پاستوریزاتور صفحه ای چهارقسمتی

منظورازفرایندپاستوریزاسیون بطوربسیارساده میکروب کشی بوسیله اعمال کردن حرارت است.ازدیدگاه علمی ترعبارت است ازبکاربردن ترکیب مناسبی اززمان ودما برروی ماده غذایی براساس مقاومت حرارتی-زمانی مقاومترین میکروارگانیزمی که در ان ماده غذایی احتمال حضور ورشد وتکثیرش وجوددارد به منظور ازمیان بردن ویاکاهش تعداد میکروارگانیزمها وغیرفعال کردن انزیمهای مولدفساد که البته دردماهای کمترازدمای جوش اب انجام شود.

درصنعت لبنیات پاستوریزه کردن به هدف ازبین بردن تمام میکروارگانیزمهای بیماریزا وکاهش نعداد بقیه میکروارگانیزمها انجام میشود.همچنین برخی انزیمها(مانند فسفاتاز قلیایی) براثراین فرایند غیرفعال خواهندشد.

مقاومترین باکتری بیماریزایی که درشیراحتمال حضورش وجوددارد باکتری ای از دسته ریکتزیاها است که عامل مولد یک نوع تب بتام تب کیو(Q Fever) است و Coxiella Burnetii نام دارد.این باکتری کمی از باکتری مولدبیماری سل یعنی میکوباکتریوم توبرکولوسیس به حرارت مقاومتر است ولذاارمیان رفتن ان شاخص فرایندپاستوریزاسیون است.

درصنایع لبنی گاهی فرایندپاستوریزاسیون بصورت متناوب (Batch) انجام میگیرد.دراین حالت مقداری شیررا درون یک تانک فرایند به دمای موردنظررسانیده وبرای مدت زمان مشخصی در ان دمانگهداری می کنند.به عنوان مثال شیررا به مدت سی دقیقه در دمای حدودشصت وپنج درجه تگهداری می نمایند.این فرایندرا پاستوریزاسیون به روش دمای پایین وزمان طولانی LTLT (مخفف Low Temperature Long Time) مینامند

امادرروشهای مداوم ازدماهای بالاتر(حدود هفتادوپنج درجه)وزمانهای بسیارکوتاهتر(پانزده ثانیه)استفاده می نمایند.به این روش روش دمای بالاوزمان کوتاه می گویند(High Temperature Short Time) که به HTST مشهوراست.

دستگاه پاستوریزاتورصفحه ای چهارمرحله ای یکی از پاستوریزاتورهایی است که میتواند روش HTST رااجراکند.این دستگاه درواقع مجموعه ای است ازچهارمبدل حرارتی صفحه ای که به یکدیگرچسبیده اند.این پاستوریزاتور درسه مرحله شیرراگرم کرده تابه دمای پاستوریزاسیون برسد وسپس ان راطی سه مرحله سرمایشی سردمی نماید..علت افزایش تدریجی دمااین است که مادرصنعت لبنیات اعمالی نیزبرروی شیراعمال می نماییم که دردماهای کمتر از دمای پاستوریزاسیون انجام می شوند.بنابراین شیرخام ورودی که معمولا سردبوده ودمای ان کمتراز ده درجه سانتی گراد میباشد پس ازعبور از قسمت اول براثرتبادل حرارت باماده ای گرمتر از خود(که همان شیر گرم خروجی است)وبدون اختلاط با ان تا دماهای حدود چهل تاپنجاه درجه سانتی گراد که دمای مناسب برای جداسازی خامه است گرم شده وبه منظورتنظیم درصدچربی به دستگاه سپراتور می رود.خامه ازشیرجداشده وبرای فرایندهای بعدی نگهداری شده وشیری که درصدچربی ان تنظیم شده است مجددا به پاستوریزاتوربرگشته واین بار وارد قسمت دوم شده بازهم دراثرتبادل دماباشیر گرم اینبار دمایش به حدود شصت درجه رسیده به سمت دستگاه هوموژنایزر میرود.چنانکه میدانیم بهترین دمابرای هوموژن شدن شیر وفراورده های ان دمای حدود شصت میباشد.

شیری که هوموژن گردید مجددابه دستگاه برگشته واین باربه قسمت سوم دستگاه که به ان قسمت (سکشن) گرمایش میگویند وارد میشود.(به دو قسمت قبلی تبادل اول وتبادل دوم می گویند).اینباردمای ان به دمایی که در پانل دستگاه به عنوان دمای پاستوریزه شدن تعریف شده است رسیده وسپس وارد یک لوله مارپیچ میشود .طول این لوله طوری محاسبه شده است که شیر مدت پانزده ثانیه طول بکشد تابه انتهای لوله برسد.این لوله راHolding Tube یا Holder میگویند.

