ساخت پاستوریزاتور UHT
ساخت پاستوریزاتور UHT؛ بررسی طراحی، تجهیزات و اصول عملکرد دستگاه UHT
ساخت پاستوریزاتور UHT یکی از فرآیندهای تخصصی در طراحی و تولید تجهیزات صنایع لبنی و غذایی است. فناوری UHT یا Ultra High Temperature به فرآیندی گفته می‌شود که در آن محصول غذایی مایع برای مدت بسیار کوتاهی در معرض دمای بالا قرار می‌گیرد و سپس به‌سرعت خنک می‌شود. هدف این فرآیند دستیابی به سطح بالایی از کاهش میکروبی و تولید محصولی با ماندگاری طولانی است.
شیر UHT یکی از شناخته‌شده‌ترین محصولاتی است که با این فناوری تولید می‌شود. برخلاف شیر پاستوریزه معمولی که معمولاً نیازمند نگهداری در زنجیره سرد است، محصولات UHT در صورت استفاده از فرآیند مناسب و بسته‌بندی استریل می‌توانند برای مدت طولانی‌تری بدون نیاز به یخچال و تا پیش از باز شدن بسته نگهداری شوند.
ساخت یک پاستوریزاتور UHT تنها به انتخاب یک مبدل حرارتی محدود نمی‌شود. طراحی سیستم باید شامل بخش‌های حرارتی، پمپ‌های بهداشتی، سیستم کنترل، تجهیزات استریل، سیستم CIP و در بسیاری از پروژه‌ها تجهیزات بسته‌بندی آسپتیک باشد.
پاستوریزاتور UHT چیست؟
پاستوریزاتور UHT دستگاهی صنعتی برای انجام فرآیند فرآوری حرارتی با دمای فوق‌العاده بالا و زمان کوتاه است.
در این فرآیند محصول برای مدت بسیار کوتاهی تا دمای بالایی گرم شده و سپس به سرعت خنک می‌شود. هدف، دستیابی به سطح میکروبی مناسب برای محصول و افزایش ماندگاری آن است.
UHT بیشتر برای محصولاتی مانند:
- شیر
- خامه
- نوشیدنی‌های لبنی
- برخی نوشیدنی‌های گیاهی
- محصولات مایع غذایی
مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شرایط دقیق دما، زمان و فرآیند باید بر اساس نوع محصول، ویژگی‌های آن، تجهیزات مورد استفاده و الزامات قانونی تعیین شود.
تفاوت UHT با پاستوریزاسیون معمولی
مهم‌ترین تفاوت UHT و پاستوریزاسیون معمولی، شدت فرآیند حرارتی و هدف نهایی آن است.
در پاستوریزاسیون معمولی، هدف اصلی کاهش میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا و افزایش ایمنی محصول است، در حالی که فرآیند UHT با شرایط حرارتی شدیدتر برای دستیابی به ماندگاری بسیار طولانی‌تر طراحی می‌شود.
البته ماندگاری محصول UHT تنها به حرارت وابسته نیست. بسته‌بندی آسپتیک و جلوگیری از آلودگی مجدد پس از فرآیند حرارتی نیز نقش بسیار مهمی دارند.
بنابراین یک سیستم UHT را باید مجموعه‌ای از فرآیند حرارتی، کنترل بهداشتی و بسته‌بندی مناسب دانست.
اصول ساخت پاستوریزاتور UHT
برای ساخت یک دستگاه UHT باید چندین بخش مختلف به‌صورت هماهنگ طراحی شوند.
۱. تعیین ظرفیت تولید
اولین مرحله در طراحی، مشخص کردن ظرفیت خط است.
برای مثال باید مشخص شود دستگاه قرار است چه مقدار شیر یا محصول در ساعت فرآوری کند.
ظرفیت تولید روی طراحی موارد زیر تأثیر دارد:
- اندازه مبدل حرارتی
- ظرفیت پمپ
- قطر لوله‌ها
- حجم مخزن بالانس
- سیستم تولید بخار
- سیستم سرمایش
- تجهیزات کنترل
به همین دلیل ساخت دستگاه بدون تعیین ظرفیت واقعی پروژه می‌تواند باعث انتخاب نادرست تجهیزات شود.
