Trong ngành đồ uống và thực phẩm, việc duy trì chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn thực phẩm và tối ưu hóa hiệu quả sản xuất là vô cùng quan trọng. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm đã nổi lên như một thiết bị quan trọng trong ngành này nhờ thiết kế độc đáo và nhiều ưu điểm. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong các quy trình khác nhau như gia nhiệt, làm mát, tiệt trùng và thanh trùng, đáp ứng các yêu cầu cụ thể của việc sản xuất thực phẩm và đồ uống.
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm bao gồm một loạt các tấm kim loại mỏng, có gợn sóng được xếp chồng và bịt kín với nhau. Các tấm này tạo ra các kênh hẹp mà qua đó hai chất lỏng khác nhau chảy qua. Một chất lỏng, thường là sản phẩm đang được xử lý (chẳng hạn như đồ uống hoặc thành phần thực phẩm), và chất lỏng còn lại là môi chất trao đổi nhiệt (như nước nóng, hơi nước để gia nhiệt hoặc nước lạnh, chất làm lạnh để làm mát).
Các chất lỏng chảy theo một mô hình xen kẽ giữa các tấm. Khi chúng chảy, nhiệt được truyền qua các vách tấm mỏng từ chất lỏng nóng hơn sang chất lỏng lạnh hơn. Thiết kế gợn sóng của các tấm có nhiều mục đích. Thứ nhất, nó làm tăng diện tích bề mặt có sẵn để truyền nhiệt, tăng cường hiệu quả của quá trình trao đổi nhiệt. Thứ hai, nó thúc đẩy sự nhiễu loạn trong dòng chảy của chất lỏng. Sự nhiễu loạn đảm bảo rằng các chất lỏng trộn lẫn hiệu quả hơn trong các kênh tương ứng của chúng, làm giảm sự hình thành các lớp biên nơi truyền nhiệt kém hiệu quả hơn. Ngay cả ở các số Reynolds tương đối thấp (thường trong khoảng 50 - 200), các tấm gợn sóng có thể tạo ra đủ sự nhiễu loạn, dẫn đến hệ số truyền nhiệt cao. Hệ số này thường được coi là cao hơn từ 3 đến 5 lần so với bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống truyền thống.
· Gia nhiệt siro và cô đặc: Siro được sử dụng trong sản xuất nước giải khát, nước ép trái cây và các loại đồ uống khác thường cần được làm nóng để trộn và chế biến tốt hơn. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể làm nóng các loại siro này đến nhiệt độ yêu cầu, có thể dao động từ 50 - 80°C tùy thuộc vào công thức cụ thể. Quá trình gia nhiệt này giúp hòa tan bất kỳ chất rắn còn lại nào, cải thiện tính đồng nhất của siro và tạo điều kiện thuận lợi cho việc trộn sau đó với các thành phần khác.3.1.2 Chế biến thực phẩm
· Gia nhiệt sản phẩm từ sữa: Trong ngành công nghiệp sữa, sữa và các sản phẩm từ sữa khác có thể cần được làm nóng cho các quy trình như làm pho mát. Khi làm pho mát, sữa thường được làm nóng đến một nhiệt độ cụ thể, khoảng 30 - 40°C, để thúc đẩy hoạt động của men hoặc các chất đông tụ khác. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể kiểm soát chính xác việc làm nóng sữa, đảm bảo kết quả nhất quán trong sản xuất pho mát.3.2 Ứng dụng làm mát
· Làm mát bia: Trong quá trình ủ bia, sau khi lên men bia, bia cần được làm mát đến nhiệt độ thấp để bảo quản và trưởng thành. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được sử dụng để làm mát bia từ nhiệt độ lên men (thường là khoảng 18 - 25°C) đến nhiệt độ bảo quản khoảng 0 - 4°C. Quá trình làm mát này giúp làm trong bia, giảm hoạt động của men và các vi sinh vật khác, đồng thời tăng cường độ ổn định và thời hạn sử dụng của bia.3.2.2 Làm mát thực phẩm
· Làm mát sản phẩm từ sữa: Các sản phẩm từ sữa như sữa, sữa chua và hỗn hợp kem cần được làm mát để kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn và đạt được độ đặc mong muốn. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được sử dụng để làm mát sữa sau khi thanh trùng từ khoảng 72 - 75°C (nhiệt độ thanh trùng) xuống 4 - 6°C để bảo quản. Trong sản xuất kem, hỗn hợp kem được làm mát đến nhiệt độ rất thấp, khoảng - 5 đến - 10°C, bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm kết hợp với hệ thống làm lạnh.3.3 Ứng dụng tiệt trùng và thanh trùng
3.3.2 Thanh trùng và tiệt trùng thực phẩm· Thanh trùng sữa: Việc thanh trùng sữa là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp sữa để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được sử dụng để làm nóng sữa đến nhiệt độ 72 - 75°C trong ít nhất 15 giây (thanh trùng nhiệt độ cao thời gian ngắn - HTST) hoặc 63 - 65°C trong 30 phút (thanh trùng nhiệt độ thấp thời gian dài - LTLT). Điều này tiêu diệt hầu hết các vi khuẩn gây bệnh có trong sữa, chẳng hạn như Salmonella, Listeria và E. coli, đồng thời duy trì các phẩm chất dinh dưỡng và cảm quan của sữa.
4. Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm trong ngành đồ uống và thực phẩm4.1 Hiệu quả truyền nhiệt cao
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thiết kế rất nhỏ gọn. Các tấm xếp chồng chiếm ít không gian hơn nhiều so với bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống truyền thống có cùng công suất truyền nhiệt. Trong ngành đồ uống và thực phẩm, nơi các cơ sở sản xuất có thể bị hạn chế về không gian, sự nhỏ gọn này là một lợi thế lớn. Một diện tích nhỏ hơn cho phép sử dụng hiệu quả hơn diện tích sàn sản xuất, cho phép lắp đặt các thiết bị cần thiết khác hoặc mở rộng dây chuyền sản xuất. Ngoài ra, bản chất nhẹ của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, do việc sử dụng các tấm kim loại mỏng, giúp chúng dễ dàng lắp đặt và di dời nếu cần.4.3 Dễ dàng vệ sinh và bảo trì
4.4 Tính linh hoạtBộ trao đổi nhiệt dạng tấm có tính linh hoạt cao và có thể được điều chỉnh cho nhiều ứng dụng trong ngành đồ uống và thực phẩm. Số lượng tấm trong bộ trao đổi nhiệt có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu truyền nhiệt khác nhau. Ví dụ, nếu một công ty đồ uống muốn tăng công suất sản xuất, có thể thêm các tấm bổ sung vào bộ trao đổi nhiệt dạng tấm để xử lý khối lượng sản phẩm lớn hơn. Hơn nữa, bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể được sử dụng với nhiều loại chất lỏng, bao gồm cả những chất lỏng có độ nhớt, giá trị pH và thành phần hóa học khác nhau. Điều này làm cho chúng phù hợp để chế biến mọi thứ, từ đồ uống loãng, độ nhớt thấp như nước và nước giải khát đến thực phẩm đặc, độ nhớt cao như nước sốt và purée.
Việc kiểm soát nhiệt độ chính xác do bộ trao đổi nhiệt dạng tấm cung cấp là rất quan trọng để bảo quản chất lượng và an toàn của các sản phẩm thực phẩm và đồ uống. Trong các quy trình như thanh trùng và tiệt trùng, việc kiểm soát nhiệt độ và thời gian chính xác là điều cần thiết để tiêu diệt các vi sinh vật có hại trong khi giảm thiểu tác động đến hương vị, màu sắc và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể cung cấp sự kết hợp chính xác giữa nhiệt độ và thời gian giữ cần thiết cho các quy trình này, đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhất về an toàn và chất lượng thực phẩm. Ví dụ, trong quá trình thanh trùng nước ép trái cây, việc gia nhiệt và làm mát nhanh chóng do bộ trao đổi nhiệt dạng tấm cung cấp giúp giữ lại hương vị và vitamin tự nhiên của nước ép, đồng thời loại bỏ hiệu quả mọi mầm bệnh tiềm ẩn.5. Kết luận
Trong ngành đồ uống và thực phẩm, việc duy trì chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn thực phẩm và tối ưu hóa hiệu quả sản xuất là vô cùng quan trọng. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm đã nổi lên như một thiết bị quan trọng trong ngành này nhờ thiết kế độc đáo và nhiều ưu điểm. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong các quy trình khác nhau như gia nhiệt, làm mát, tiệt trùng và thanh trùng, đáp ứng các yêu cầu cụ thể của việc sản xuất thực phẩm và đồ uống.
