مبدلهای حرارتی تجهیزاتی هستند که وظیفه انتقال حرارت بین دو یا چند سیال با دماهای مختلف را بر عهده دارند. مبدلهای حرارتی در صنایع لبنی کاربردهای گستردهای دارند؛ از جمله گرمکردن، خنککردن، پاستوریزهکردن و استریلیزهکردن. مبدلهای حرارتی با از بینبردن میکروبها، حفظ مواد مغذی و نگهداری فرآوردههای لبنی در دمای مطلوب، به بالابردن کیفیت و ماندگاری محصولات لبنی کمک میکنند. برخی از انواع مبدلهای حرارتی رایج در صنایع لبنی عبارت اند از: مبدل حرارتی صفحهای واشردار، مبدل حرارتی صفحهای بریز، مبدل حرارتی پوسته و لوله، مخازن دو جداره پیلو پلیت، آیس بانک پیلو و … .
1. خنککردن شیر
شیر تازه پس از تولید در دامپروری باید برای فرآوری به کارخانجات لبنی منتقل شود. شیر خام سیالی مستعد آلودگی توسط انواع باکتریها است. یکی از راههای جلوگیری از آلودگی شیر خام، سردکردن آن تا دمای زیر 5 درجه سانتیگراد، جهت آمادهسازی برای حمل است. به این منظور از مبدل حرارتی صفحهای واشردار تمام استنلس استیل استفاده میشود که هم باعث کاهش مصرف انرژی شده و هم سبب بهبود کیفیت شیر میشود. شیر تازه جمعآوری شده وارد مبدل حرارتی صفحهای میشود. در طرف دیگر آب آیس بانک با دمای حدود 1 درجه وارد مبدل شده و با شیر تبادل حرارتی میکند. به این ترتیب شیر از دمای اولیه حدود 37 درجه سانتیگراد تا دمای 5 درجه خنک شده و آماده انتقال به کارخانه تولید لبنیات میشود.
به منظور کاهش مصرف انرژی و همچنین کاهش هزینه آیس بانک میتوان از مبدل حرارتی صفحهای دو بخشی استفاده کرد. شیر در بخش اول با آب مصرفی دامپروری خنک شده و سپس در بخش دوم مبدل حرارتی با استفاده از آب آیس بانک تا دمای نهایی حدود 5 درجه سانتیگراد خنک میشود. مبدل حرارتی صفحهای آگرین انرژی فرآیند بر اساس شرایط دمایی و ظرفیت تولید شیر در دامپروری طراحی و تولید میگردد.
از مزایای استفاده از مبدلهای حرارتی صفحهای آگرین انرژی در خنککردن شیر خام میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- قابلیت شستشوی مداوم جهت تامین استانداردهای بهداشتی به دلیل ساختار تمام استنلس استیل.
- کاهش بار سرمایشی سیستم تبرید مخازن نگهدارنده شیر و صرفهجویی در مصرف برق و هزینههای نگهداری به دلیل راندمان بالا در مبدلهای حرارتی صفحهای.
- جلوگیری از رشد باکتری و حفظ ارزش غذایی و طعم شیر به دلیل سرعت بالای خنککردن شیر در مبدلهای حرارتی صفحهای.
- تعمیر و نگهداری کمهزینه و امکان بازشدن و شستشوی مکانیکی صفحات انتقال حرارت.
- نصب آسان به دلیل استفاده از انواع اتصالات بهداشتی صنایع غذایی (Sanitary Connections) همچون اتصال Tri-Clamp، مهره ماسوره و … .
2. پاستوریزهکردن شیر و نوشیدنی
فرآیند پاستوریزهکردن شیر، به منظور از بینبردن میکروارگانیسمهای مضر و افزایش زمان ماندگاری انجام میگیرد. در این فرآیند شیر در یک مبدل حرارتی صفحهای مخصوص ابتدا تا دمای 75 تا 80 درجه سانتیگراد گرم میشود. پس از گذشت زمان کوتاهی و عبور از لولههای نگهدارنده، شیر در همان مبدل حرارتی صفحهای تا دمای زیر 5 درجه سانتیگراد سرد میشود. مبدل حرارتی صفحهای پاستور معمولا از چند بخش مجزا تشکیل شدهاست که توسط یک استراکچر تمام استیل در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. حداقل تعداد سکشن یا بخش مبدل پاستور 3 مرحله است. با این وجود در صورت نیاز، تعداد سکشن مبدل حرارتی با توجه به مراحل هموژنیزه کردن و … قابل افزایش است.