۲. بررسی ویژگی‌های محصول
نوع محصول یکی از مهم‌ترین عوامل در طراحی UHT است.
شیر معمولی، شیر طعم‌دار، خامه، نوشیدنی‌های غلیظ و محصولات دارای ذرات جامد رفتار یکسانی در فرآیند حرارتی ندارند.
ویژگی‌هایی مانند:
- ویسکوزیته
- درصد چربی
- مواد جامد
- حساسیت حرارتی
- وجود ذرات
- pH
باید در طراحی سیستم مورد توجه قرار گیرند.
روش‌های گرمایش در سیستم UHT
سیستم‌های UHT را می‌توان بر اساس روش انتقال حرارت به دسته‌های مختلف تقسیم کرد.
UHT غیرمستقیم
در این روش، محصول از طریق یک سطح انتقال حرارت با سیال گرم تبادل حرارت انجام می‌دهد.
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای یا لوله‌ای می‌توانند در چنین سیستم‌هایی مورد استفاده قرار گیرند.
مزیت این روش، جداسازی کامل محصول از سیال حرارتی است.
UHT مستقیم
در روش مستقیم، بخار با شرایط کنترل‌شده مستقیماً با محصول در تماس قرار می‌گیرد.
این روش امکان گرم شدن بسیار سریع محصول را فراهم می‌کند و سپس بخار اضافی در مرحله مناسب از محصول جدا می‌شود.
انتخاب سیستم مستقیم یا غیرمستقیم به نوع محصول، کیفیت موردنظر، ظرفیت تولید و طراحی کارخانه بستگی دارد.
مبدل حرارتی در ساخت دستگاه UHT
مبدل حرارتی یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم‌های UHT غیرمستقیم است.
این تجهیز وظیفه انتقال حرارت میان محصول و سیال حرارتی را بر عهده دارد.
در طراحی مبدل باید عواملی مانند:
- ظرفیت حرارتی
- دبی محصول
- دمای ورودی و خروجی
- افت فشار
- جنس تجهیزات
- قابلیت شست‌وشو
- سطح انتقال حرارت
محاسبه و بررسی شوند.
انتخاب نادرست مبدل می‌تواند باعث کاهش راندمان حرارتی، افزایش مصرف انرژی یا ایجاد مشکلات عملیاتی شود.
لوله نگهدارنده در سیستم UHT
پس از رسیدن محصول به شرایط حرارتی تعیین‌شده، باید برای مدت مشخصی در شرایط فرآیند باقی بماند.
برای این کار از Holding Tube یا لوله نگهدارنده استفاده می‌شود.
زمان ماند محصول تابعی از حجم مسیر نگهداری و دبی جریان است. بنابراین طول و قطر لوله باید بر اساس ظرفیت واقعی سیستم طراحی شود.
کنترل دقیق دبی در این قسمت اهمیت زیادی دارد، زیرا تغییر دبی می‌تواند زمان ماند محصول را تغییر دهد.
سیستم کنترل دما و فشار
در یک پاستوریزاتور UHT صنعتی، کنترل دما و فشار اهمیت بسیار زیادی دارد.
برای کنترل فرآیند می‌توان از تجهیزات زیر استفاده کرد:
- سنسور دما
- ترانسمیتر فشار
- فلومتر
- شیرهای کنترلی
- PLC
- HMI
- سیستم ثبت اطلاعات
سیستم کنترل باید امکان پایش مداوم پارامترهای اصلی را فراهم کند.
در صورت خارج شدن فرآیند از شرایط تعیین‌شده، سیستم باید بتواند محصول را از مسیر مناسب خارج کرده یا فرآیند را متوقف کند.
پمپ‌های مورد استفاده در پاستوریزاتور UHT
پمپ‌های بهداشتی وظیفه انتقال محصول در مسیر فرآیند را بر عهده دارند.
انتخاب پمپ باید بر اساس دبی، فشار مورد نیاز، ویژگی‌های محصول و افت فشار سیستم انجام شود.
در خطوط UHT، پمپ باید عملکرد پایدار داشته باشد و در عین حال از ایجاد شرایط نامطلوب برای محصول جلوگیری کند.
جنس قسمت‌های در تماس با محصول نیز باید متناسب با الزامات صنایع غذایی انتخاب شود.
