schimbatoarecaldura

7/29/2019 SchimbatoareCaldura

1/30

Schimbtoare de cldur

IX. SCHIMBTOARE DE CLDUR

IX.1. Consideraii generale. Clasificri

Transmiterea cldurii reprezint fenomenul care st labaza multor operaii specifice industriei alimentare: nclzire,rcire, evaporare, condensare, uscare, distilare).

Transmiterea cldurii se produce pe baza unei diferenede temperatur. n mod spontan, cldur trece de la mediul maicald la mediul mai rece.

Schimbul termicconst n transmiterea cldurii, pentrua putea nclzi sau rci o materie prim, auxiliar sau un

produs. Operaia se realizeaz prin intermediul unui agenttermic, care n decursul operaiei de nclzire sau rcire, imodific sau nu starea de agregare.

Agenii termicifolosii n industria alimentar sunt :apa cald la presiunea atmosferic (pn la 80C)sau sub presiune (80 ... 374C);

- abur saturant cel mai utilizat purttor de cldur;-

apa rece agent de rcire;- apa rcit agent de rcire secundar peste 4C;- ageni de rcire neconvenionali: microunde cu

frecvena de 2450Hz (pentru oprirea fructelor i legumelor);cmp electric de nalt tensiune mai mare de 300kW (pentrunclzirea produselor cu aciditate ridicat).

Pasteurizarea reprezint operaia ce are drept scopdistrugerea majoritii microorganismelor i, n particular, a

bacteriilor patogene nesporulate prezente n produsul alimentar,

1


2/30

Prof.Dr.Ing. TeodorIoan TracUTILAJE N INDUSTRIA ALIMENTAR

cu cea mai mic pierdere posibil a calitilor senzoriale aleacestuia. Pasteurizatoarele lucreaz, n general, la presiuneatmosferic i temperaturi de lucru sub 100C.

Sterilizarea este operaia ce are drept scop distrugereatuturor microorganismelor, att a formelor vegetative, ct i acelor sporulate. Sterilizatoarele lucreaz la presiune atmosfericsau suprapresiune i temperaturi de lucru egale sau mai mari de100C.

Schimbtoarele de cldur se compun n principiu dindou spaii, delimitate ntre ele, pentru circulaia separat acelor dou substane ntre care se face schimbul de cldur.Peretele care separ cele dou spaii reprezint suprafaa detransmitere a cldurii sau suprafaa de nclzire sau rcire. ncazul n care aceast suprafa separatoare nu exist, schimbulde cldur ntre substane se face prin contact direct.

Schimbtoarele de cldur funcioneaz independent,

sau n cadrulunor instalaii complexe.Funcie de scopul lor, schimbtoarele de cldur seclasific n:

schimbtor de cldur propriu-zis sau recuperator decldur pentru nclzirea unui fluid rece sau rcirea unui fluidcald;

prenclzitor pentru nclzirea fluidului rece; rcitor pentru rcirea fluidului cald; radiator pentru nclzirea aerului; cazan cu abur pentru obinerea aburului; instalaie frigorific pentru rcirea fluidului; usctor pentru uscarea materialelor; turn de rcire pentru rcirea apei calde; condensator de suprafa sau de amestec pentru

condensarea vaporilor; evaporator pentru concentrarea soluiei lichide; coloan de rectificare pentru separarea unui amestec

pe baza diferenei de volatilitate.

2


3/30


Funcie de sensul de circulaie a fluidelor prinschimbtoarele de cldur, ele funcioneaz n echicurent, ncontracurent, n curent ncruciat sau n curent mixt.

Funcie de numrul de treceri a fluidelor prinschimbtoarele de cldur, ele sunt cu o singur trecere sau cumai multe treceri.

Schimbtoarele de cldur propriu-zise se clasific ndou mari grupe:

recuperatoare schimbul de cldur se face de lafluidul cald la fluidul rece, printr-un perete despritor, n regimstaionar (permanent);

regeneratoare schimbul de cldur se face prinintermediul unui solid, care nmagazineaz cldura de la fluidulcald i o cedeaz fluidului rece, n regim nestaionar.

Schimbtoarele de cldur folosite n industria alimentarse pot denumi funcie de operaia care se realizeaz cu ele: deexemplu opritor n industria conservelor de legume i fructe, n

industria crnii, calorizator n industria zahrului.n ceea ce privesc materialele din care seconfecioneaz prile componente ale schimbtoarelor decldur, trebuie menionat c produsele care se supuntratamentelor termic sunt foarte diferite din punct de vedere alcompoziiei chimice. n majoritatea cazurilor, produselealimentare pot avea o reacie acid sau una alcalin, ceea cedetermin i alegerea materialului din care trebuiesc executatecomponentele schimbtoarelor de cldur. De exemplu, la

prelucrarea legumelor i fructelor, datorit reaciei lor acide, seimpune confecionarea schimbtoarelor de cldur din oelinoxidabil sau alte materiale anticorosive; la prelucrareaporumbului sau fabricarea amidonului, datorit reaciei chimiceagresive fa de metal a produselor obinute, schimbtoarele decldur trebuiesc confecionate din font rezistent la acizi, dinoel inoxidabil, din cupru sau din aliaje ale acestuia; n industriazahrului, datorit pe de o parte reaciei slab acide a sucului dedifuziune i pe de alt parte reaciei slab alcaline a sucului de

saturaie, pentru a nu micora stabilitatea chimic a evilor

3


4/30


schimbtoarelor de cldur, acestea se confecioneaz din oelcarbon cu coninut sczut de sulf i fosfor.

