เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น (plate heat exchanger) คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (heat exchanger) ชนิดหนึ่งที่มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมอาหาร เพื่อเพิ่มหรือลดอุณหภูมิในระบ การแปรรูปอาหารด้วยความร้อน (thermal processing) ในระบบการพาสเจอไรซ์อย่างต่อเนื่อง (In-line pasteurization) การทำให้เข้มข้น และ ระบบ ยู เอช ที (UHT)

ส่วนประกอบและหลักการทำงานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ประกอบด้วยแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนหลายแผ่น วางเรียงกันต่อขนานกันเป็นชุด ชุดแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนจะถูกประกอบอยู่ระหว่าง เฟรมหน้า (fixed cover) และเฟรมอัด (movable cover) มีท่อเข้า-ออกอยู่บนเฟรมหน้า (อาจจะอยู่บนทั้งสองเฟรมก็ได้ ถ้ามีการจัดการไหลในชุดแผ่นมากกว่าหนึ่งรอบ) ชุดแผ่นและเฟรม ยึดกันให้แน่นด้วยชุดสลักยึด (tightening bolt and nut) แขวนอยู่บนคานแขวนบน (carrying bar) และตั้งอยู่บนคานรับล่าง

 

 

แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน เป็นแผ่นโลหะบาง ที่มีพื้นผิวเป็นคลื่น หรือเป็นรอนบนแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน จะมีปะเก็น (gasket) อยู่รอบแผ่น เพื่อป้องกันการรั่วออก และบังคับทิศทางการไหลของของไหล ใช้เป็นตัวกลาง ที่กั้นระหว่างของเหลวสองชนิดที่มีอุณภูมิแตกต่างกัน ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนกัน ตัวกลางและอาหารที่แลกเปลี่ยนความร้อนไม่มีการสัมผัสกันโดยตรง

ขนาดและจำนวนแผ่นของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน จะถูกออกแบบให้มีพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนเพียงพอตามวัตถุประสงค์การใช้งาน พื้นผิวของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งเป็นคลื่น หรือรอน แบบแตกต่างกัน เพื่อเพิ่มพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน และทำให้ของเหลวเกิดการไหลแบบปั่นป่วน (turbulent flow) ซึ่งเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนและลดการเกิดคราบตะกรัน (fouling)

 

วัสดุที่ใช้ทำแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้ในอุตสหกรรมอาหาร เป็นพื้นผิวที่ต้องสำผัสกับอาหารโดยตรง (food contact surface) จะทำจาก stainless steel

การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นในอุตสาหกรรมอาหาร

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น (plate heat exchanger) ได้นำมาใช้ในอุตสาหกรรมอาหารอย่างกว้างขวาง เหมาะสำหรับอาหารที่มีความหนืดต่ำ เป็นเนื้อเดียวกัน ไม่มีชิ้นเนื้อปน เช่น น้ำนม น้ำผลไม้ เครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ซุปใส และ เครื่องดื่มต่างๆ

กระบวนการแปรรูปอาหารที่ใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ได้แก่

• กระบวนการแปรรูปอาหารด้วยความร้อน เพื่อทำให้อุณหภูมิของอาหารเหลว เพิ่มขึ้น หรือลดลง อย่างรวดเร็วในช่วงให้ความร้อนเพื่อฆ่าเชื้ออาหารเหลว และทำให้อาหารเหลวเย็นลงหลังผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว โดยใช้ใน

- การพาสเจอไรซ์ (pasteurization) แบบต่อเนื่อง (in-line pasteurization)

- ยูเอชที (UHT)

• การทำให้เข้มข้น ด้วยเครื่องระเหย (evaporator) เรียกว่า plate evaporator

 

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใน in-line pasteurization

 

Balance tank Feed pump Flow controller Regenerative preheating sections Centrifugal clarifier Heating section Holding tube Booster pump Hot water heating system Regenerative cooling sections Cooling sections Flow diversion valve Control panel

คุณลักษณะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่สัมผัสกับอาหารโดยตรง

ส่วนต่างๆ ของอุปกรณ์เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นที่ใช้สัมผัสกับอาหาร (food contact surface) โดยตรงจะต้องออกแบบให้ถูกสุขลักษณะ (hygenic design) วัสดุที่ใช้ ทั้งแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน ประเก็น (gasget) และชิ้นส่วนที่สัมผัสอาหาร ต้องปลอดภัย ตัวแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนทำด้วยเหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel) คุณภาพสูง วัสดุทุกชนิดที่สัมผัสอาหารต้องสามารถทนความร้อนในช่วงอุณหภูมิใช้งาน ไม่เกิดการปนเปื้อนกับอาหาร ไม่รั่วซึม สามารถล้างทำความสะอาดได้ง่าย หรือทำความสะอาดด้วยระบบการล้างแบบไม่แยกชิ้นส่วน (cleaning in place) ได้ 

 

การเกิดตะกรันบนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น

ระหว่างการใช้งาน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น จะเกิดคราบตะกรัน (fouling) บริเวณผิวของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้ประสิทธิภาพของการและเปลี่ยนความร้อนลดลง และเป็นแหล่งสะสมของจุลินทรีย์

การเกิด fouling บน plate heat exchanger

ที่มาของภาพ : http://www.tempcoblog.it/wp-content/uploads/2007/07/plate_02.jpg