سیستم سرمایش در UHT
بعد از مرحله حرارتی، محصول باید به سرعت تا شرایط مناسب خنک شود.
خنک‌سازی می‌تواند از طریق مبدل حرارتی و استفاده از سیالات سرمایشی مناسب انجام شود.
طراحی صحیح بخش سرمایش می‌تواند به کنترل کیفیت محصول و کاهش مصرف انرژی کمک کند.
در بسیاری از طراحی‌ها، بخش گرمایش و سرمایش در یک مجموعه مبدل حرارتی به شکل یکپارچه طراحی می‌شوند.
بازیابی حرارت در پاستوریزاتور UHT
یکی از مهم‌ترین موضوعات در طراحی دستگاه UHT، بازیابی حرارت است.
محصول خروجی از بخش حرارتی دارای انرژی قابل توجهی است. با طراحی مناسب می‌توان بخشی از این انرژی را برای گرم کردن محصول ورودی استفاده کرد.
این کار باعث کاهش نیاز سیستم به انرژی خارجی می‌شود.
بازیابی حرارت می‌تواند:
- مصرف انرژی را کاهش دهد
- هزینه بهره‌برداری را پایین بیاورد
- راندمان سیستم را افزایش دهد
- بار تجهیزات گرمایش و سرمایش را کاهش دهد
به همین دلیل در طراحی خطوط صنعتی UHT، بازیابی حرارت یکی از پارامترهای مهم اقتصادی محسوب می‌شود.
جنس تجهیزات پاستوریزاتور UHT
از آنجا که محصول مستقیماً با تجهیزات تماس دارد، انتخاب متریال مناسب اهمیت زیادی دارد.
در قسمت‌های در تماس با محصول معمولاً از استنلس استیل مناسب صنایع غذایی استفاده می‌شود.
طراحی سطح داخلی باید به شکلی باشد که:
- قابل شست‌وشو باشد
- محل تجمع محصول ایجاد نکند
- مقاومت مناسبی در برابر خوردگی داشته باشد
- با مواد شوینده CIP سازگار باشد
کیفیت جوشکاری و پرداخت سطح نیز در طراحی بهداشتی دستگاه اهمیت زیادی دارد.
سیستم CIP در دستگاه UHT
CIP یا شست‌وشوی در محل یکی از اجزای مهم سیستم UHT است.
به دلیل دمای بالا و حساسیت فرآیند، تمیز بودن مسیر محصول اهمیت زیادی دارد.
سیستم CIP باید بتواند قسمت‌هایی مانند:
- مبدل حرارتی
- لوله‌های انتقال
- لوله نگهدارنده
- پمپ‌ها
- شیرآلات
- مخازن
را به شکل مناسب شست‌وشو دهد.
طراحی مسیرهای محصول باید به‌گونه‌ای باشد که محل‌های مرده یا نقاطی که شست‌وشوی آنها دشوار است تا حد امکان حذف شوند.
نقش بسته‌بندی آسپتیک در فرآیند UHT
یکی از مهم‌ترین نکات در تولید محصولات UHT، بسته‌بندی است.
حتی اگر محصول فرآیند حرارتی مناسبی را طی کند، ورود مجدد میکروارگانیسم‌ها پس از فرآیند می‌تواند ماندگاری آن را به‌شدت کاهش دهد.
به همین دلیل برای محصولاتی که قرار است به‌صورت تجاری استریل و با ماندگاری طولانی عرضه شوند، معمولاً از سیستم‌های پرکنی و بسته‌بندی آسپتیک استفاده می‌شود.
بنابراین پاستوریزاتور UHT و دستگاه بسته‌بندی باید به‌عنوان بخش‌هایی از یک فرآیند یکپارچه طراحی شوند.
تجهیزات مورد نیاز خط UHT
یک خط کامل تولید محصول UHT بسته به نوع محصول می‌تواند شامل تجهیزات مختلفی باشد:
- مخزن دریافت شیر
- مخزن ذخیره
- سیستم فیلتراسیون
- مخزن بالانس
- پمپ‌های بهداشتی
- مبدل حرارتی
- سیستم گرمایش
- لوله نگهدارنده
- سیستم سرمایش
- هموژنایزر
- سیستم کنترل و اتوماسیون
- سیستم CIP
- تجهیزات استریل
- دستگاه پرکن آسپتیک
- تجهیزات بسته‌بندی
تمام این تجهیزات باید از نظر ظرفیت و شرایط عملیاتی با یکدیگر هماهنگ باشند.
