Primjena izmjenjivača topline sa struganom površinom u industriji margarina
Izmjenjivači toplote sa struganom površinom (SSHE) su visoko efikasni uređaji za prenos toplote koji poboljšavaju prenos toplote putem mehaničkog struganja. Posebno su pogodni za tečnosti visoke viskoznosti, lako kristalizirajuće ili tečnosti koje sadrže čestice. U nastavku slijedi analiza njihovog principa rada i specifičnih primjena u industriji margarina:
I. Princip rada izmjenjivača topline sa struganom površinom
1. Osnovna struktura
o Cilindar s plaštom: Vanjski sloj se dovodi do medija za grijanje/hlađenje (kao što su para, hladna voda ili ulje za prijenos topline).
o Rotirajuća osovina i strugač: Unutra se nalazi rotirajuća osovina s više pričvršćenih fleksibilnih ili krutih strugača, koji čvrsto prianjaju uz unutrašnji zid cilindra.
o Pogonska jedinica: Motor pokreće osovinu koja se okreće velikom brzinom (obično 100-500 o/min).
2. Radni proces
o Efekat struganja: Strugači kontinuirano stružu materijal sa unutrašnjeg zida, sprečavajući zagađenje ili kristalizaciju, i istovremeno podstiču obnavljanje graničnog sloja na površini za prenos toplote, značajno povećavajući koeficijent prenosa toplote (do 5-10 puta veći od tradicionalnih cevnih izmjenjivača toplote).
o Funkcija miješanja: Rotirajući strugači vrše efekte smicanja i miješanja na materijal, omogućavajući ujednačenu temperaturu i sastav.
o Kontrola promjene faze: Preciznim podešavanjem temperature plašta i brzine strugača može se postići brzo hlađenje, kristalizacija ili emulgiranje materijala (kao što je kontrola kristalizacije masti u margarinu).
3. Prednosti i karakteristike
o Pogodno za tekućine visoke viskoznosti (do 10^5 cP), ne-Newtonove tekućine ili materijale koji sadrže čvrste čestice.
o Izbjegava lokalno pregrijavanje ili hladne tačke, osiguravajući ujednačen kvalitet proizvoda.
o Može rukovati osjetljivim materijalima sklonim koksiranju ili kristalizaciji.
II. Primjena u proizvodnji margarina
1. Ključna uloga u proizvodnom procesu
Proizvodnja margarina zahtijeva emulgiranje ulja i vodene faze (mlijeko, sol, emulgatori itd.) nakon čega slijedi brzo hlađenje i kristalizacija. Izmjenjivač topline sa struganom površinom je osnovni uređaj koji se uglavnom primjenjuje u:
o Hlađenje i kristalizacija emulzija: Brzo hlađenje miješane emulzije (oko 40-50°C) na 10-20°C kako bi se izazvalo formiranje stabilne β' kristalne strukture (ključno za glatku teksturu).
o Nukleacijska obrada: Sila smicanja strugača razbija velike kristale, formirajući finu i ujednačenu masnu mrežu, poboljšavajući rastezljivost kreme.
o Sterilizacija: U nekim procesima, za kratkotrajnu sterilizaciju koriste se visokotemperaturni plaštevi (npr. 85°C tokom 15 sekundi).
2. Prilagodljivost industrije
o Precizna kontrola temperature: Kristalizacija masti je osjetljiva na temperaturu (npr. palmino ulje treba kontrolirati na 20-25°C), a strugani izmjenjivač topline može precizno održavati temperaturni raspon.
o Sprečavanje odvajanja faza: Visoka sila smicanja osigurava ujednačenu disperziju vodene faze, izbjegavajući odvajanje ulja i vode.
o Rukovanje materijalima s visokim udjelom masti: Margarin sadrži 70-80% masti, a dizajn strugača rješava problem začepljenja tradicionalnih izmjenjivača topline.
3. Tipični parametri opreme
Koeficijent prenosa toplote: 500-1500 W/(m²·K) (u zavisnosti od viskoznosti materijala).
o Brzina hlađenja: Do 30°C/minuti (kritično za kinetiku kristalizacije masti).
o Kapacitet: Oprema industrijske veličine može obraditi 1-10 tona na sat.
III. Poređenje s drugim izmjenjivačima topline
Primjenjivost u margarinu ★★★★★ ★★☆ ★☆☆
| Karakteristike | Izmjenjivač topline sa struganom površinom | Izmjenjivač topline s ljuskom i cijevi | Pločasti izmjenjivač topline |
| Primjenjiva viskoznost | Visoko (≤10^5 cP) | Umjereno-nisko (≤10^3 cP) | Nisko (≤10^2 cP) |
| Rizik od obrane | Vrlo nisko (samočišćenje struganjem) | Visoko | Umjereno |
| Efekat smicanja | Snažno (kontrolirano) | Slabo | Slabo |
IV. Trendovi razvoja industrije
• Optimizacija energije: Koristite motore s promjenjivom frekvencijom za podešavanje brzine strugača, prilagođavajući različite zahtjeve formule (npr. veće smicanje za kremu s niskim udjelom masti).
• Inteligentna kontrola: Integrišite senzore temperature i viskoznosti za podešavanje brzine hlađenja i sile smicanja u realnom vremenu. • Sanitarni dizajn: U skladu sa standardima EHEDG/3A, CIP (Clean-In-Place) sistem smanjuje vrijeme zastoja.
Izmjenjivač toplote sa strugačem, sa svojim visoko efikasnim mogućnostima prenosa toplote i miješanja, postao je nezamjenjiva ključna oprema u industriji margarina. Posebno s trendom traženja proizvoda sa niskim sadržajem trans masti i visokom funkcionalnošću, njegove prednosti precizne obrade će biti dodatno istaknute.
Vrijeme objave: 02.07.2025.