شیردرپایان این مسیرپاستوریزه شده است واینک بایدبه اندازه کافی سردشود.این شیر ابتدادرتبادل دوم قسمتی ازانرژی خودرابه شیری که در این قسمت گرم میشد(وبه هوموژنایزر میرفت)داده وخودخنکترشده وسپس به تبادل اول میرود وشیرسردخروجی راکه میخواهدبه سپراتور رود راگرم مینماید وخودخنک تر میشود.

دمای شیر پش ازاین دومرحله خنک شدن بسته به نوع وطراحی دستگاه حدود بیست تا سی وچند درجه است.اماشیرپاستوریزه باید بیش ازاین سرد گردد.لذا دردستگاه قسمت چهارمی تحت عنوان سکشن (قسمت)سرمایش وجوددارد که دران شیر خروجی بوسیله تبادل دما با اب بسیارسرد بادمای نزدیک به صفردرجه(که به ان Ice Water میگویند ودرکارخانه درمخزنی ازاب سرد بعنوان Ice Bank نگهداری میشود) به قدر کافی خنک میگردد.

دراین سیستم همیشه احتمال این خطر که شیرپاستوریزه نشده یعنی شیری که دمای ان به دمای پاستوریزاسیون نرسیده است ازسیستم عبورکندهست لذایک سنسور(حسگر)حرارت درابتدای هولدروجودداردکه دمارامیخواند ودرصورتی که دمابه عددلازم نرسیده باشدباتغییرمقاومت الکتریکی که دراین سنسور وجوددارد پیامی به پنل کنترل دستگاه ارسال میشود واین پنل بنوبه خود به یک ولو نیوماتیک فرمان بسته شدن میدهد وشیرازطریق مسیری دیگربه ابتدای مسیردستگاه برمیگردد تامجددا پاستوریزه شود.به این ولو Diversion Valve میگویند.وبه این مسیرانحرافی نیز مسیرکوتاه گفته میشود.

انتقال حرارت وانواع مبدلهای حرارت درصنعت لبنیات

یک ماشین منتقل کتتده حرارت (Heat Exchanger)انرزی حرارتی راازیک ماده به ماده دیگرانتقال میدهد.ساده ترین وسیله انتقال گرمایک قابلمه فلزی میتواندباشدکه روی شعله قرار دارد وبوسیله ان انرزی موجوددرگاز طبیعی ایجادکننده شعله به ماده ای که دردرون ظرف قرار دارد منتقل میشود.درصنعت لبنیات (به جزدرروشهای سنتی ودرکارگاههای قدیمی ابتدایی)ازانتقال حرارت مستقیم استفاده نمیشود بلکه ازیک ماده واسطه انتقال حرارت(ماننداب داغ یابخار اب)استفاده می شود.به عنوان مثال دریک تانک فرایند(تانکی که دوجداره بوده وهمزن مناسبی دارد)میتوان اب داغ رادرجداره تانک به جریان انداخت تاشیرسرد درون تانک رایتدریج گرم نماید.بدیهی است که این اب داغ رایک منبع حرارتی دیگرمانندبخارحاصل ازدیگ بخار گرم کرده است.

عملیات حرارتی دریک تانک فرایند(Process Tank)به صورت متناوب(Batch)میباشد.یعنی بایدابتداتانک راباحجم مشخصی ازشیرپرکرد وسپس حرارت دادن رااغازکرد.درطول فرایند نمیتوان به مواددرحال گرم شدن چیزی اضافه کرد وهمچنین تادمای مواد به دمای موردنظر نرسیده نمیتوان چیزی از ان رابرداشت.این مفهوم فرایندحرارتی متناوب(Batch)یاغیرمداوم میباشد.به عنوان مثال برای سالم سازی شیرخام به منظورنوشیدن(همان فرایندپاستوریزاسیون)مقدارمعینی شیررا  به دمای 65 رسانیده وسی دقیقه دراین دمانگهداری میکنیم ویادرفرایندحرارتی شیرمخصوص ماست سازی که یک فرایندحرارتی قویترازپاستوریزاسیون معمولی است شیررابه دمای هشتادوهشت درجه رسانیده وسی دقیقه نگهداری می کنیم.بااین روش اجرای عملیات حرارتی(چه سردکردن وچه گرم کردن)کاری سخت وطولانی خواهدبود.برای رفع این مشکل بود که مبدل های حرارتی مداوم(Continuous)ابداع شد.

