Problem geliranja želatine
Želatinske otopine se prerađuju u proizvodnji farmaceutskih kapsula, prehrambenih konditorskih proizvoda i fotografskih emulzija. Otopina želatina mora se zagrijati na 50-70 stepeni da bi se održala tečnom i da se može pumpati. Na temperaturama ispod približno 35 stepeni, želatina gelovi formirajući čvrstu, elastičnu čvrstu supstancu. Prijelaz je reverzibilan zagrijavanjem, ali gelirani želatin na površini izmjenjivača topline uzrokuje značajne probleme.
Metalni izmjenjivači topline razvijaju gelirani sloj želatine na površini tokom temperaturnih fluktuacija. Kratak prekid protoka, pad pritiska pare ili pokretanje sa hladnoće mogu stvoriti hladnu tačku na kojoj se želatina gelira uz zid cijevi. Želati sloj izolira površinu, smanjuje prijenos topline i teško se uklanja-mora se otopiti povećanjem temperature, što rizikuje degradaciju želatine.
PTFE izmjenjivači topline smanjuju problem geliranja kroz nježniji toplinski tok. Niža toplotna provodljivost zida cevi umanjuje temperaturu površine. Nema iznenadnih vrućih tačaka koje pregrevaju želatinu, a glatkiji profil prenosa toplote održava temperaturu fluida iznad tačke želiranja u celom izmenjivaču.
Mehanizam termalne gelacije
Molekuli želatina su trostruki{0}}fragmenti kolagena heliksa koji se geliraju kada temperatura padne ispod temperature prijelaza spirale-kolage (otprilike 35 stepeni). Geliranje je fizičko umrežavanje-lanci reformišu svoje trostruke-spojnice. Brzina geliranja zavisi od temperature i brzine hlađenja. Brzo hlađenje proizvodi čvršći, elastičniji gel.
Na površini metalnog izmjenjivača topline, visoka toplinska provodljivost stvara oštar temperaturni gradijent na zidu. Temperatura zida je bliska temperaturi pare (120-150 stepeni), dok je rasuti fluid na 55-60 stepeni. Ako se protok uspori ili zaustavi, granični sloj se brzo hladi. Želatina u graničnom sloju gelira uza zid. Gelirani sloj smanjuje prijenos topline na preostalu tekućinu, stvarajući povratnu petlju daljeg hlađenja i daljeg geliranja.
Niža toplotna provodljivost PTFE-a stvara blaži temperaturni profil. Temperatura zida je 70-85 stepeni za iste uslove pare. Blaži toplotni tok održava temperaturu graničnog sloja iznad tačke želiranja čak i tokom kratkih fluktuacija protoka. Smanjuje se rizik od površinskog geliranja.
| Parametar obrade želatina | nerđajući čelik | Titanijum | PTFE |
|---|---|---|---|
| Temperatura zida na pari od 3 bara (stepeni) | 120-140 | 120-140 | 70-85 |
| Rizik od hlađenja graničnog sloja tokom prekida protoka | Visoko | Visoko | Smanjena |
| Vjerovatnoća geliranja površine | Visoko | Visoko | Nisko |
| Uklanjanje geliranog sloja | Topljenje tople vode (rizik degradacije) | Topla voda | N/A (bez oblika gela) |
| Učestalost čišćenja | Svaka serija | Svaka serija | Sedmično ili manje |
Zaštita kvaliteta proizvoda
Želatin koji se želira na metalnoj površini i kasnije se topi trpi termičku degradaciju. Degradirani želatin ima smanjenu snagu gela i promijenjen viskozitet. U proizvodnji farmaceutskih kapsula, jačina gela utječe na debljinu stijenke kapsule i brzinu rastvaranja. U primjeni u hrani, jačina gela utječe na teksturu proizvoda.
PTFE-ova prevencija površinskog geliranja eliminira ovaj put razgradnje. Želatina se ravnomjerno zagrijava bez stvaranja površinskog gela. Kvalitet proizvoda je dosljedan od serije do serije.
CIP kompatibilnost
Linije za preradu želatina čiste se toplom vodom, razblaženim kaustičnim rastvorima i rastvorima za dezinfekciju. Metalni izmjenjivači tolerišu CIP, ali razvijaju hrapavost površine u ponovljenim ciklusima. PTFE je imun na sve CIP hemikalije. Površina ostaje glatka i ne-neljepljiva kroz godine ciklusa čišćenja.
Rezime
PTFE izmjenjivači topline sprječavaju geliranje želatine na površinama grijača kroz nježniji toplotni tok i niže temperature zida koje drže granični sloj iznad tačke želiranja. Neprianjajuća površina sprečava prianjanje bilo kakvog gela koji se formira tokom poremećaja procesa. Kvalitet proizvoda je zaštićen od termičke degradacije. Učestalost čišćenja opada sa svake serije na sedmičnu. Za preradu želatine, PTFE omogućava kontrolu temperature kojoj metali ne mogu da se podudaraju.
Inženjerska podrška za specifikaciju želatinskog PTFE izmjenjivača topline dostupna je nakon podnošenja koncentracije želatina, temperature obrade, karakteristika protoka i trenutnih problema sa geliranjem.
