Bruk av skrapede overflatevarmevekslere i margarinindustrien
Skrapede overflatevarmevekslere (SSHE) er svært effektive varmeoverføringsenheter som forbedrer varmeoverføringen gjennom mekanisk skraping. De er spesielt egnet for væsker med høy viskositet, lett krystalliserbare eller partikkelholdige væsker. Følgende er en analyse av deres arbeidsprinsipp og spesifikke bruksområder i margarinindustrien:
I. Arbeidsprinsipp for skrapede overflatevarmevekslere
1. Kjernestruktur
o Kappesylinder: Det ytre laget forsynes med varme-/kjølemedier (som damp, kaldt vann eller varmeoverføringsolje).
o Roterende aksel og skrape: Innvendig er det en roterbar aksel med flere fleksible eller stive skraper festet, som fester seg tett til sylinderens indre vegg.
o Drivenhet: En motor driver akselen til å rotere med høy hastighet (vanligvis 100–500 o/min).
2. Arbeidsprosess
o Skrapeeffekt: Skraperne skraper kontinuerlig materialet av den indre veggen, noe som forhindrer tilsmussing eller krystallisering, og samtidig tvinger de frem fornyelse av grensesjiktet på varmeoverføringsflaten, noe som øker varmeoverføringskoeffisienten betydelig (opptil 5–10 ganger høyere enn for tradisjonelle rørvarmevekslere).
o Blandefunksjon: De roterende skrapene utøver skjærende og rørende effekter på materialet, noe som fremmer jevn temperatur og sammensetning.
o Faseendringskontroll: Ved å justere kappetemperaturen og skrapehastigheten nøyaktig, kan rask avkjøling, krystallisering eller emulgering av materialet oppnås (for eksempel kontroll av fettkrystallisering i margarin).
3. Fordeler og egenskaper
o Egnet for høyviskøse væsker (opptil 10^5 cP), ikke-newtonske væsker eller materialer som inneholder faste partikler.
o Unngår lokal overoppheting eller kalde punkter, og sikrer dermed jevn produktkvalitet.
o Kan håndtere sensitive materialer som er utsatt for koksdannelse eller krystallisering.
II. Anvendelse i margarinproduksjon
1. Nøkkelrolle i produksjonsprosessen
Produksjon av margarin krever emulgering av oljer og vannfaser (melk, salt, emulgatorer osv.) etterfulgt av rask avkjøling og krystallisering. Skrapeoverflatevarmeveksleren er en sentral enhet, hovedsakelig brukt i:
o Avkjøling og krystallisering av emulsjoner: Rask avkjøling av den blandede emulsjonen (ca. 40–50 °C) til 10–20 °C for å indusere dannelsen av en stabil β'-krystallstruktur (avgjørende for en jevn tekstur).
o Kjernedannelsesprosessering: Skrapenes skjærkraft bryter ned store krystaller og danner et fint og ensartet fettnettverk, noe som forbedrer kremens tøyelighet.
o Steriliseringsbehandling: I noen prosesser brukes høytemperaturkapper for korttidssterilisering (f.eks. 85 °C i 15 sekunder).
2. Bransjetilpasningsevne
o Presis temperaturkontroll: Fettkrystallisering er temperaturfølsom (f.eks. må palmeolje kontrolleres ved 20–25 °C), og den skrapede varmeveksleren kan opprettholde temperaturområdet presist.
o Forebygging av faseseparasjon: Høy skjærkraft sikrer jevn spredning av vannfasen, og unngår olje-vann-separasjon.
o Håndtering av materialer med høyt fettinnhold: Margarin inneholder 70–80 % fett, og skrapedesignet løser tilstoppingsproblemet med tradisjonelle varmevekslere.
3. Typiske utstyrsparametere
o Varmeoverføringskoeffisient: 500–1500 W/(m²·K) (avhengig av materialets viskositet).
o Avkjølingshastighet: Opptil 30 °C/minutt (kritisk for fettkrystalliseringskinetikk).
o Kapasitet: Utstyr i industriell skala kan håndtere 1–10 tonn i timen.
III. Sammenligning med andre varmevekslere
Anvendbarhet i margarin ★★★★★ ★★☆ ★☆☆
| Kjennetegn | Skrapet overflatevarmeveksler | Skall- og rørvarmeveksler | Platevarmeveksler |
| Gjeldende viskositet | Høy (≤10^5 cP) | Moderat-lav (≤10^3 cP) | Lav (≤10^2 cP) |
| Risiko for begroing | Svært lav (selvrensende ved skraping) | Høy | Moderat |
| Skjæreffekt | Sterk (kontrollerbar) | Svak | Svak |
IV. Trender i bransjens utvikling
• Energioptimalisering: Bruk motorer med variabel frekvens for å justere skrapehastigheten, slik at den samsvarer med ulike formelkrav (f.eks. høyere skjærkraft for fløte med lavt fettinnhold).
• Intelligent kontroll: Integrer temperatur-viskositetssensorer for å justere kjølehastighet og skjærkraft i sanntid. • Sanitær design: CIP-systemet (Clean-In-Place) er i samsvar med EHEDG/3A-standardene og reduserer nedetiden.
Skrapevarmeveksleren, med sin svært effektive varmeoverføring og blandeegenskaper, har blitt et uunnværlig nøkkelutstyr i margarinindustrien. Spesielt under trenden med å satse på produkter med lavt transfettinnhold og høyfunksjonalitet, vil dens presise prosesseringsfordeler bli ytterligere fremhevet.
Publisert: 02.07.2025