοποιημένο στρώμα μονώνει την επιφάνεια, μειώνει τη μεταφορά θερμότητας και είναι δύσκολο να αφαιρεθεί-πρέπει να λιώσει αυξάνοντας τη θερμοκρασία, κάτι που κινδυνεύει να υποβαθμίσει τη ζελατίνη.
Οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE μειώνουν το πρόβλημα της ζελατινοποίησης μέσω πιο ήπιας ροής θερμότητας. Η χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα του τοιχώματος του σωλήνα μετριάζει τη θερμοκρασία της επιφάνειας. Δεν υπάρχουν ξαφνικά καυτά σημεία που υπερθερμαίνουν τη ζελατίνη και το ομαλότερο προφίλ μεταφοράς θερμότητας διατηρεί τη θερμοκρασία του υγρού πάνω από το σημείο ζελατινοποίησης σε όλο τον εναλλάκτη.
Ο Μηχανισμός Θερμικής Ζελατινοποίησης
Τα μόρια ζελατίνης είναι τριπλά-θραύσματα κολλαγόνου έλικας που πηκτωματοποιούνται όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από τη θερμοκρασία μετάβασης της έλικας-(περίπου 35 βαθμούς ). Η ζελατινοποίηση είναι μια φυσική διασύνδεση-οι αλυσίδες αναμορφώνουν τους τριπλούς-ελικοειδείς συνδέσμους τους. Ο ρυθμός ζελατινοποίησης εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τον ρυθμό ψύξης. Η γρήγορη ψύξη παράγει ένα πιο σφιχτό, πιο ελαστικό τζελ.
Σε μια μεταλλική επιφάνεια εναλλάκτη θερμότητας, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα δημιουργεί μια απότομη διαβάθμιση θερμοκρασίας στον τοίχο. Η θερμοκρασία του τοιχώματος είναι κοντά στη θερμοκρασία του ατμού (120-150 βαθμοί), ενώ το χύμα υγρό είναι στους 55-60 βαθμούς. Εάν η ροή επιβραδύνει ή σταματήσει, το οριακό στρώμα ψύχεται γρήγορα. Η ζελατίνη στο οριακό στρώμα πήζει στον τοίχο. Το πηκτωματοποιημένο στρώμα μειώνει τη μεταφορά θερμότητας στο υπόλοιπο ρευστό, δημιουργώντας έναν βρόχο ανάδρασης περαιτέρω ψύξης και περαιτέρω ζελατινοποίησης.
Η χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα του PTFE δημιουργεί ένα πιο ήπιο προφίλ θερμοκρασίας. Η θερμοκρασία τοίχου είναι 70-85 βαθμούς για τις ίδιες συνθήκες ατμού. Η πιο ήπια ροή θερμότητας διατηρεί τη θερμοκρασία του οριακού στρώματος πάνω από το σημείο ζελατινοποίησης ακόμη και κατά τη διάρκεια σύντομων διακυμάνσεων ροής. Ο κίνδυνος ζελατινοποίησης της επιφάνειας μειώνεται.
| Παράμετρος Επεξεργασίας Ζελατίνης | Ανοξείδωτο ατσάλι | Τιτάνιο | PTFE |
|---|---|---|---|
| Θερμοκρασία τοίχου σε 3 barg ατμού ( βαθμός ) | 120-140 | 120-140 | 70-85 |
| Κίνδυνος ψύξης οριακού στρώματος κατά τη διακοπή ροής | Ψηλά | Ψηλά | Μειωμένος |
| Πιθανότητα ζελατινοποίησης της επιφάνειας | Ψηλά | Ψηλά | Χαμηλός |
| Αφαίρεση πηκτώματος στρώματος | Τήξη ζεστού νερού (κίνδυνος υποβάθμισης) | Το ζεστό νερό λιώνει | N/A (χωρίς σχηματισμούς γέλης) |
| Συχνότητα καθαρισμού | Κάθε παρτίδα | Κάθε παρτίδα | Εβδομαδιαία ή λιγότερο |
Προστασία Ποιότητας Προϊόντος
Η ζελατίνη που πήζει πάνω σε μια μεταλλική επιφάνεια και αργότερα λιώνει υφίσταται θερμική αποικοδόμηση. Η αποικοδομημένη ζελατίνη έχει μειωμένη αντοχή γέλης και αλλοιωμένο ιξώδες. Στην παραγωγή φαρμακευτικών καψουλών, η αντοχή της γέλης επηρεάζει το πάχος του τοιχώματος της κάψουλας και τον ρυθμό διάλυσης. Σε εφαρμογές τροφίμων, η αντοχή της γέλης επηρεάζει την υφή του προϊόντος.
Η πρόληψη της ζελατινοποίησης της επιφάνειας από το PTFE εξαλείφει αυτήν την οδό αποικοδόμησης. Η ζελατίνη θερμαίνεται ομοιόμορφα χωρίς σχηματισμό γέλης επιφάνειας. Η ποιότητα του προϊόντος είναι σταθερή από παρτίδα σε παρτίδα.
Η συμβατότητα CIP
Οι γραμμές επεξεργασίας ζελατίνης καθαρίζονται με ζεστό νερό, αραιά καυστικά και απολυμαντικά διαλύματα. Οι μεταλλικοί εναλλάκτες ανέχονται το CIP αλλά αναπτύσσουν τραχύτητα στην επιφάνεια σε επαναλαμβανόμενους κύκλους. Το PTFE έχει ανοσία σε όλες τις χημικές ουσίες CIP. Η επιφάνεια παραμένει λεία και δεν κολλάει-με τα χρόνια των κύκλων καθαρισμού.
Περίληψη
Οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE αποτρέπουν τη δημιουργία πηκτώματος της ζελατίνης στις επιφάνειες του θερμαντήρα μέσω πιο ήπιας ροής θερμότητας και χαμηλότερων θερμοκρασιών τοιχώματος που διατηρούν το οριακό στρώμα πάνω από το σημείο πήξης. Η αντικολλητική επιφάνεια αποτρέπει την προσκόλληση οποιασδήποτε γέλης που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια των διαταραχών της διαδικασίας. Η ποιότητα του προϊόντος προστατεύεται από τη θερμική υποβάθμιση. Η συχνότητα καθαρισμού μειώνεται από κάθε παρτίδα σε εβδομαδιαία. Για την επεξεργασία ζελατίνης, το PTFE παρέχει έλεγχο θερμοκρασίας που δεν μπορούν να ταιριάξουν τα μέταλλα.
Η τεχνική υποστήριξη για τις προδιαγραφές του εναλλάκτη θερμότητας PTFE ζελατίνης είναι διαθέσιμη με την υποβολή της συγκέντρωσης ζελατίνης, της θερμοκρασίας επεξεργασίας, των χαρακτηριστικών ροής και των τρεχόντων προβλημάτων πηκτωματοποίησης.
