Problem żelowania żelatyny
Roztwory żelatyny wykorzystywane są do produkcji kapsułek farmaceutycznych, wyrobów cukierniczych spożywczych i emulsji fotograficznych. Roztwór żelatyny należy podgrzać do 50-70 stopni, aby zachować płynność i możliwość pompowania. W temperaturach poniżej około 35 stopni żelatyna żeluje, tworząc zwartą, elastyczną substancję stałą. Przejście jest odwracalne po podgrzaniu, ale zżelowana żelatyna na powierzchni wymiennika ciepła powoduje znaczne problemy.
Metalowe wymienniki ciepła tworzą na powierzchni zżelowaną warstwę żelatyny podczas wahań temperatury. Krótka przerwa w przepływie, spadek ciśnienia pary lub rozruch z zimnego miejsca mogą spowodować powstanie zimnego punktu, w którym żelatyna żeluje na ściance rurki. Zżelowana warstwa izoluje powierzchnię, ogranicza przenoszenie ciepła i jest trudna do usunięcia-należy ją stopić poprzez podniesienie temperatury, co grozi rozkładem żelatyny.
Wymienniki ciepła PTFE zmniejszają problem żelowania poprzez łagodniejszy strumień ciepła. Niższa przewodność cieplna ścianki rury łagodzi temperaturę powierzchni. Nie ma nagłych gorących punktów, które przegrzewają żelatynę, a gładszy profil przenoszenia ciepła utrzymuje temperaturę płynu powyżej temperatury żelowania w całym wymienniku.
Mechanizm żelowania termicznego
Cząsteczki żelatyny to fragmenty kolagenu o potrójnej-helisie, które ulegają żelowaniu, gdy temperatura spadnie poniżej temperatury przejścia-helisy (około 35 stopni). Żelowanie to fizyczne sieciowanie,-łańcuchy przekształcają swoje potrójne-połączenia helisy. Szybkość żelowania zależy od temperatury i szybkości chłodzenia. Szybkie chłodzenie daje mocniejszy, bardziej elastyczny żel.
Na metalowej powierzchni wymiennika ciepła wysoka przewodność cieplna powoduje powstanie ostrego gradientu temperatury na ścianie. Temperatura ścianki jest zbliżona do temperatury pary (120-150 stopni), podczas gdy płyn masowy wynosi 55-60 stopni. Jeśli przepływ zwalnia lub zatrzymuje się, warstwa graniczna szybko się ochładza. Żelatyna w warstwie granicznej żeluje na ścianie. Zżelowana warstwa zmniejsza przenoszenie ciepła do pozostałego płynu, tworząc pętlę sprzężenia zwrotnego dalszego chłodzenia i dalszego żelowania.
Niższa przewodność cieplna PTFE powoduje łagodniejszy profil temperaturowy. Temperatura ścianki wynosi 70-85 stopni dla tych samych warunków pary. Łagodniejszy strumień ciepła utrzymuje temperaturę warstwy granicznej powyżej temperatury żelowania nawet podczas krótkich wahań przepływu. Zmniejsza się ryzyko żelowania powierzchni.
| Parametr przetwarzania żelatyny | Stal nierdzewna | Tytan | PTFE |
|---|---|---|---|
| Temperatura ścianki przy ciśnieniu pary 3 barg (stopnie) | 120-140 | 120-140 | 70-85 |
| Ryzyko ochłodzenia warstwy granicznej podczas przerwy w przepływie | Wysoki | Wysoki | Zmniejszony |
| Prawdopodobieństwo żelowania powierzchniowego | Wysoki | Wysoki | Niski |
| Usuwanie zżelowanej warstwy | Topienie gorącej wody (ryzyko degradacji) | Topienie gorącej wody | N/A (bez postaci żelowych) |
| Częstotliwość czyszczenia | Każda partia | Każda partia | Co tydzień lub rzadziej |
Ochrona Jakości Produktu
Żelatyna, która żeluje na powierzchni metalu, a następnie topi się, ulega degradacji termicznej. Zdegradowana żelatyna ma zmniejszoną wytrzymałość żelu i zmienioną lepkość. W produkcji kapsułek farmaceutycznych siła żelu wpływa na grubość ścianki kapsułki i szybkość rozpuszczania. W zastosowaniach spożywczych siła żelu wpływa na teksturę produktu.
Zapobieganie żelowaniu powierzchni przez PTFE eliminuje tę ścieżkę degradacji. Żelatynę ogrzewa się równomiernie bez tworzenia się żelu na powierzchni. Jakość produktu jest niezmienna w każdej partii.
Zgodność z CIP
Linie do przetwarzania żelatyny są czyszczone gorącą wodą, rozcieńczonymi roztworami żrącymi i odkażającymi. Wymienniki metaliczne tolerują CIP, ale w powtarzających się cyklach powstają chropowatość powierzchni. PTFE jest odporny na wszystkie chemikalia CIP. Powierzchnia pozostaje gładka i nieprzywierająca-przez lata cykli czyszczenia.
Streszczenie
Wymienniki ciepła PTFE zapobiegają żelowaniu żelatyny na powierzchniach grzejnika poprzez łagodniejszy strumień ciepła i niższe temperatury ścian, które utrzymują warstwę graniczną powyżej punktu żelowania. Nieprzywierająca powierzchnia- zapobiega przyleganiu żelu powstającego podczas zakłóceń w procesie. Jakość produktu jest zabezpieczona przed degradacją termiczną. Częstotliwość czyszczenia spada z każdej partii na cotygodniową. W przypadku przetwarzania żelatyny PTFE zapewnia kontrolę temperatury, której metale nie są w stanie dorównać.
Wsparcie techniczne dla specyfikacji wymiennika ciepła żelatynowo-PTFE jest dostępne po przedstawieniu stężenia żelatyny, temperatury przetwarzania, charakterystyki przepływu i bieżących problemów z żelowaniem.