IX.2. Schimbtoare de cldur cu plci

IX.2.1. Particulariti constructiv funcionale.Moduri de circulaie a fluidelor

Schimbtorul de cldur cu plci (figura IX.1) secompune din:

1 - suport;2 - plac de capt mobil;3, 3 - bare de ghidare i fixare;4 - plci metalice;5 - plac de capt fix;6 - boluri de strngere.Plcile metalice (4) sunt montate n pachete, dispuse pe

un cadru metalic format din bare de ghidare i fixare (3), (3) isuport (1). Plcile (4) se strng cu boluri (6) ntre placa de captfix (5) i placa de capt mobil (2). Plcile de capt au rolul dea absorbi forele necesare etanrii plcilor i forele rezultatedin presiunea fluidelor, precum i de fixare a pachetului de plci.Plcile au guri pentru trecerea celor dou fluide ntre care seproduce transferul de cldur.

Plcile se clasific dup profil n plci cu canale, plci cuflux unic i plci plane cu elemente pentru crearea turbulenei.Cele mai rspndite tipuri de plci sunt cele cu flux unicpeliculare, la care lichidul se deplaseaz sub forma unei peliculen valuri (cu vitez de 0,3 0,8 m/s), urmnd configuraiageometric a plcii.

Plcile unui schimbtor de cldur pot fi normale,intermediare, de capt. Toate plcile se numeroteaz, pentru arespecta ordinea de montaj necesar circulaiei corecte afluidelor. Plcile se grupeaz n zone, printr-o zon aschimbtorului de cldur nelegnd poriunea cuprins ntre

4


5/30


dou plci intermediare. Fiecare zon se caracterizeaz prinnatura fluidelor, schema de circulaie i regimul de temperatur.Plcile normale dintr-o zon formeaz unul sau mai multepachete, fiecare pachet constituindu-se dintr-un numr decanale prin care se deplaseaz fluidul.

Figura IX.1 Schimbtorul de cldur cu plci

Cele dou fluide curg ntr-o singur zon (figura IX.2 a),sau n mai multe zone (figura IX.2 b).

5


6/30


a

b

Figura IX.2 Moduri de curgere a fluidelor ntr-un schimbtor de cldurcu plci

Pentru realizarea turbulenei n fluxul de fluide i

susinerea plcilor la diferite presiuni, acestea au pe suprafaalor canale de diferite configuraii (ondulaii transversale, n V,proeminene circulare).

Plcile se etaneaz cu garnituri, ceea ce permiteetanarea canalelor i direcionarea fluidelor n canalealternante, paralele, astfel nct unul dintre fluide curge printr-unnumr impar de canale, iar cellalt printr-un numr par.

n tabelul IX.1 se prezint un exemplu de caracteristicitehnice pentru un astfel de schimbtor de cldur cu plci.

6


7/30


Tabelul IX.1 Caracteristici tehnice ale schimbtorului de cldur cuplci exemplu

Caracteristici ValoriAria suprafeei de schimb termic[m2]

0,1

Lungimea total maxim [mm] 1700Lungimea total minim [mm] 600Limea total maxim [mm] 1450Limea total minim [mm] 500

nlimea total [mm] 954Coeficientul global de transfertermic [W/(m2grad)]

2330 6000

Temperatura de lucru [C] -10 ... +140 (+160)Presiunea maxim de lucru [bar] 16Debitul maxim al fluidelor delucru [m3/h]

63

Fluxul de cldur maxim care sepoate transfera [MW]

3,5

Masa [kg] 380Materialul plcilor Oel inoxidabil

W 1.4301; W 1.4541;

AIS I304; AISI 316Materialul garniturilor Cauciuc tip EPDM,oleorezistent, alimentar

IX.2.2. Avantaje i limitri

Schimbtoarele de cldur cu plci prezint urmtoareleavantaje:

- compactitate;- retenie mic;

7


8/30


- greutate redus;- etaneitate: n condiiile unui sistem de garnituri bine

configurate i corect aplicate, schimbtorul de cldur cu plcieste perfect etan, astfel nct nu au loc pierderi de fluide natmosfer sau amestecuri ntre fluide ; pericolul unor eventualescurgeri accidentale de fluide poate fi prevenit prin utilizarea degarnituri duble ;

