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 گسترده ای دارند؛ از جمله گرم کردن، خنک کردن، پاستوریزه کردن و استریلیزه کردن. مبدلهای حرارتی با از بین بردن میکروب ها، حفظ مواد مغذی و نگهداری فرآورده های لبنی در دمای مطلوب، به بالا بردن کیفیت و ماندگاری محصولات لبنی کمک میکنند. برخی از انواع مبدلهای حرارتی رایج در صنایع لبنی عبارت اند از: مبدل حرارتی صفحه ای واشردار، مبدل حرارتی صفحه ای بریز، مبدل حرارتی پوسته و لوله، مخازن دو جداره پیلو پلیت، آیس بانک پیلو و … .
1. خنک کردن شیر
شیر تازه پس از تولید در دامپروری باید برای فرآوری به کارخانجات لبنی منتقل شود. شیر خام سیالی مستعد آلودگی توسط انواع باکتری ها است. یکی از راه های جلوگیری از آلودگی شیر خام، سرد کردن آن تا دمای زیر 5 درجه سانتیگراد، جهت آماده سازی برای حمل است. به این منظور از مبدل حرارتی صفحه ای واشردار تمام استنلس استیل استفاده میشود که هم باعث کاهش مصرف انرژی شده و هم سبب بهبود کیفیت شیر میشود. شیر تازه جمع آوری شده وارد مبدل حرارتی صفحه ای 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 صفحه ای 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 سانتی گراد خنک میشود. مبدل حرارتی صفحه ای آگرین انرژی فرآیند بر اساس شرایط دمایی و ظرفیت تولید شیر در دامپروری طراحی و تولید میگردد.
از مزایای استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای آگرین انرژی در خنک کردن 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 صرفه جویی در مصرف برق و هزینه های نگهداری به دلیل راندمان بالا در مبدل های حرارتی صفحه ای.
- جلوگیری از رشد باکتری و حفظ ارزش غذایی و طعم شیر به دلیل سرعت بالای خنک کردن شیر در مبدلهای حرارتی صفحه ای.
- تعمیر و نگهداری کم هزینه و امکان باز شدن 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. پاستوریزه کردن شیر و نوشیدنی
فرآیند پاستوریزه کردن شیر، به منظور از بین بردن میکروارگانیسم های مضر و افزایش زمان ماندگاری انجام میگیرد. در این فرآیند شیر در یک مبدل حرارتی صفحه ای مخصوص ابتدا تا دمای 75 تا 80 درجه سانتی گراد گرم میشود. پس از گذشت زمان کوتاهی و عبور از لوله های نگهدارنده، شیر در همان مبدل حرارتی صفحه ای تا دمای زیر 5 درجه سانتی گراد سرد میشود. مبدل حرارتی صفحه ای پاستور معمولا از چند بخش مجزا تشکیل شده است که توسط یک استراکچر تمام استیل در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. 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 مرحله ای:
ابتدا، شیر خام از مخازن ذخیره وارد مبدل حرارتی صفحه ای شده و با هدف بازیافت انرژی در مجاورت شیر از قبل گرم شده تا دمای حدود 60 درجه سانتی گراد 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 لوله های 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 می دهد و طعم نا مطلوبی پیدا میکند. لذا مبدل حرارتی صفحه ای 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 صفحه ای 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 سانتی گراد و تحمل فشار 30 بار، مبدل حرارتی صفحه ای بریز را به گزینه ای ایده آل برای کاربرد استیم هیتر در صنایع لبنی و نوشیدنی تبدیل کرده است. در نهایت، در سکشن انتهایی مبدل حرارتی پاستور، شیر توسط آب سرد آیس بانک تا حدود 4 درجه خنک شده و به مخزن های مخصوص برای نگهداری یا توزیع منتقل میشود.
به دلیل حساسیت های بالای بهداشتی در فرآوری محصولات صنایع غذایی و به خصوص لبنی تمامی اجزای مبدل های 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-ال ساخته میشوند، صفحات نگهدارنده، پیچها، راهنما، ستون و … نیز از جنس استنلس استیل 304 ساخته میشوند. هم چنین واشرها یا گسکت های مبدل حرارتی نیز از مواد گرید مواد غذایی تولید میشوند تا از ورود هر گونه 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.
