Warmtewisselaars met mantel en buizen voor het smelten en herverwerken van margarine
Achtergrond van de praktijkcase voor het smelten en herverwerken van margarine
Een wereldwijd toonaangevend bedrijf in de chemische en voedingsindustrie nam contact op met SACOME om een corrosieprobleem in een van zijn warmtewisselaars op te lossen. Deze warmtewisselaar was bedoeld voor het smelten van margarine voor latere herverwerking. Bij deze toepassing doen zich een aantal moeilijkheden voor bij het herontwerpen van de warmtewisselaar met mantel en buizen. Enerzijds is er de keuze van het meest geschikte materiaal. Anderzijds is er een juiste interpretatie van het thermische proces dat de margarine ondergaat, aangezien het een halfvast product is dat bij herverwerking in vloeibare toestand overgaat.
Voor deze toepassing worden vaak warmtewisselaars met geschraapt oppervlak gebruikt. De hoge initiële installatiekosten, in combinatie met de hoge exploitatiekosten en de gebruikelijke problemen met de mechanische afdichting, maken de buiswarmtewisselaar echter tot een effectief alternatief om in overweging te nemen.
De oplossing: warmtewisselaars met gegolfde buizen voor het smelten en herverwerken van margarine
Bij SACOME zijn we ons er altijd van bewust dat een juiste materiaalkeuze mogelijke corrosieproblemen in het processysteem voorkomt. Daarom hebben we, op basis van de materiaalanalyse uitgevoerd door de UPCT (Polytechnische Universiteit van Cartagena), vanuit onze technische afdeling de klant voorgesteld om duplexstaal te gebruiken. Dit materiaal bleek het meest geschikt voor het project en het type toepassing. Daarnaast hebben we een thermisch geoptimaliseerd ontwerp voorgesteld om een goede werking van de buiswarmtewisselaar te garanderen.
Dankzij de meer dan 40 referenties met margarine die we bij SACOME hebben, konden onze ingenieurs de meest geschikte technische configuratie van een warmtewisselaar met gegolfde buizen voorstellen voor het smelten en herverwerken van margarine.
Proces voor het smelten en herverwerken van margarine
Margarine is een emulsie van water in olie waarin de waterfase fijn verspreid is in de vorm van druppeltjes in de continue fase van dierlijk of plantaardig vet. Dit product wordt geproduceerd in verschillende stappen, zoals de bereiding van de waterfase en de vetfase, de bereiding van de emulsie, pasteurisatie, koeling en kristallisatie, en verpakking of afvulling.
Indien de dierlijke of plantaardige margarine niet de gewenste consistentie en/of textuur bereikt, moet het product naar een buffer tank worden geleid voor verdere herverwerking. Om de margarine, die een halfvaste consistentie heeft, te kunnen pompen en herverwerken, moet deze worden gesmolten om een vloeibare fase te verkrijgen die het pompen en de transformatie ervan vergemakkelijkt.
Materiaalspecificaties
De warmtewisselaar, vervaardigd uit austenitisch roestvrij staal 316, onderging een proces van corrosie. Daarom werd de klant gevraagd om een monster te sturen voor analyse en om een geschikt materiaal aan te bevelen. In nauwe samenwerking met de UPCT (Universidad Politécnica de Cartagena) kon SACOME conclusies trekken over de oorzaak van deze corrosie om te voorkomen dat deze in toekomstige ontwerpen opnieuw zou optreden.
De experts van de UPCT voerden verschillende analyses uit op het monster met tekenen van corrosie: chemische analyse door middel van spectrografie, macrografische analyse en micrografie.
Er werd geconcludeerd dat het monster plaatselijke corrosie door pitting (putjes) vertoonde als gevolg van het gecombineerde effect van een hoog chloridegehalte (met een zoutgehalte van meer dan 1%) en hoge procestemperaturen. Op deze manier analyseerden de technici van de UPCT de reactie van verschillende roestvrijstalen (austenitisch en ferritisch-austenitisch), niet alleen op putcorrosie, maar ook op galvanische corrosie, interstitiële corrosie, corrosie door spanningsscheuren en intergranulaire corrosie.
Bovendien werd bij het onderzoek van de verschillende materialen rekening gehouden met de pH en het Cl-gehalte van het product. Op basis van deze vergelijking en rekening houdend met de in de industrie verkrijgbare roestvrijstalen soorten, kozen de ingenieurs van SACOME voor duplexstaal als het meest geschikte materiaal voor deze toepassing.
Een juiste materiaalkeuze voorkomt corrosieproblemen.
Productspecificaties
Het vet in margarine bestaat uit een mengsel van oliën, emulgatoren, lecithine, aroma’s en andere minder belangrijke ingrediënten die in het mengsel zijn opgelost, zoals kleurstoffen of antioxidanten. Daarnaast kan het zoutgehalte van de waterige fase variëren. Deze complexe samenstelling, in combinatie met de faseverandering die optreedt tijdens het verwarmen van margarine, maakt een reologische analyse van het product noodzakelijk. Het doel van deze analyse is om een betrouwbaar thermisch ontwerp van de buiswarmtewisselaar te verkrijgen. Daarom werden de thermische eigenschappen van het product in de laboratoria van de UPCT bepaald aan de hand van een monster ervan.
Een correcte modellering van het smelt- en kristallisatieproces, de latente warmte en de specifieke warmte zijn essentieel voor het thermisch ontwerp van de warmtewisselaar.
Ontwerp van buisvormige warmtewisselaars voor het smelten en herverwerken van margarine
Voor dit project hebben we onze buiswarmtewisselaar S-TFM-I geleverd, met de volgende belangrijkste kenmerken:
Multitubulaire geometrie
De multitubulaire geometrie bestaat uit een bundel buizen waarin de ruwe olie aan de buizenzijde wordt verwerkt en de geraffineerde olie aan de behuizingszijde.
Buisvormige flensplaat
Het ontwerp van de buisplaat met flens maakt het mogelijk om de reducties aan de margarinekant te demonteren, waardoor inspectie en reiniging van de binnenbuizen mogelijk is.
Steriele flenzen
Er werd een specifiek ontwerp voor steriele flenzen voorgesteld, waarbij speciale aandacht werd besteed aan het type en de plaatsing van de afdichtingen.
Ontwerp zonder tussenruimtes.
Er werd een geometrie ontwikkeld zonder dode zones, wat een volledig hygiënisch ontwerp mogelijk maakte en interstitiële corrosie werd voorkomen, wat essentieel is voor een product met een hoog chloridegehalte.
Het project in cijfers
Procesdebiet (Kg/h)
Begintemperatuur (°C)
Eindtemperatuur (°C)
Thermisch vermogen (Kcal/h)
Drukverlies (bar)
Bezette ruimte op de begane grond (mm)