- flexibilitate: schimbtorul de cldur cu plci este

singurul tip de schimbtor de cldur care ofer flexibilitate ; odat instalat, pachetul de plci poate fi extins, redus saumodificat ;

-procent mare de recuperare a cldurii;- rat de curgere optim;-posibilitatea curgerii fluidelor n contracurent, echi-

curent sau curent mixt: ntr-un schimbtor cu o singur zon,cele dou fluide curg 100% fie n contracurent, fie echicurent,astfel nct este utilizat ntreaga diferen de temperatur ntre

cele dou fluide. Dac fluidele curg prin mai multe zone (acelainumr de zone pentru cele dou fluide), varianta optim este ncontracurent. Dac ns necesitile privind ratele de curgerei/sau cderile de presiune i/sau proprietile fizice ceradoptarea unui numr neegal de zone (de exemplu 3 zone cu16 canale plci pentru fluidul A i o zon cu 48 canale pentrufluidul B), atunci schimbtorul funcioneaz parial n curentechicurent, parial n contracurent;

- coeficieni mari de transfer termic.

Din punct de vedere constructiv funcional,schimbtoarele de cldur cu plci sunt supuse urmtoarelorlimitri:

- suprafaa de transfer termic maxim : 2200 m2;- presiune maxim : 2,5 MPa;- temperatura de operare maxim : 160C (250C

pentru unele tipuri de schimbtoare i anumite calitiale garniturilor de etanare);

-

temperatura de operare minim : -25C.

8


9/30


IX.2.3. ntreinere

Schimbtoarele de cldur cu plci se ntrein prin una

din urmtoare metode:- curare la locul de operare prin pachetul de plci sevehiculeaz ageni de curare;

- curare n sens invers unul sau amndou fluidelede lucru circul n sens invers prin plci, pentru perioade scurte(figura IX.3a mod de circulaie a fluidelor n timpul lucrului ;figura IX.3b mod de circulaie a fluidelor n timpul currii);

- prefiltrarea fluidelor de lucru;- clorinare pentru prevenirea creterii acitivitii

biologice.

a

b

Figura IX.3 Scheme de circulaie a fluidelor n schimbtorul de cldurcu plci

n cazul currii manuale a plcilor, de exemplu n

perioadele anuale de ntreinere reparaii, schimbtorul se

9


10/30


deschide, iar suprafeele de transfer a cldurii (plcile) se potcura astfel:

- cu ap cald (posibil i cu agent de curare), prinperierea plcilor cu perii din fibre sintetice (nu metal);

- cu jet de ap / abur sub presiune mare.n cazuri foarte rare sunt necesare procese mai complexe

de curare sau nlocuirea plcilor.

IX.2.4. Cazuri particulare de schimbtoare decldur cu plci

a) Schimbtoare de cldur cu plci cu perei dubli

La aceste schimbtoare de cldur, plcile duble auscopul de a crete sigurana n funcionare: fiecare plac dubl

const din dou plci identice aezate una peste alta i sudaten jurul orificiilor de circulaie a fluidelor. O mic distan de aerntre plci acioneaz ca o zon de siguran n cazul n careuna dintre cele dou placi s-ar deteriora. Dac oricare dintrecele dou fluide s-ar scurge prin cealalt plac, fanta de aerdintre cele dou plci ar mpiedicate amestecul dintre cele doufluide. Fluidul scurs s-ar elimina n atmosfer, ceea ce ar fi vizibildin exterior.

Astfel de schimbtoare de cldur se utilizeaz mai ales

n cazul unor fluide de lucru la care contactul accidental ntre elear provoca o reacie de nedorit.Plcile duble n combinaie cu garniturile duble ofer

securitate maxim mpotriva contaminrii ncruciate i este oalternativ de nalt eficien la schimbatoarele de clduratubulare.

n figura IX.4a se prezint o seciune printr-un pachetdeplci duble.

10


11/30


b) Schimbtoare de cldur cu plci tubulareLa aceste schimbtoare de cldur, plcile (figura IX.4b)

formeaz canale tubulare, cu o seciune transversal liber pe oparte i cu canale convenionale pe cealalt parte. Rezultastfel o construcie lipsit de vibraii, utilizat pentrucondensarea la joas presiune i vaporizarea unor fluide

fibroase i cu particule.

c) Schimbtoare de cldur cu plci cu spaii largiAcest tip de schimbtoare de cldur se utilizeaz pentru

produse fluide ce conin fibre sau particule grosiere, sauproduse cu vscozitate mare care n mod normal ar nfundaplcile schimbtorului sau evile n cazul schimbtoarelortubulare. Configuraia acestor plci (figura IX.4c) permite

crearea de turbulene nalte ale produselor i eficien nalt atransferului de cldur.

a b

11


12/30


c

Figura IX.4 Tipuri de plci (cazuri particulare)

