Het gelatinegeleringsprobleem
Gelatineoplossingen worden verwerkt in de productie van farmaceutische capsules, zoetwaren en fotografische emulsies. De gelatineoplossing moet worden verwarmd tot 50-70 graden om deze vloeibaar en verpompbaar te houden. Bij temperaturen onder ongeveer 35 graden vormt de gelatine een stevige, elastische vaste stof. De overgang is omkeerbaar bij verwarming, maar de gegeleerde gelatine op het oppervlak van een warmtewisselaar veroorzaakt aanzienlijke problemen.
Metalen warmtewisselaars ontwikkelen bij temperatuurschommelingen een gelatinelaag op het oppervlak. Een korte onderbreking van de stroom, een daling van de stoomdruk of een opstart door kou kunnen een koude plek creëren waar de gelatine tegen de buiswand geleert. De gegeleerde laag isoleert het oppervlak, vermindert de warmteoverdracht en is moeilijk te verwijderen.-Hij moet worden weggesmolten door de temperatuur te verhogen, waardoor het risico bestaat dat de gelatine wordt aangetast.
PTFE-warmtewisselaars verminderen het geleringsprobleem door een zachtere warmtestroom. De lagere thermische geleidbaarheid van de buiswand matigt de oppervlaktetemperatuur. Er zijn geen plotselinge hete plekken die de gelatine oververhitten, en het gladdere warmteoverdrachtsprofiel houdt de vloeistoftemperatuur boven het geleringspunt in de hele wisselaar.
Het thermische geleringsmechanisme
Gelatinemoleculen zijn drievoudige-helixcollageenfragmenten die geleren wanneer de temperatuur daalt tot onder de helix-spiraalovergangstemperatuur (ongeveer 35 graden). De gelering is een fysieke verknoping-de ketens hervormen hun drievoudige-helixverbindingen. De geleringssnelheid is afhankelijk van de temperatuur en de afkoelsnelheid. Snelle afkoeling produceert een stevigere, meer elastische gel.
Op een metalen warmtewisselaaroppervlak zorgt de hoge thermische geleidbaarheid voor een scherpe temperatuurgradiënt aan de wand. De wandtemperatuur ligt dicht bij de stoomtemperatuur (120-150 graden), terwijl de bulkvloeistof 55-60 graden bedraagt. Als de stroming vertraagt of stopt, koelt de grenslaag snel af. De gelatine in de grenslaag geleert tegen de wand. De gegeleerde laag vermindert de warmteoverdracht naar de resterende vloeistof, waardoor een feedbacklus ontstaat van verdere koeling en verdere gelering.
De lagere thermische geleidbaarheid van PTFE zorgt voor een zachter temperatuurprofiel. De wandtemperatuur is 70-85 graden voor dezelfde stoomomstandigheden. De zachtere warmtestroom handhaaft de temperatuur van de grenslaag boven het geleringspunt, zelfs tijdens korte stromingsfluctuaties. Het risico op oppervlaktegelering wordt verminderd.
| Gelatineverwerkingsparameter | Roestvrij staal | Titanium | PTFE |
|---|---|---|---|
| Wandtemperatuur bij 3 barg stoom (graad) | 120-140 | 120-140 | 70-85 |
| Risico van afkoeling van de grenslaag tijdens stroomonderbreking | Hoog | Hoog | Verminderd |
| Waarschijnlijkheid van gelvorming van het oppervlak | Hoog | Hoog | Laag |
| Verwijdering van de gegeleerde laag | Heet water smelt (risico's voor degradatie) | Heet water smelt | N.v.t. (geen gelvormen) |
| Reinigingsfrequentie | Elke batch | Elke batch | Wekelijks of minder |
De productkwaliteitsbescherming
Gelatine die tegen een metalen oppervlak geleert en later wordt weggesmolten, ondergaat thermische degradatie. De afgebroken gelatine heeft een verminderde gelsterkte en een veranderde viscositeit. Bij de productie van farmaceutische capsules beïnvloedt de gelsterkte de wanddikte van de capsule en de oplossnelheid. Bij voedseltoepassingen beïnvloedt de gelsterkte de producttextuur.
De preventie van oppervlaktegelatie door PTFE elimineert deze afbraakroute. De gelatine wordt gelijkmatig verwarmd zonder vorming van oppervlaktegel. De productkwaliteit is consistent van batch tot batch.
De CIP-compatibiliteit
Gelatineverwerkingslijnen worden gereinigd met heet water, verdunde bijtende en ontsmettingsoplossingen. Metaalwisselaars tolereren de CIP, maar ontwikkelen oppervlakteruwheid gedurende herhaalde cycli. PTFE is immuun voor alle CIP-chemicaliën. Het oppervlak blijft glad en plakt niet-door jaren van schoonmaakcycli.
Samenvatting
PTFE-warmtewisselaars voorkomen het gelatineren van gelatine op verwarmingsoppervlakken door een zachtere warmtestroom en lagere wandtemperaturen die de grenslaag boven het geleringspunt houden. Het niet-aanbakoppervlak voorkomt de hechting van gel die zich vormt tijdens processtoringen. De productkwaliteit wordt beschermd tegen thermische degradatie. De schoonmaakfrequentie daalt van elke batch naar wekelijks. Voor de verwerking van gelatine biedt PTFE een temperatuurregeling die metalen niet kunnen evenaren.
Technische ondersteuning voor de specificatie van gelatine-PTFE-warmtewisselaars is beschikbaar na opgave van de gelatineconcentratie, verwerkingstemperatuur, stromingseigenschappen en huidige geleringsproblemen.