مبدل های حرارتی مداوم بطورپیوسته انرزی رابه سیالی که هدف گرم کردن ان است منتقل می کنند.طراحی انها به گونه ای است که در یک زمان کوتاه انرزی زیادی رامنتقل می نمایند وسیال رادرحال عبور گرم می کنند.سه نوع مبدل حرارتی مداوم درصنایع لبنیات کاربرد دارندکه عبارتنداز

1-مبدل حرارتی لوله ای(Tubular Heat Exchanger)یاShell and Tube

2-مبدل حرارتی صفحه ای(Plate Heat Exchanger)

3-مبدل حرارتی تیغه تراش(Scraped Surface Heat Exchanger)

مبدلهای لوله ای قبلا درسیستمهای CIPبه وفوردیده میشدند امادرسیستمهای جدیدترجای خودرابه مبدلهای صفحه ای(پلیتی)داده اند.

مبدلهای تیغه تراش برای موادغذایی غلیظ وچسبناک ویاکلوخه ای کاربرد دارند ودرصنعت تولیدبستنی میتوانند بکارروند

امامبدلهای لوله ای متداولترین مبدلهای حرارتی درصنعت لبنیات هستند وتصورصنعت لبنیات بدون انها امکانپذیرنیست.

درصتعت لبنیات پلیت کولرها(مبدلهای صفحه ای مخصوص سردکردن)وپلیت هیترها(مبدلهای حرارتی مخصوص گرم کردن)درظرفیتها وابعادبسیارمتنوع دیده میشوند.دستگاه پاستوریزاتورپلیتی چهارمرحله ای که تقریبا درتمام کارخانه های لبنی وجوددارد درحقیقت مجموعه ای ازچهارمبدل حرارتی است که به یکدیگرمتصل شده اند.درمورد این پاستوریزاتورها درمطالب دیگر همین مجموعه صحبت شده است.                           

عملیات واحد درتاسیسات وتجهیزات کارخانجات لبنی

عملیات واحد(Unit Operation)یعنی چه؟بهترمیدانم به جای تعریف این مفهوم درقالب یک جمله باذکرمثالهایی از انواع عملیات واحدان رامعرفی کنم.چون صحبت درموردهریک ازعملیات واحدان رابه شما میشناساندونیازی به یک تعریف کلی نخواهدبود.

(انتقال حرارت)(Heat Transfer)یکی از عملیات واحدمحسوب می شود.هرنوع عملیات گرم کردن ویاسردکردن واصولاتغییردماباهرنامی که در صنایع غذایی داشته باشدبراساس انتقال حرارت یابهتربگوییم انتقال انرژی گرمایی انجام می شود.

مراحلی در تولیدموادغذایی مانند گرم کردن,پختن,پاستوریزاسیون(البته در این فرایند زمان هم تقش دارد)ویاخنک کردن,یخ زدن(انجماد)وجود داردکه هرکدام ممکن اسن یک مرحله از فرایند(Process)یک محصول باشنداماهمه براساس یک واقعیت یاپدیده فیزیکی تحت عنوان انتقال حرارت انجام می شوند.

یکی دیگر از عملیات واحدمهم در صنایع غذایی وخصوصا صنایع لبنی(انتقال سیال)یابه عبارت بهتر(جریان سیال)(Fluid Flow)است.درصنایع لبنی که  دراغلب موارد بایک مایع(مانندشیر)ویایک ماده غلیظ یا ویسکوز(مانند خامه)سروکارداریم این جریان یافتن ازاهمیت خاصی برخورداراست.پمپ کردن مواد وهمچنین جابه جاشدن ان در لوله های استیل درصنعت لبنیات برپایه عملیات انتقال سیاراستوارست.

ازدیگرعملیات واحدمهم صنایع لبنی کاهش انداره ذرات(Size Reduction)است.درصنعت لبنیات دستگاه هوموژنایزر براین اساس کارمیکند وگلبولهای چربی موجوددرشیررابااعمال فشارهای بالاشکسته وریز میکندتاازبه هم چسبیدن سریع انها وایجادلایه چربی درشیرممانعت شود.

عملیات واحدمهم دیگرعملیات (اختلاط مواد)یا(Mixing)است که به عنوان مثال درهنگام فرموله کردن هرماده غذایی استفاده میشود وبطورساده به معنای مخلوط کردن مواداولیه سازنده یک ماده غذایی با یکدیگراست.مانند اختلاط اب با نمک یاشیرباکاکائو یا خامه.