IX.3. Schimbtoare de cldur tubulare

IX.3.1. Particulariti constructiv funcionale

La schimbtoarele de cldur tubulare, elementele active

de transfer termic sunt evi.n figura IX.5 se prezint schema constructiv funcional a schimbtorului de cldur tubular. Se deosebescurmtoarelecomponente:

1 - capac;1 - fund;2, 2 - racorduri n legtur cu spaiul intratubular;3, 3 - plci tubulare;4, 4 - racorduri n legtur cu spaiul intertubular;

5 - fascicul de evi;6 manta.Fascicul de evi (5) este montat la capete n orificiile

practicate n dou plci tubulare (3), (3) i nchis ntr-o manta(6) fixat etan de plcile tubulare, acoperit la ambele capetecu capac (1) i fund (1). La cele dou extremiti ale fascicululuide evi se formeaz astfel dou camere - de distribuie i decolectare - delimitate de capac i respectiv fund.

Cele dou fluide ntre care se realizeaz schimbul termic

se alimenteaz i se evacueaz prin racorduri n legtur cuspaiul intertubular (4), (4), respectiv racorduri n legtur cuspaiul intratubular (2), (2). Se formeaz astfel dou spaii decirculaie a fluidelor: unul ntre evi i manta i altul n interiorulevilor, mpreun cu camerele de distribuie i de colectare.

12


13/30


Figura IX.5 Schema schimbtorului de cldur tubular

evile se monteaz n placa tubular n dou variante(figura IX.6): n hexagoane concentrice (a) sau n cercuriconcentrice (b).

a b

Figura IX.6 Moduri de dispunere a evilor n placa tubular

13


14/30


Transferul termic se poate intensifica prin una dinurmtoarele dou variante:

- schimbtor de cldur cu mai multe treceri fluidul carecircul prin evi parcurge de mai multe ori utilajul, trecnd ntr-unsens i n sens contrar prin cte o fraciune din evile fasiculului.Dirijarea fluidului se face prin pereii despritori etani. n figuraIX.7se prezint dou scheme ale unor astfel de schimbtoarede cldur. S-a figurat traseul fluidului care circul prin spaiul

intratubular, pentru un numr par (a) i impar (b) de treceri.Datorit dificultilor de etanare i tehnologice ce apar n cazulunui numr prea mare de treceri, acesta este limitat la ase,pentru un numr mai mare recurgndu-se la soluiaschimbtoarelor de cldur cu icane;

- schimbtor de cldur cu icane icanele asiguruniformizarea curgerii fluidelor n spaiul intertubular, eliminareazonelor de fluid stagnant sau cu viteze reduse de curgere iasigur participarea ntregii suprafee a fasciculului tubular la

transferul de cldur. icanele se dispun transversal pe direciade curgere a fluidului prin spaiul intertubular. De asemeneaicanele ndeplinesc i rolul de susinere i rigidizare afasciculului tubular. n acest caz transferul de cldur pentrufluidul din spaiul intertubular se intensific datorit creteriivitezei de curgere i a turbulenei.

Din considerente mecanice i de ntreinere, pentruevitarea depunerii de crust pe suprafeele de nclzire i pentrueliminarea eforturilor mecanice datorit dilatrii termice a evilor

i mantalei, schimbtoarele de cldur pot fi prevzute cu capflotant, la care una dintre plcile tubulare este fix, iar cealaltse poate deplasa n direcia dilatrii evilor.

14


15/30


a b

Figura IX.7 Tipuri de schimbtoare de cldur tubulare cu mai multetreceri

IX.4. Schimbtoare de cldur cu evicoaxiale

Acest tip de schimbtoare de cldur se utilizeaz pentrudebite mici de fluide. Din punct de vedere constructiv, un astfelde schimbtor de cldur se compune din mai multe evicoaxiale, legate n serie sau n paralel prin intermediul coturilor

i punilor. Asamblarea elementelor se face prin legturi fixe(suduri) sau mobile (mufe, flane).n figura IX.8 se prezint schema unui schimbtor de

cldur cu evi coaxiale utilizat n industria vinului, compus dintrei pri distincte:

1 - vas de fermentare;2 - pomp pentru recircularea mustului;3 - schimbtorul de cldur propriu-zis.n industria alimentar, schimbtoarele de cldur cu evi

coxiale se utilizeaz n general pentru variaii mici detemperatur, n industria uleiului i a vinului.

15


16/30


Figura IX.8 Schema schimbtorului de cldur cu evi coaxiale

IX.5. Schimbtoare de cldur spirale

IX.5.1. Particulariti constructiv funcionale.Avantaje

Schimbtorul de cldur spiral se compune din doucanale spirale concentrice separate ntre ele de un perete

metalic. Cele dou fluide ntre care se realizeaz transferultermic circul prin cele dou spaii spirale, n echi- saucontracurent.

