ประเด็นหลายประการที่ควรคำนึงถึงในการออกแบบอุปกรณ์ฆ่าเชื้ออุณหภูมิสูงพิเศษ UHT
อุปกรณ์ฆ่าเชื้ออุณหภูมิสูงพิเศษ UHT ถูกใช้อย่างแพร่หลาย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ข้อบกพร่องบางประการในการออกแบบอุปกรณ์ฆ่าเชื้ออุณหภูมิสูงพิเศษได้ก่อให้เกิดปัญหาด้านเสถียรภาพการผลิตหรือคุณภาพผลิตภัณฑ์ ข้อบกพร่องเหล่านี้ส่วนใหญ่ได้แก่ กำลังการผลิตไม่เพียงพอ อุณหภูมิการฆ่าเชื้อไม่คงที่ และอัตราการเกิดตะกรันและการไหม้ติดเพิ่มสูงขึ้น บทความนี้จะอธิบายในรายละเอียดเกี่ยวกับประเด็นดังกล่าว
กระบวนการของเครื่องฆ่าเชื้อจะถูกกำหนดตามพารามิเตอร์ของกระบวนการผลิต และไม่มีข้อกำหนดกระบวนการหรือขั้นตอนการผลิตใดที่สามารถเหมือนกันได้อย่างสมบูรณ์ กระบวนการที่ถูกต้องเป็นตัวกำหนดสมรรถนะของอุปกรณ์ฆ่าเชื้อ ดังนั้น การกำหนดเส้นทางกระบวนการของอุปกรณ์ที่เหมาะสมที่สุดจึงเป็นขั้นตอนแรกในการออกแบบกลไกหลักของเครื่องฆ่าเชื้อ หลังจากกำหนดขั้นตอนกระบวนการแล้ว ให้ทำการออกแบบและคำนวณตามขั้นตอนดังกล่าว กระบวนการที่ง่ายเกินไปหรือซับซ้อนเกินไปอาจก่อให้เกิดปัญหามากมายต่อการผลิต เช่น ปัญหาการใช้งานเครื่องเดียวหลายหน้าที่ ซึ่งต้องพิจารณาเรื่องขนาดและการลัดวงจรของกระบวนการ ซึ่งอาจทำให้การควบคุมไม่เสถียรหรือเร่งอัตราการเกิดตะกรันและการไหม้ติดได้ง่าย; กระบวนการที่ดีไม่เพียงต้องมีทิศทางการไหลที่ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังต้องระบุเส้นผ่านศูนย์กลางปกติ (หรือเส้นผ่านศูนย์กลาง) ของเกทปั๊ม เครื่องมือ และท่อทั้งหมดในกระบวนการด้วย สิ่งสำคัญที่สุดคือพารามิเตอร์อุณหภูมิของทางเข้าและทางออกของวัสดุที่ผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนต้องถูกระบุไว้อย่างแม่นยำ โดยข้อมูลพื้นฐานสำหรับการคำนวณเหล่านี้สามารถใช้เพื่อลดข้อผิดพลาดเมื่อทำการคำนวณกระบวนการ
มีวัสดุหลากหลายประเภทและมีวัสดุที่คล้ายคลึงกันจำนวนมาก การเลือกอุปกรณ์ฆ่าเชื้อที่เหมาะสมตามลักษณะของวัสดุเป็นประเด็นสำคัญ ปริมาณของแข็งแห้งและความหนืดของวัสดุ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของวัสดุในระหว่างกระบวนการฆ่าเชื้อ รวมถึงระดับการเกิดตะกรันและการไหม้ติดในระหว่างกระบวนการฆ่าเชื้อ ล้วนเป็นประเด็นที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกชนิดของเครื่องฆ่าเชื้อ ประการที่สอง ควรสังเกตว่า หากการฆ่าเชื้ออุณหภูมิสูงพิเศษแบบแผ่นสามารถทำได้ การใช้อุปกรณ์ฆ่าเชื้ออุณหภูมิสูงพิเศษแบบท่อก็สามารถดำเนินการได้เช่นกัน
สาเหตุของกำลังการผลิตไม่เพียงพอส่วนใหญ่มาจากการคำนวณพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนของเครื่องฆ่าเชื้อที่มีขนาดเล็กเกินไป และการคำนวณสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่เลือกใหญ่เกินไป ซึ่งเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนที่เล็กเกินไป สารทำความร้อนของอุปกรณ์ฆ่าเชื้ออุณหภูมิสูงพิเศษ UHT คือ น้ำร้อนยวดยิ่ง ระหว่างน้ำร้อนยวดยิ่งกับไอน้ำมีความแตกต่างกัน โดยในฐานะสารทำความร้อน สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของน้ำร้อนยวดยิ่งโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1200~1400kcal/m2 · h · ℃ ดังนั้นจึงไม่ควรกำหนดค่าให้สูงเกินไป คุณสมบัติของวัสดุส่งผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน และหากออกแบบโดยสมมติให้วัสดุเป็นแบบอุดมคติ ก็จะทำให้พื้นที่ถูกกำหนดให้เล็กเกินไป ประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อไม่ควรประเมินจากพื้นที่ฆ่าเชื้อเพียงอย่างเดียว แต่ต้องผ่านการทดสอบการผลิตเพื่อให้ตอบสนองความต้องการการผลิตและมีความน่าเชื่อถือ
