Application des échangeurs de chaleur à surface raclée dans l'industrie de la margarine
Les échangeurs de chaleur à surface raclée (SSHE) sont des dispositifs de transfert de chaleur très efficaces qui optimisent le transfert thermique par raclage mécanique. Ils sont particulièrement adaptés aux fluides à haute viscosité, facilement cristallisables ou contenant des particules. Voici une analyse de leur principe de fonctionnement et de leurs applications spécifiques dans l'industrie de la margarine :
I. Principe de fonctionnement des échangeurs de chaleur à surface raclée
1. Structure centrale
o Cylindre à double enveloppe : La couche extérieure est alimentée en fluides caloporteurs (tels que vapeur, eau froide ou huile de transfert thermique).
o Arbre rotatif et racleur : À l'intérieur, se trouve un arbre rotatif auquel sont fixés plusieurs racleurs flexibles ou rigides, qui adhèrent étroitement à la paroi intérieure du cylindre.
o Unité d'entraînement : Un moteur entraîne l'arbre à tourner à grande vitesse (généralement 100 à 500 tr/min).
2. Processus de travail
o Effet de raclage : Les racleurs raclent en continu le matériau de la paroi intérieure, empêchant l'encrassement ou la cristallisation, et forcent simultanément le renouvellement de la couche limite sur la surface de transfert de chaleur, augmentant considérablement le coefficient de transfert de chaleur (jusqu'à 5 à 10 fois celui des échangeurs de chaleur tubulaires traditionnels).
o Fonction de mélange : Les racleurs rotatifs exercent des effets de cisaillement et de brassage sur le matériau, favorisant une température et une composition uniformes.
o Contrôle du changement de phase : En ajustant précisément la température de la chemise et la vitesse du racleur, un refroidissement rapide, une cristallisation ou une émulsification du matériau peuvent être obtenus (comme le contrôle de la cristallisation des graisses dans la margarine).
3. Avantages et caractéristiques
o Convient aux fluides non newtoniens à haute viscosité (jusqu'à 10^5 cP) ou aux matériaux contenant des particules solides.
o Évite les surchauffes ou les zones froides localisées, garantissant ainsi une qualité de produit uniforme.
o Peut traiter des matériaux sensibles sujets à la cokéfaction ou à la cristallisation.
II. Application dans la production de margarine
1. Rôle clé dans le processus de production
La production de margarine nécessite l'émulsification des phases huileuse et aqueuse (lait, sel, émulsifiants, etc.), suivie d'un refroidissement et d'une cristallisation rapides. L'échangeur de chaleur à surface raclée est un dispositif essentiel, principalement utilisé dans :
o Refroidissement et cristallisation des émulsions : Refroidissement rapide de l'émulsion mixte (environ 40-50 °C) à 10-20 °C pour induire la formation d'une structure cristalline β' stable (cruciale pour une texture lisse).
o Procédé de nucléation : La force de cisaillement des racleurs brise les gros cristaux, formant un réseau de graisse fin et uniforme, améliorant ainsi l’extensibilité de la crème.
o Traitement de stérilisation : Dans certains procédés, des enveloppes à haute température sont utilisées pour une stérilisation à court terme (par exemple, 85 °C pendant 15 secondes).
2. Adaptabilité de l'industrie
o Contrôle précis de la température : La cristallisation des graisses est sensible à la température (par exemple, l'huile de palme doit être contrôlée entre 20 et 25 °C), et l'échangeur de chaleur à racleur peut maintenir précisément la plage de température.
o Prévention de la séparation de phases : Une force de cisaillement élevée assure une dispersion uniforme de la phase aqueuse, évitant ainsi la séparation huile-eau.
o Traitement des matières grasses : La margarine contient 70 à 80 % de matières grasses, et la conception du racleur permet de résoudre le problème d'obstruction des échangeurs de chaleur traditionnels.
3. Paramètres typiques de l'équipement
o Coefficient de transfert thermique : 500-1500 W/(m²·K) (en fonction de la viscosité du matériau).
o Vitesse de refroidissement : jusqu'à 30 °C/minute (critique pour la cinétique de cristallisation des graisses).
o Capacité : Les équipements à échelle industrielle peuvent traiter de 1 à 10 tonnes par heure.
III. Comparaison avec d'autres échangeurs de chaleur
Applicabilité à la margarine ★★★★★ ★★☆ ★☆☆
| Caractéristiques | Échangeur de chaleur à surface raclée | Échangeur de chaleur à calandre et tubes | Échangeur de chaleur à plaques |
| viscosité applicable | Élevé (≤10^5 cP) | Modéré-faible (≤10^3 cP) | Faible (≤10^2 cP) |
| risque d'encrassement | Très faible (autonettoyage par raclage) | Haut | Modéré |
| Effet de cisaillement | Fort (contrôlable) | Faible | Faible |
IV. Tendances de développement de l'industrie
• Optimisation énergétique : Utiliser des moteurs à fréquence variable pour ajuster la vitesse du racleur, en fonction des différentes exigences de la formule (par exemple, un cisaillement plus élevé pour la crème allégée).
• Contrôle intelligent : Intégration de capteurs de température et de viscosité pour ajuster en temps réel la vitesse de refroidissement et la force de cisaillement. • Conception sanitaire : Conforme aux normes EHEDG/3A, le système NEP (Nettoyage en place) réduit les temps d’arrêt.
L'échangeur de chaleur à racleur, grâce à son transfert de chaleur et à ses capacités de mélange hautement efficaces, est devenu un équipement clé indispensable dans l'industrie de la margarine. Dans le contexte actuel de recherche de produits à faible teneur en acides gras trans et à haute valeur fonctionnelle, ses avantages en matière de précision de traitement seront encore plus mis en évidence.
Date de publication : 2 juillet 2025