Acest tip de schimbtoare constituie o variant optim dinpunct de vedere al transferul termic. Se obin caracteristici decurgere identice pentru cele dou medii. Circulaia separat afiecrui fluid printr-un singur canal elimin eventuale accidentece ar putea apare datorit amestecrii fluidelor de lucru.

Schimbtoarele de cldur spirale se confecioneaz din

orice metal care poate fi deformat la rece i sudat (oel carbon,oeluri inoxidabile, aliaje nalte de nichel i titan).

16


17/30


Aceste tip de schimbtoare de cldur se caracterizeazprin eficien nalt: cele dou fluide nu vin deloc n contact, iarpierderi prin radiaii sunt mici.

n figura IX.9 se prezintprincipiul de funcionare al acestuitip de schimbtoare de cldur: fluidul cald intr prin centrulschimbtorului i curge din interior spre exterior, n timp cefluidul rece intr pe la periferia schimbtorului i curge sprecentru. Cele dou fluide de lucru curg astfel n contracurent.

Figura IX.9 Schema de circulaie a fluidelor de lucru prin schimbtorulde cldur spiral

Schimbtoarele de cldur spirale au suprafaa de transfertermic de 0,5 pn la 250 m2.

IX.5.2. Moduri de curgere a fluidelor de lucru

a)Curgere spiral curgere spiral

Cele dou fluide de lucru circul complet n contracurent(figura IX.10a): fluidul cald intr pe la centrul schimbtorului icurge dinspre interior spre exterior, iar fluidul rece intr pe la

periferie i curge spre centru.

17


18/30


Schimbtorul se poate monta n lungul axei sale verticalesau n lungul axei orizontale. La montarea n lungul axeiorizontale, la rate de curgere mici, tind s se acumulezedepuneri solide la partea inferioar a fiecrei spirale. Dac unmediu este sub form de vapori, atunci schimbtorul semonteaz n lungul axei sale verticale i va fi prevzut cu oieire adiional pentru condensat.

b)Curgere spiral curgere transversal

Un fluid de lucru curge n spiral, cellalt transversal,paralel cu axa elementului spiral (figurile IX.11b,c). Zona cumediul n curgere spiral este sudat la fiecare parte, iar mediuln curgere transversal trece prin spaiul interspiral deschis.

Schimbtorul se utilizeaz pentru volume specifice maride vapori sau vapori/gaz, vapori/lichid sau amestecuri. El poate

funciona ca i condensator sau ca i vaporizator. La utilizareaca i condensator (figura IX.10b), configuraia schimbtoruluipermite combinaia ntre viteze mari ale lichidului n zona spiralnchis i cderi mici de presiune ale amestecului de vapori. Lautilizarea ca i vaporizator (figura IX.10c), schimbtorul poatefunciona la presiuni de operare joase sau sub vacuum, datoritseciunii transversale mari i nlimii mici. Viteza vaporilor poatefi controlat, iar cderile de presiune pot fi minimizate.

c) Combinaie curgere transversal i spiral curgere spiral

n acest caz (figura IX.10d), seciunea central este astfelconceput nct s distribuie uniform vaporii n elementul spiraldeschis. Necondensatul intr prin pasajul relativ ngust de lapartea superioar i curge n spiral i n contracurent cu mediulde rcire spre exterior. Mediul de rcire intr pe la periferie i

curge n spiral spre centru.

18


19/30


a b

c dFigura IX.10 Moduri de curgere a fluidelor de lucru prin

schimbtoarele de cldur spirale

19


20/30


IX.6. Instalaii de pasteurizare isterilizare

IX.6.1. Instalaii pentru pasteurizarea i sterilizarea

produselor n vrac

Pasteurizarea i sterilizarea produselor n vrac se aplicpentru produse lichide (lapte, smntn, vin, bere, sucuri defructe etc.) i vscoase sau cu un coninut de particule mici(nectaruri, supe, sosuri, creme, deserturi).

Pasteurizatoarele i sterilizatoarele pentru produse nvrac pot fi:

- cu aciune indirect: schimbtoare de cldur tubularesau cu plci, cu agent de nclzire abur sau ap cald;

- cu aciune direct: cu injecie sau infuzie de abur.

a) Instalai i cu schimbtoare de cldur cu plci

Schimbtoarele de cldur cu plci sunt cele mai utilizateschimbtoare de cldur la instalaiile de pasteurizare isterilizare a produselor n vrac. Ele se caracterizeaz printr-unregim de curgere turbulent la valori mici ale coeficientului luiReynolds. Astfel, coeficienii de transfer termic sunt mari i fluxul

de cldur mbuntit.Din punct de vedere constructiv, aceste instalaii de

pasteurizare sterilizare au un aranjament compact, suprafeelede transfer termic sunt mari n condiiile unui spaiu deamplasare redus.