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm bao gồm một loạt các tấm kim loại mỏng, có gợn sóng được xếp chồng và bịt kín với nhau. Các tấm này tạo ra các kênh hẹp mà qua đó hai chất lỏng khác nhau chảy qua. Một chất lỏng, thường là sản phẩm đang được xử lý (chẳng hạn như đồ uống hoặc thành phần thực phẩm), và chất lỏng còn lại là môi chất trao đổi nhiệt (như nước nóng, hơi nước để gia nhiệt hoặc nước lạnh, chất làm lạnh để làm mát).
Các chất lỏng chảy theo một mô hình xen kẽ giữa các tấm. Khi chúng chảy, nhiệt được truyền qua các vách tấm mỏng từ chất lỏng nóng hơn sang chất lỏng lạnh hơn. Thiết kế gợn sóng của các tấm có nhiều mục đích. Thứ nhất, nó làm tăng diện tích bề mặt có sẵn để truyền nhiệt, tăng cường hiệu quả của quá trình trao đổi nhiệt. Thứ hai, nó thúc đẩy sự nhiễu loạn trong dòng chảy của chất lỏng. Sự nhiễu loạn đảm bảo rằng các chất lỏng trộn lẫn hiệu quả hơn trong các kênh tương ứng của chúng, làm giảm sự hình thành các lớp biên nơi truyền nhiệt kém hiệu quả hơn. Ngay cả ở các số Reynolds tương đối thấp (thường trong khoảng 50 - 200), các tấm gợn sóng có thể tạo ra đủ sự nhiễu loạn, dẫn đến hệ số truyền nhiệt cao. Hệ số này thường được coi là cao hơn từ 3 đến 5 lần so với bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống truyền thống.
· Gia nhiệt siro và cô đặc: Siro được sử dụng trong sản xuất nước giải khát, nước ép trái cây và các loại đồ uống khác thường cần được làm nóng để trộn và chế biến tốt hơn. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể làm nóng các loại siro này đến nhiệt độ yêu cầu, có thể dao động từ 50 - 80°C tùy thuộc vào công thức cụ thể. Quá trình gia nhiệt này giúp hòa tan bất kỳ chất rắn còn lại nào, cải thiện tính đồng nhất của siro và tạo điều kiện thuận lợi cho việc trộn sau đó với các thành phần khác.3.1.2 Chế biến thực phẩm
· Gia nhiệt sản phẩm từ sữa: Trong ngành công nghiệp sữa, sữa và các sản phẩm từ sữa khác có thể cần được làm nóng cho các quy trình như làm pho mát. Khi làm pho mát, sữa thường được làm nóng đến một nhiệt độ cụ thể, khoảng 30 - 40°C, để thúc đẩy hoạt động của men hoặc các chất đông tụ khác. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể kiểm soát chính xác việc làm nóng sữa, đảm bảo kết quả nhất quán trong sản xuất pho mát.3.2 Ứng dụng làm mát
· Làm mát bia: Trong quá trình ủ bia, sau khi lên men bia, bia cần được làm mát đến nhiệt độ thấp để bảo quản và trưởng thành. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được sử dụng để làm mát bia từ nhiệt độ lên men (thường là khoảng 18 - 25°C) đến nhiệt độ bảo quản khoảng 0 - 4°C. Quá trình làm mát này giúp làm trong bia, giảm hoạt động của men và các vi sinh vật khác, đồng thời tăng cường độ ổn định và thời hạn sử dụng của bia.3.2.2 Làm mát thực phẩm
· Làm mát sản phẩm từ sữa: Các sản phẩm từ sữa như sữa, sữa chua và hỗn hợp kem cần được làm mát để kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn và đạt được độ đặc mong muốn. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được sử dụng để làm mát sữa sau khi thanh trùng từ khoảng 72 - 75°C (nhiệt độ thanh trùng) xuống 4 - 6°C để bảo quản. Trong sản xuất kem, hỗn hợp kem được làm mát đến nhiệt độ rất thấp, khoảng - 5 đến - 10°C, bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm kết hợp với hệ thống làm lạnh.3.3 Ứng dụng tiệt trùng và thanh trùng
3.3.2 Thanh trùng và tiệt trùng thực phẩm· Thanh trùng sữa: Việc thanh trùng sữa là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp sữa để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được sử dụng để làm nóng sữa đến nhiệt độ 72 - 75°C trong ít nhất 15 giây (thanh trùng nhiệt độ cao thời gian ngắn - HTST) hoặc 63 - 65°C trong 30 phút (thanh trùng nhiệt độ thấp thời gian dài - LTLT). Điều này tiêu diệt hầu hết các vi khuẩn gây bệnh có trong sữa, chẳng hạn như Salmonella, Listeria và E. coli, đồng thời duy trì các phẩm chất dinh dưỡng và cảm quan của sữa.
4. Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm trong ngành đồ uống và thực phẩm4.1 Hiệu quả truyền nhiệt cao
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thiết kế rất nhỏ gọn. Các tấm xếp chồng chiếm ít không gian hơn nhiều so với bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống truyền thống có cùng công suất truyền nhiệt. Trong ngành đồ uống và thực phẩm, nơi các cơ sở sản xuất có thể bị hạn chế về không gian, sự nhỏ gọn này là một lợi thế lớn. Một diện tích nhỏ hơn cho phép sử dụng hiệu quả hơn diện tích sàn sản xuất, cho phép lắp đặt các thiết bị cần thiết khác hoặc mở rộng dây chuyền sản xuất. Ngoài ra, bản chất nhẹ của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, do việc sử dụng các tấm kim loại mỏng, giúp chúng dễ dàng lắp đặt và di dời nếu cần.4.3 Dễ dàng vệ sinh và bảo trì
4.4 Tính linh hoạtBộ trao đổi nhiệt dạng tấm có tính linh hoạt cao và có thể được điều chỉnh cho nhiều ứng dụng trong ngành đồ uống và thực phẩm. Số lượng tấm trong bộ trao đổi nhiệt có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu truyền nhiệt khác nhau. Ví dụ, nếu một công ty đồ uống muốn tăng công suất sản xuất, có thể thêm các tấm bổ sung vào bộ trao đổi nhiệt dạng tấm để xử lý khối lượng sản phẩm lớn hơn. Hơn nữa, bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể được sử dụng với nhiều loại chất lỏng, bao gồm cả những chất lỏng có độ nhớt, giá trị pH và thành phần hóa học khác nhau. Điều này làm cho chúng phù hợp để chế biến mọi thứ, từ đồ uống loãng, độ nhớt thấp như nước và nước giải khát đến thực phẩm đặc, độ nhớt cao như nước sốt và purée.
Việc kiểm soát nhiệt độ chính xác do bộ trao đổi nhiệt dạng tấm cung cấp là rất quan trọng để bảo quản chất lượng và an toàn của các sản phẩm thực phẩm và đồ uống. Trong các quy trình như thanh trùng và tiệt trùng, việc kiểm soát nhiệt độ và thời gian chính xác là điều cần thiết để tiêu diệt các vi sinh vật có hại trong khi giảm thiểu tác động đến hương vị, màu sắc và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể cung cấp sự kết hợp chính xác giữa nhiệt độ và thời gian giữ cần thiết cho các quy trình này, đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhất về an toàn và chất lượng thực phẩm. Ví dụ, trong quá trình thanh trùng nước ép trái cây, việc gia nhiệt và làm mát nhanh chóng do bộ trao đổi nhiệt dạng tấm cung cấp giúp giữ lại hương vị và vitamin tự nhiên của nước ép, đồng thời loại bỏ hiệu quả mọi mầm bệnh tiềm ẩn.5. Kết luận