نقش هموژنایزر در خط UHT
در تولید برخی محصولات لبنی UHT، هموژنایزر می‌تواند برای ایجاد ساختار یکنواخت‌تر محصول مورد استفاده قرار گیرد.
هموژنیزاسیون باعث کاهش اندازه گلبول‌های چربی و توزیع یکنواخت‌تر آنها در محصول می‌شود.
محل قرارگیری هموژنایزر در خط و شرایط کاری آن به نوع محصول و طراحی فرآیند بستگی دارد.
نکات مهم هنگام ساخت پاستوریزاتور UHT
برای ساخت یک دستگاه UHT مناسب باید موارد زیر به‌صورت هم‌زمان بررسی شوند:
ظرفیت: تمام تجهیزات باید برای ظرفیت واقعی خط طراحی شوند.
فرآیند حرارتی: دما و زمان باید متناسب با محصول و الزامات فرآیند تعیین شوند.
انتقال حرارت: مبدل باید توان حرارتی مورد نیاز را تأمین کند.
کنترل جریان: دبی باید پایدار و قابل کنترل باشد.
بهداشت: تمام مسیرهای محصول باید بر اساس اصول طراحی بهداشتی ساخته شوند.
CIP: سیستم باید قابلیت شست‌وشوی مؤثر داشته باشد.
بازیابی حرارت: برای کاهش مصرف انرژی باید تا حد امکان مورد بررسی قرار گیرد.
اتوماسیون: کنترل دقیق فرآیند باعث افزایش تکرارپذیری تولید می‌شود.
بسته‌بندی: در محصولات UHT، بسته‌بندی مناسب بخش مهمی از فرآیند تولید است.
قیمت ساخت پاستوریزاتور UHT
هزینه ساخت پاستوریزاتور UHT به مشخصات پروژه بستگی دارد و نمی‌توان یک قیمت ثابت برای تمام دستگاه‌ها اعلام کرد.
ظرفیت تولید، روش گرمایش مستقیم یا غیرمستقیم، نوع مبدل حرارتی، میزان اتوماسیون، سیستم CIP، تجهیزات جانبی، جنس متریال، سیستم بازیابی حرارت و نوع محصول از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر قیمت هستند.
در پروژه‌های صنعتی معمولاً ابتدا مشخصات فنی و ظرفیت موردنظر مشخص شده و سپس طراحی و برآورد هزینه تجهیزات انجام می‌شود.
جمع‌بندی
ساخت پاستوریزاتور UHT یک فرآیند تخصصی است که نیازمند طراحی هم‌زمان بخش‌های حرارتی، مکانیکی، کنترلی و بهداشتی است.
در یک سیستم UHT مناسب، مواردی مانند مبدل حرارتی، لوله نگهدارنده، پمپ‌های بهداشتی، سیستم کنترل دما و فشار، سیستم سرمایش، بازیابی حرارت و CIP باید متناسب با ظرفیت و نوع محصول انتخاب شوند.
همچنین برای دستیابی به ماندگاری طولانی محصول، تنها فرآیند حرارتی کافی نیست و کنترل آلودگی پس از فرآیند و استفاده از بسته‌بندی مناسب، به‌خصوص در سیستم‌های استریل تجاری، اهمیت بسیار زیادی دارد.
به همین دلیل طراحی و ساخت دستگاه UHT باید به‌صورت یک سیستم یکپارچه انجام شود؛ سیستمی که از دریافت و آماده‌سازی ماده اولیه تا فرآیند حرارتی، سرمایش، کنترل بهداشتی و بسته‌بندی را در نظر بگیرد. طراحی صحیح این مجموعه می‌تواند علاوه بر افزایش کیفیت محصول، مصرف انرژی و هزینه‌های بهره‌برداری خط را نیز کنترل کند.
ظرفیت تولید پاستوریزاتورهای پارس فیدار از 1 تن 35 تن در ساعت میباشد.