Un alt avantaj al acestui tip de pasteurizatoare sterilizatoare l reprezint posibilitatea recuperrii cldurii prinnclzirea produsului nesupus tratamentului termic de ctreprodusul deja pasteurizat sau sterilizat, reducnd astfel

20


21/30


cantitatea de agent de nclzire, respectiv rcire. Eficienaregenerativ este de 90 93%.

Regenerarea "produs-produs" const n circulaiaprodusului nepasteurizat pe o fa a plcii i a celui pasteurizatpe cealalt fa. Datorit riscului unei posibile scurgeri deprodus nepasteurizat n cel pasteurizat, cu contaminareamicrobiologic a celui din urm, ordonana referitoare lapasteurizarea laptelui (PMO: Pasteurized Milk Ordinance - SUA)

prevede: la proiectarea instalaiilor de pasteurizare trebuie s seasigure o presiune pozitiv pe partea circulaiei produsuluipasteurizat, astfel nct dac scurgerile au loc, ele s seproduc de la produsul pasteurizat la cel nepasteurizat.

n aceste instalaii de pasteurizare se realizeaz untratament termic la temperatur nalt pentru durat scurt(HTST: High Temperature Short Time), saupasteurizare "flash".

Instalaiile funcioneaz continuu i se utilizeaz nindustria alimentar la pasteurizarea laptelui, vinului, berii,

sucurilor de fructe i legume, buturilor rcoritoare.n figura IX.11 se prezint schema unei instalaii depasteurizare a laptelui tip APV Pasilac. Se deosebescurmtoarele componente:

1 zona de nclzire a apei2 serpentina de meninere3 pompa pentru ap4 zona de pasteurizare5 valva pentru devierea fluxului

6 zona de recuperare a cldurii (regenerare)7 zona de rcire8 pompa auxiliar9 omogenizator10 compomaster11 separator centrifugal12 dispozitiv de reglare a fluxului13 pompa pentru vehicularea laptelui14 tanc de egalizare.

21


22/30


Modul de funcionare al instalaiei este urmtorul: laptelese alimenteaz n tancul de egalizare (14), de unde este pompat(13) n schimbtorul de cldur cu plci, i anume n zona deregenerare (6),. Aici se nclzete de la 4C la 60C, ncontracurent cu lapte pasteurizat. ntre pomp (13) ischimbtorul de cldur este dispus dispozitivul de reglare afluxului (12) (o valv de reglare a debitului), pentru a asigura unflux constant. Din zona de regenerare (6), laptele trece la

separatorul centrifugal (11) unde se cur i se separgrsimea, rezultnd astfel dou componente: lapte degresat ismntna. Din separatorul (11), cele dou componente lapteledegresat i smntna ajung la compomasterul (10), carerecompune laptele la un coninut standard de grsime. Laptelestandardizat ajunge la omogenizator (9) (regim de lucru:presiune p = 100-200 bar, temperatur t = 65C), de unde sepompeaz (8) din nou n schimbtorul de cldur, i anume nzona de pasteurizare (4), unde se nclzete la 72C - 78C cu

agent termic apa cald. Laptele se menine la temperatura depasteurizare timp de 16 s, n serpentina de meninere (2). Laieirea din serpentina de meninere (2) se afl o valv dedeviere a fluxului (5): n cazul n care temperatura depasteurizare a fost sub valoarea prescris, laptele este dirijat dinnou ctre tancul de egalizare.

Laptele pasteurizat ajunge din nou n schimbtorul decldur, n zona de regenerare (6), unde se rcete pn la11C, cu agent de rcire laptele nepasteurizat, apoi pn la

temperatura de 4C n zona de rcire (7).

22


23/30


Figura IX.11 Schema instalaiei de pasteurizare a laptelui tip APVPasilac

O astfel de instalaie de pasteurizare are capaciti de5000 50000 l/h.

Sterilizarea indirect la temperatur foarte nalt (UHT:Ultra High Temperature), tip SIH, este un procedeu care sebazeaz pe nclzirea i rcirea indirect a produsului ntr-unschimbtor de cldur cu plci. Produsul i mediul de nclzireau viteze egale sau viteza mediului este chiar mai mic dect aprodusului. Astfel, produsul se nclzete uniform, cu o valoaremic n domeniul de temperatur critic (de la 85C pn latemperatura de sterilizare), cu timp de meninere redus latemperatur nalt i astfel durat mai mare de valabilitate.