پنجمین عملیات واحدمهم صنایع لبنی عملیات جداسازی(Separation)است که به معنای جداسازی اجزاازیکدیگراست.مثال مهم واشنای ان درصنایع لبنیات جداکردن خامه ازشیرمیباشد.دراین صنعت برای حداکردن خامه ازبقیه شیرازجداکننده های سانتریفیوژی استفاده میکنند که به نام سپراتور معروف است وبه نوع ابتدایی وقدیمی وکارگاهی ان(چرخ)می گفته اندواصطلاح فارسی(شیرپس چرخ)که به عنوان معادل فارسی برای اصطلاح انگلیسی ُ(Skim)به معنای شیربدون چربی بکارمیرودازاین کلمه گرفته شده است.

تصورمیشودکه باتوضیحات فوق مفهوم اصطلاح(عملیات واحد)(Unit Operation) روشن گردید.یک پدیده یا اصل فیزیکی که عملیات صنعتی بران استواراست.

برای اجرای هرمرحله ای ازتولید که خودبراساس یک عملیات واحد خاص استواراست به ابزار یاوسیله یاماشین الات خاصی نیازاست که انجام ان مرحله راامکانپذیرنمایدویادراجرای ان به ما کمک نماید.

به مثالی کاربردی دراین زمینه اشاره می شود:

پاستوریزاسیون یکی از مهمترین مراحل تولیدشیر نوشیدنی است.درپاستوریزاسیون بایدمحصول رابه دمای مشخصی رسانید وبرای مدت زمان مشخصی در ان دما نگهداری کرد.(این ترکیب زمان ودماپنانکه میدانید براساس مقاومت حرارتی مقاومترین موجودمیکروسکوپی عامل فساد یابیماریزایی که احتمال وجود ورشد وتکثیرش در ان ماده غذایی هست انتخاب میشود)

برای اجرای پاستوریزاسیون به گرم کردن احتیاج است وبایدابزاری برای حصول به این هدف داشته باشیم که براساس عملیات واحدانتقال حرارت عمل مینماید.

این وسیله ممکن است یک ظرف یادیگ باشدکه زیران شعله مستقیم روشن است(ابتدایی ترین حالت)ویایک تانک فرایند(Process Tank)باشد که در بین دوجداره ان ماده گرم کننده(مانندبخار)جریان می یابدویااینکه یک دستگاه مبدل حرارت مداوم باشد.

دیگ یاتانک عملیات انتقال حرارت رابه صورت متناوب(Batch)انجام می دهند ودرهرنوبت فقط مقدارمعینی ماده رابرحسب گنجایش خودحرارت می دهند.اماعملکرددستگاه مداوم به اینصورت است که موادبه طور دائم به ان واردشده وگرم شده وخارج میشوند.

درواقع مبدل حرارتی یک دستگاه است که عملی مانندپاستوریزه کردن رابراساس اصل فیزیکی انتقال حرارت انجام میدهد.

این مثال به خوبی اهمیت اشنایی با(عملیات واحد)رادرطراحی,ساخت,انتخاب,به کارگیری وحتی شناخت ماشین الات مورداستفاده درصنایع غذایی نشان می دهد.

توجه به نکته دیگری نیزلازم است وان اینست که همانطورکه درمثال ذکرشده مشاهده گردید تانک دوجداره ویامبدل حرارتی مداوم ازبخارجهت گرم کردن ماده غذایی-مثلا شیر-استفاده میکنند.درواقع مبدل حرارتی انرژی بخاررابه شیرمنتفل میکند.

پس درکارخانه وجوددستگاهی نیزلازم است که بخارتولیدنماید.چنین دستگاهی که دیگ بخار یابویلر(Boiler)نام دارد اب رابه بخارتبدیل میکند ودر واقع به نوبه خودیک مبدل حرارتی است که باانتقال انرژی موجود در سوختهای فسیلی ویاگاز طبیعی به اب انرابه بخارتبدیل میکند.

این وسیله امابطورمستقیم بامحصول تماس وسروکارنداردولذا ازان به عنوان یک ماشین پشتیبان برای تولید نام می برند.

پس ماشین الات موجوددریک کارخانه یا تولیدی اند که بامحصول تماس مستقیم ویاسروکاردارند ویاپاینکه پشتیبان هستند.به ماشینهای دسته اول اغلب (تجهیزات تولید)یا Machinary وبه ماشینهای گروه دوم (که اغلب چندتاازانهاباهم به صورت یک سیستم پشتیبان درمی ایند)(تاسیسات)ویا Utility میگویند.