نحوه عملکرد مبدل حرارتی پاستور چهار مرحلهای:
ابتدا، شیر خام از مخازن ذخیره وارد مبدل حرارتی صفحهای شده و با هدف بازیافت انرژی در مجاورت شیر از قبل گرم شده تا دمای حدود 60 درجه سانتیگراد گرم میشود. این مرحله به منظور جلوگیری از هدر رفت انرژی انجام میشود. در بخش بعدی شیر پیش گرم شده توسط آب داغ تا دمای حدود 80 درجه سانتیگراد گرم شده و به سمت لولههای نگهدارنده هدایت میشود. مدت زمان ماند شیر در این دما حدود 15 ثانیه است. دمای قسمت پاستوریزاسیون نباید زیاد باشد در غیر این صورت شیر تازه ارزش غذایی خود را از دست میدهد و طعم نامطلوبی پیدا میکند. لذا مبدل حرارتی صفحهای پاستور باید به دقت طراحی شود تا دمای شیر در هر مرحله به خوبی کنترل شود.
آب داغ مورد استفاده در مبدل حرارتی پاستور توسط استیم هیتر، که یک مبدل حرارتی صفحهای بریز (BPHE) است، تامین میشود. در این مبدل حرارتی آب در مجاورت بخار دما بالا تا دمای مطلوب گرم میشود و سپس به سمت مبدل حرارتی پاستور هدایت میشود. تحمل دما تا 200 درجه سانتیگراد و تحمل فشار 30 بار، مبدل حرارتی صفحهای بریز را به گزینهای ایدهآل برای کاربرد استیم هیتر در صنایع لبنی و نوشیدنی تبدیل کردهاست. در نهایت، در سکشن انتهایی مبدل حرارتی پاستور، شیر توسط آب سرد آیس بانک تا حدود 4 درجه خنک شده و به مخزنهای مخصوص برای نگهداری یا توزیع منتقل میشود.
به دلیل حساسیتهای بالای بهداشتی در فرآوری محصولات صنایع غذایی و به خصوص لبنی تمامی اجزای مبدلهای حرارتی باید از مواد استاندارد و مورد تایید این صنعت تهیه و ساخته شود. لذا در مبدلهای حرارتی آگرین انرژی – AGEN علاوه بر صفحات حرارتی که از جنس استنلس استیل 316-L ساخته میشوند، صفحات نگهدارنده، پیچها، راهنما، ستون و … نیز از جنس استنلس استیل 304 ساخته میشوند. همچنین واشرها یا گسکتهای مبدل حرارتی نیز از مواد گرید مواد غذایی تولید میشوند تا از ورود هرگونه آلودگی به محصول و کاهش کیفیت آن جلوگیری شود.
فرآیند پاستوریزه کردن برای دیگر انواع نوشیدنیها و مواد غذایی مانند دوغ ، آبمیوه، عرقیجات، رب و … نیز به طور کلی به همین صورت است.
شستشو در محل (Cleaning-In-Place CIP):
تمیزکاری مبدلهای حرارتی صفحهای و سایر تجهیزات خطوط تولید محصولات لبنی عمدتاً بدون جداسازی اجزاء و در محل، توسط سیستمهای CIP یا شستشو در محل انجام میشود. این تجهیزات به کمک مبدلهای حرارتی صفحهای آب را تا دمای مشخصی گرم کرده و سپس برای شستن رسوبات و ذرات باقیمانده در مخازن فرآوری، پایپینگ و مبدلهای حرارتی مورد استفاده قرار میدهند.
مبدلهای حرارتی مورد استفاده در سیستمهای CIP خطوط تولید لبنی معمولاً از نوع مبدل حرارتی صفحهای واشردار (GPHE) با فریم و اتصالات تمام استنلس استیل یا مبدل حرارتی بریز (BPHE) است.