ในระหว่างกระบวนการฆ่าเชื้อ อุณหภูมิการฆ่าเชื้อและความเข้มข้นของวัตถุดิบที่ป้อนต้องมีเสถียรภาพ ก่อนอื่น อุณหภูมิของวัตถุดิบที่ป้อนต้องคงที่ และประการที่สอง ของเหลวที่ป้อนต้องมีความสม่ำเสมอทั้งก่อนและหลัง ซึ่งเป็นเงื่อนไขสำหรับให้อุณหภูมิการฆ่าเชื้อคงที่ เมื่ออุณหภูมิการฆ่าเชื้อไม่เพียงพอ ของเหลวส่วนนี้จำเป็นต้องส่งกลับไปยังถังป้อน และอุณหภูมิของของเหลวนี้ควรใกล้เคียงกับอุณหภูมิของของเหลววัตถุดิบ เพื่อคงความเสถียรของอุณหภูมิการฆ่าเชื้อไว้ให้ได้ สามารถติดตั้งวาล์วมุมที่ด้านหลังของวาล์วควบคุมทางเข้าไอน้ำได้ ดังแสดงในรูปที่ 1
กำลังโหลดรูปภาพ
รูปที่ 1 การควบคุมอุณหภูมิความร้อนด้วยวาล์วมุม
รูปที่ 1 ใช้วาล์วแบบมุมฉากเพื่อควบคุมอุณหภูมิการให้ความร้อน
เครื่องฆ่าเชื้อต้องได้รับการทำความสะอาดระหว่างกระบวนการผลิต และช่วงเวลาการทำความสะอาดอาจแตกต่างกันไปตามวัสดุ ควรกำหนดเส้นทางกระบวนการทำความสะอาดที่เหมาะสมที่สุดและช่วงเวลาการทำความสะอาดตามวัสดุเฉพาะนั้น ๆ ขณะเดียวกัน การทำความสะอาดต้องทั่วถึง หรือควรถอดเครื่องฆ่าเชื้อออกเป็นระยะเพื่อสุ่มตรวจสอบ หากทำความสะอาดไม่ทั่วถึง ไม่เพียงแต่จะส่งผลต่อความเสถียรของอุณหภูมิการฆ่าเชื้อเท่านั้น แต่ยังนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้มาตรฐานและกระทบต่อคุณภาพสินค้า ก่อนหน้านี้ ปัญหาคุณภาพที่เกิดจากการทำความสะอาดไม่สมบูรณ์พบได้ค่อนข้างบ่อย เครื่องฆ่าเชื้อบางเครื่องเมื่อเปิดใช้งานแล้ว วัสดุในท่อแลกเปลี่ยนความร้อนได้เกิดการไหม้และคาร์บอไนซ์ไปแล้ว ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความรุนแรงของปัญหา
ปั๊มมี 2 ประเภท ได้แก่ ปั๊มสำหรับลำเลียงวัสดุ และปั๊มสำหรับทำความสะอาด ปั๊มที่ใช้ส่งวัสดุบนเครื่องฆ่าเชื้อส่วนใหญ่เป็นปั๊มหอยโข่งที่ระบายความร้อนด้วยน้ำซีลสองชั้น สำหรับของเหลวที่มีความหนืด เช่น ซอสมะเขือเทศ สามารถใช้สกรูปั๊ม (หรือปั๊มแบบแทนที่เชิงบวก) ร่วมกับปั๊มแรงดันสูงในการส่งลำเลียงได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีรายงานการสึกหรออย่างรุนแรงของซีลเชิงกลเมื่อใช้ปั๊มที่มีซีลคู่ ซึ่งอาจทำให้น้ำหล่อเย็นเข้าสู่เนื้อวัสดุได้ง่าย แน่นอนว่านี่เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งและไม่ควรใช้เป็นเหตุผลในการตัดทิ้งโดยสิ้นเชิง อุปกรณ์ฆ่าเชื้อทุกชุดจะติดตั้งปั๊มทำความสะอาด ซึ่งแบ่งเป็น 2 ประเภท ได้แก่ ปั๊มหลายสเตจแบบแบ่งช่วง และปั๊มหอยโข่ง ควรสังเกตว่าอัตราการไหลของปั๊มทำความสะอาดต้องมากกว่าอัตราการไหลของวัสดุ จุดประสงค์ของอัตราการไหลที่สูงคือเพื่อให้แน่ใจว่าสารทำความสะอาดมีความเร็วการไหลค่อนข้างสูงภายในเครื่องฆ่าเชื้อ ซึ่งจะช่วยชะล้างคราบตะกรันและวัสดุที่ไหม้ติดได้ ดังนั้น โดยทั่วไปอัตราการไหลของปั๊มที่ใช้สำหรับการทำความสะอาดจะเป็น 2-3 เท่าของปริมาณวัสดุ และเฮดจะเทียบเท่ากับเฮดของวัสดุ
แม้แต่ข้อบกพร่องในการออกแบบเพียงเล็กน้อยก็สามารถก่อให้เกิดปัญหาในการทำงานหรือสมรรถนะของอุปกรณ์ได้ หากต้องการออกแบบอุปกรณ์ฆ่าเชื้อที่ดี จำเป็นต้องเริ่มจากรายละเอียดเล็ก ๆ และทำความเข้าใจรวมถึงเชี่ยวชาญลักษณะของวัสดุ สำหรับวัสดุใหม่ ควรทำการศึกษาทดลองเพื่อออกแบบอุปกรณ์ที่ตอบสนองความต้องการของกระบวนการผลิต