23


24/30


Aceste instalaii de sterilizare UHT realizeaz sterilizareaproduselor la temperaturi de 135C - 145C, cu durate demeninere de 2s - 6s. O caracteristic a instalaiei de sterilizareindirect UHT este circuitul apei de nclzire care, din cauzatemperaturii foarte nalte (140C), trebuie s fie sub presiune ide aceea este un circuit total nchis. La acest circuit este legatun vas sub presiune, echipat cu un sistem de alimentare cu aer,care menine presiunea la aproximativ 3 bar, pentru a preveni

fierberea.

b) Instalai i cu schimbtoare de cldur tubulare

Schimbtoarele de cldur tubulare se utilizeaz ncomponena instalaiilor de sterilizare a sucurilor sau altorproduse cu pulp sau fibr. Astfel de schimbtoare de cldursunt de tip eava n eav, cu dou sau trei evi concentrice. Mai

multe baterii de evi pot fi utilizate pentru o instalaie completde pasteurizare sau sterilizare prevzut cu zone de nclzire,regenerare i rcire.

ntr-o configuraie cu dou evi concentrice, produsulcircul n interior, iar mediul de nclzire sau de rcire laexterior, cu excepia regenerrii produs - produs.

ntr-o configuraie cu trei evi concentrice, produsul circulprin seciunea din mijloc, iar mediul n celelalte dou, ceea ceasigur un transfer de cldur mult mbuntit.

Caracteristica esenial a configuraiei eav n eav oreprezint "trecerea unic, adic o singur trecere continu dela prenclzire pn la rcirea final. nclzirea produsului estemai uniform dect n cazul circulaiei paralele de laschimbtoarele de cldur multitubulare.

n figura IX.12 se prezint schema instalaiei depasteurizare Stork, utilizat la pasteurizarea sucurilor de fructe,nectarurilor de fructe i sucurilor de fructe concentrate cuparticule mici. Componenta principal a instalaiei este

ansamblul de dou evi concentrice. Produsul trece ntotdeauna,

24


25/30


n mod continuu i neted, prin eava central. eava exterioarare bare de distanare care ar putea s rein fibrele ce trebuies rmn n produs. Instalaia de compune din:

1 rcitor2 zona de rcire3 zona de regenerare4 tub de meninere4 zona de recuperare

6 zona de nclzire7 sistem de contrapresiune8 tanc de egalizare9 pomp.Modul de funcionare al instalaiei este urmtorul: materia

prim (sucul de fructe) se alimenteaz n tancul de egalizare (8),de unde se pompeaz (9) n prima zon de nclzire (5), ianume zona de regenerare ap-produs. De aici produsul ajungen zona de nclzire cu abur (6), unde se nclzete pn la

temperatura de pasteurizare. Produsul fierbinte se menine latemperatura de pasteurizare n tubul de meninere (4) i apoitrecut n zona de rcire (3) (regenerare produs-ap) i zona dercire final (2) pn la temperaturi finale de 10C - 20C.

Deoarece capacitatea instalaiei este n general cu 5% 10% mai mare dect capacitatea staiei de umplere, estenecesar un circuit de recirculare a surplusului de produspasteurizat. Pe acest circuit se afl un sistem de contrapresiune(7) care asigur fluxul cerut de staia de umplere.

25


26/30


Figura IX.12 Schema instalaiei de pasteurizare Stork

IX.6.2. Instalaii pentru pasteurizarea i sterilizarea

produselor ambalate

Operaiile de pasteurizare i sterilizare a produseloralimentare n ambalaje prezint avantajul esenial c se elimin

riscul contaminrii produsului dup tratamentul termic. Deasemenea nu mai sunt necesare operaiile de ambalareaseptic i sterilizare a ambalajelor.

n cazul acestui procedeu ns, durata tratamentuluitermic se mrete deoarece transferul termic prin ambalaj estemai greu i creterea presiunii n interiorul ambalajului estelimitat.

Procedeele de pasteurizare / sterilizare a produselorambalate pot fi prin nclzire indirect cu abur saturat, ap

26


27/30


cald, aer cald n convecie forat, sau prin nclzire direct laflacr.

Instalaiile de pasteurizare i sterilizare cu funcionarediscontinu se numesc autoclave i au avantajul c se potutiliza pentru diferite mrimi de ambalaje i diferite regimuri detemperatur timp.

Autoclavele funcioneaz n poziie vertical sau

orizontal. Cele orizontale pot asigura i o micare de rotaie aambalajelor, caz n care se numesc rotoclave.n principiu, o autoclav vertical se compune dintr-un

vas cilindric din tabl de oel, cu fund bombat i capac rabatabil,cu un barbotor la partea inferioar prin care se introduce agentultermic (abur).

Modul de funcionare al unei autoclave verticale esteurmtorul: recipientele cu produs se introduc n autoclav ncouri. Courile, n numr de 1 4, sunt din tabl perforat, au

form cilindric, cu un diametrul cu circa 80mm mai mic dectdiametrul interior al corpului autoclavei. Prin spaiul dintre corpulautoclavei i courile cu recipiente circul liber ap. Courile seaeaz concentric i se sprijin pe suporturi sudate de corpulautoclavei.

n figura IX.12 se prezint instalaia de sterilizare cusuprapresiune de abur, cu urmtoarele componente:

1 termometru2 manometru

3 ventil de aerisire4 racord de aerisire5 supap de siguran6 ventil de alimentare cu ap de rcire7 conduct de alimentare cu ap de rcire8 capac9 conduct de preaplin10 ventil de preaplin11 corp

