Приложение на топлообменници със стъргана повърхност в преработката на масло

Приложение на топлообменници със стъргана повърхност в преработката на масло

Топлообменниците със стъргана повърхност играят ключова роля в преработката на масло, особено при работа с материали с висок вискозитет, лесно кристализиращи се или чувствителни на срязване. Следва анализ на техните специфични приложения и предимства:

1. Основни етапи на кандидатстване

• Бързо охлаждане и контрол на кристализацията

По време на преработката на масло, млечната мазнина трябва да се охлади бързо до определена температура, за да се предизвика образуването на β' кристали (ключов фактор за фината текстура). Топлообменникът с остъргана повърхност, с високата си ефективност на топлопреминаване и непрекъснато остъргване на стените, предотвратява локално прегряване или неравномерно охлаждане по време на кристализацията на мазнините, осигурявайки стабилност на кристализацията.

• Лечение на фазов преход

В етапа на емулгиране (като например превръщане на сметана в масло) е необходимо бързо преминаване през температурния диапазон на фазовия преход (обикновено 10-16°C). Силният смесителен ефект на топлообменника с остъргана повърхност ускорява топлопреноса, избягва локално температурно забавяне и подобрява ефективността на фазовия преход.

• Работа с материали с висок вискозитет

Вискозитетът на маслото се увеличава значително в по-късните етапи на обработка (до 10 000 cP или повече). Конструкцията на скрепера ефективно транспортира материала, избягвайки проблемите със запушване, които възникват в традиционните тръбни топлообменници поради високия вискозитет.

2. Технически предимства

• Адаптиране към промените във вискозитета

Роторът на скрепера автоматично регулира скоростта си според вискозитета на материала (например от 500 оборота в минута за течна сметана до 50 оборота в минута за твърдо масло), осигурявайки равномерен топлообмен.

• Предотвратяване на замърсяване и разграждане

Маслото е склонно към денатурация на протеини или окисление на мазнини при високи температури. Краткото време на престой (обикновено <30 секунди) и прецизният контрол на температурата (±1°C) на топлообменника с остъргана повърхност намаляват риска от термично увреждане.

• Хигиеничен дизайн

Съответстващ на стандартите за хранително качество (като например сертификация 3-A), той може да бъде оборудван със система CIP (Clean-In-Place), за да се предотврати растежът на микроби.

3. Типични параметри на процеса

Температурен диапазон на етапа Конфигурация на топлообменника Ключови цели

Предварително охлаждане на сметаната 45°C → 20°C Висока скорост (300-500 об/мин) Бързо охлаждане до началната точка на кристализация

Етап на кристализация 20°C → 12°C Ниска скорост (50-100 rpm) Насърчава образуването на β' кристали и предотвратява образуването на β кристали

Финално кондициониране 12°C → 8°C Ниска скорост + високо срязване Регулиране на твърдостта и разтегливостта

4. Сравнение с други видове топлообменници

• Пластинчати топлообменници: Подходящи за етапи с нисък вискозитет (като например предварителна обработка на мляко), но не са подходящи за работа с масло с висок вискозитет.

• Тръбни топлообменници: Изискват помпи за високо налягане и са склонни да причиняват структурни повреди от срязване на маслото.

• Предимства на остърганата повърхност: Общият коефициент на топлопреминаване (500-1500 W/m²·K) е много по-висок от този на статичното оборудване, а консумацията на енергия е приблизително с 15% по-ниска от тази на винтовите топлообменници.

5. Казус от индустрията

След като европейски производител на масло въведе топлообменници със стъргана повърхност:

• Времето за кристализация е намалено с 40% (от традиционните 8 часа на 4,5 часа);

• Процентът на дефекти в текстурата на продукта спадна от 5% на 0,8%;

• Консумацията на енергия е намаляла с 22% (поради подобрената ефективност на топлообмена).

Обобщение

Скреперният топлообменник решава основните проблеми с високия вискозитет, кристалния контрол и термичната чувствителност при преработката на масло чрез динамично остъргване на стените и контролируемо срязване. Той е ключово оборудване в съвременните линии за непрекъснато производство на масло. При избора трябва да се обърне внимание на площта на топлообмен, материала на скрепера (обикновено PTFE или неръждаема стомана за хранителни цели) и диапазона на регулиране на скоростта.

 

刮板式换热器在黄油加工中的应用

刮板式换热器在黄油加工中扮演着关键角色，尤其适用于高黏度、易结晶或对剪切敏感的物料处理。以下是其具体应用及优势分析：

1. 核心应用环节

• 快速冷却与结晶控制
  黄油加工中，乳脂肪需在特定温度下快速冷却以诱导β'晶型形成（质地细腻的关键）。刮板式换热器通过高传热效率和连续刮壁，防止脂肪结晶过程中局部过热或冷却不均，确保结晶稳定性。
• 相转变处理
  在乳化阶段（如将奶油转化为黄油），需快速通过相变温度区间（通常10-16℃）。刮板式换热器的强烈混合作用可加速传热，避免局部温度滞后，提高相变效率。
• 高黏度物料处理
  黄油在加工后期黏度显著升高（可达10 000 cP以上）。刮板设计能有效输送物料，避免传统管式换热器因黏度导致的堵塞问题。

2. 技术优势

• 适应黏度变化
  刮板转子可根据物料黏度自动调节转速（如从液态奶油的500 rpm降至固态黄油的50 об/мин，确保换热均匀。
• 防止结垢与降解
  黄油易在高温下发生蛋白质变性或脂肪氧化。刮板式换热器的短停留时间（通常<30秒）和精确温控（±1℃）减少热损伤风险。
• 卫生设计
  符合食品级标准（如3-A认证），可配备CIP（原位清洗）系统，避免微生物滋生。

3. 典型工艺参数

环节	温度范围	换热器配置	关键目标
奶油预冷	45℃→20℃	高转速（300-500 rpm）	快速降温至结晶起始点
结晶阶段	20℃→12℃	低速（50-100 rpm）	促进β'晶型，避免β晶型
最终调质	12℃→8℃	低速+高剪切	调整硬度与延展性

4. 对比其他换热器类型

• 板式换热器：适合低黏度阶段（如牛奶预处理，，但无法处理高黏度黄油。
• 管式换热器：需配合高压泵，易导致黄油结构剪切破坏。
• 刮板式优势：综合传热系数（500-1,500 W/m²·K）远高于静态设备，且能耗比螺杆式换热器低约15%。

5. 行业案例

欧洲某黄油制造商采用刮板式换热器后：

• 结晶时间缩短40%（从传统8小时降至4,5小时）；
• 产品质构缺陷率从5%降至0,8%；
• 能耗降低22%（因换热效率提升）。

总结

刮板式换热器通过动态刮壁和可控剪切，解决了黄油加工中高黏度、结晶控制和热敏性的核心难题，是现代连续化黄油生产线的关键设备。选型时需重点关注换热面积、刮刀材质（通常为聚四氟乙烯或食品级不锈钢）与转速调节范围。