12 conduct pentru abur

27


28/30


13 ventil de abur14 conduct pentru aer comprimat.Modul de funcionare este urmtorul: courile cu

produsele ambalate n recipiente se introduc n corpulautoclavei (11) i se aeaz pe suporturile de sprijin. nautoclav se introduce ap prin conducta de alimentare (7),pn cnd se atinge nivelul conductei de preaplin (9), dup carese nchide capacul (8) i se introduce abur prin conducta (12). n

timpul alimentrii cu abur ventilele de aerisire (3) i de preaplin(10) sunt deschise i se nchid n momentul n care prin racordulde aerisire (4) ies vapori. Se urmresc creterile presiunii lamanometru (2) i temperaturii la termometru (1). Pentru fiecareprodus, respectiv tip de recipient, exist un regim de cretere atemperaturii i presiunii n intervalul de timp respectiv. Cndtemperatura atinge valoarea prescris (105-110C) se introduceaer comprimat prin conducta de aer (14). Presiunea n interiorulautoclavei crete treptat pn la atingerea suprapresiunii (1,5

bar pentru o temperatur de 120C). Din momentul atingeriitemperaturii de sterilizare, operaia decurge la temperaturconstant. Presiunea aerului crete treptat de la mijlocul durateide sterilizare, pn la o valoare de 2 bar, la o presiune maimare deschizndu-se supapa de siguran (5). La sfritulperioadei de sterilizare, se deschid ventilele de abur (13), depreaplin (10) i de alimentare cu ap de rcire (6). Se meninesuprapresiunea de 2 bar (prin manipularea corespunztoare aventilelor de ap, aer i preaplin) pn la atingerea unei

temperaturi de 100C, cnd se deschide ventilul de aerisire (4)pentru reducerea treptat a suprapresiunii. Alimentarea cu apde rcire continu pn la rcirea produselor, surplusul de apevacundu-se prin conducta de preaplin (9).

La sfritul operaiei de sterilizare se deschide capacul(8) i se scot courile din autoclav.

n tabelul IX.2 se prezint un exemplu de caracteristicitehnice ale unei autoclave.

28


29/30


Figura IX.12 Schema instalaiei de sterilizare cu suprapresiune de abur

Tabelul IX.2 Caracteristici tehnice ale autoclavei tip UMT exemplu

Caracteristici ValoriVolum total [l] 985Volum util [l] 800Volumul unui co [l] 800Grosime perei [mm] 8Diametru co [mm] 940

nlime co [mm] 1020Grosime co [mm] > 3Consum de abur corespunztor uneipresiuni de 2 bar [kg/h]

131

Consum de ap [m3/h] 0,8Dimensiuni de gabarit[mm x mm x mm]

1200 x 1690 x 1920

Masa unui co [kg] 100Masa autoclavei [kg] 620

29


30/30


La instalaiile de pasteurizare i sterilizare a produselorambalate (n borcane, butelii de sticl, cutii metalice, ambalajedin material plastic) cu funcionare continu, acestea treccontinuu prin mai multe sectoare termice n care au locnclzirea, meninerea la temperatura de pasteurizare /sterilizare i rcirea.

Datorit funcionrii continue, aceste instalaii aucapaciti de producie mari i prezint siguran maxim n

funcionare. Tratamentele termice de pasteurizare / sterilizare sepot aplica pentru toate tipurile de ambalaje.Un prim tip de astfel de instalaii sunt pasteurizatoarele

sterilizatoarele tunel, utilizate n industriile berii, vinului, deproducere a sucurilor, buturilor rcoritoare. Din punct devedere constructiv funcional, ele se compun dintr-o carcas(tunel) n care se introduc produsele ambalate. Deplasareaacestora de la un capt la altul al tunelului se face cu un mijlocde transport, pe un singur nivel sau pe mai multe niveluri.

Tunelul este mprit ntr-un numr de 5 8 sectoare, carealctuiesc trei zone: zona de nclzire pn la temperatura depasteurizare / sterilizare, zona de meninere i zona de rcire. ncazul n care umplerea produsului n recipient s-a fcut la cald,iar produsul dup ambalare are temperatura apropiat de ceade pasteurizare, prima zon va fi o zon de pasteurizare cuabur saturat la presiunea atmosferic.

Ca agent termic se utilizeaz abur sau ap cald, iar caagent de rcire ap rece.

nclzirea i rcirea se efectueaz n trepte detemperatur, avnd n vedere ca saltul termic la nclzire s fiemai mic de 25C, iar la rcire cderea de temperatur s nudepeasc 33C pentru acelai interval de timp.

Dac se utilizeaz ap ca agent termic, transferul decldur se poate face prin imersarea recipientelor n baie deap, prin stropire cu ajutorul unor duze sau prin inundaiecontinu.

schimbatoarecaldura

Documents