Les coûts cachés des échangeurs de chaleur à plaques dans l'industrie agroalimentaire

Publié : 18 novembre 2020 | Ben Green - Alfa Laval | aucun commentaire pour l'instant

Ben Green, responsable de la division Alimentation et eau au Royaume-Uni et en Irlande chez Alfa Laval, explique en profondeur pourquoi de nombreux échangeurs thermiques à plaques (PHE) sont « impropres au service ».

Ben Green discute des problèmes liés aux échangeurs de chaleur à plaques et des raisons pour lesquelles ils pourraient faire chuter les bénéfices des fabricants de produits alimentaires

En tant que secteur où l’évolution est parmi les plus rapides au monde, les temps d’arrêt et la détérioration des produits ne sont tout simplement pas une option pour les entreprises du secteur agroalimentaire qui souhaitent fonctionner de manière efficace, responsable et compétitive. Cependant, évoluer à un tel rythme n’est pas sans défis, ce qui signifie que certains fondamentaux peuvent souvent être négligés.

On estime qu’il existe des milliers d’échangeurs de chaleur à plaques – de toutes marques et de toutes tailles – en service qui ne sont pas entièrement optimisés et pourraient épuiser inutilement les entreprises. De plus, les échangeurs de chaleur à plaques sont encore souvent négligés, bien qu'il s'agisse d'un équipement de précision nécessitant une stratégie de maintenance réfléchie et proactive.

Il existe quatre principaux types d’échangeurs de chaleur à plaques : à joints, brasés, soudés et semi-soudés. Les échangeurs de chaleur à plaques avec joints (GPHE) sont le type d'échangeur de chaleur compact le plus courant pour la transformation des aliments et des boissons. Dans un GPHE, les plaques métalliques sont équipées de joints en élastomère qui scellent et dirigent chaque fluide dans des canaux alternés. Les canaux chauds sont placés contre les canaux froids, chaque fluide circulant à contre-courant ou à co-courant pour faciliter le transfert thermique. Les GPHE sont appréciés pour leur haut rendement offert par une grande surface.

Ironiquement, la principale cause des problèmes réside dans les solutions. À mesure que les industries progressent et introduisent des technologies de plus en plus sophistiquées, cela peut entraîner des conséquences inattendues. C’est le cas de l’encrassement et du nettoyage des échangeurs de chaleur à plaques. Ces dernières années, l’industrie des échangeurs de chaleur a identifié une nouvelle série de défis auxquels elle a été confrontée.

Par exemple, la diversification des aliments et des boissons a conduit à une augmentation des produits naturels, ce qui pose divers défis en matière de transfert de chaleur. Certains produits naturels ont une tolérance à la chaleur plus faible que, par exemple, les sucres et d'autres ingrédients plus éprouvés.

Le rythme du changement et le taux de croissance démographique obligent l’industrie agroalimentaire à agrandir ses usines pour traiter de plus grandes capacités. Dans le même temps, elle doit produire davantage avec le moins de temps d'arrêt possible, ce qui exacerbe inévitablement le risque de pannes et de conséquences imprévues.

L’encrassement d’un GPHE est trop courant dans la transformation des aliments. Elle est causée par le dépôt de particules, de matières biologiques, la décomposition et la cristallisation. Le type d'encrassement qui se produit dépend du fluide de procédé, de la conception du GPHE et de la fréquence de nettoyage.

La principale cause d'encrassement réside dans le schéma d'écoulement d'une substance. Toutefois, si le GPHE n'est pas spécifié correctement au départ ou n'est pas régulièrement entretenu, la substance peut s'écouler plus lentement, voire parfois ne pas s'écouler du tout. Cela peut causer des problèmes majeurs.

Un certain nombre d'études ont été réalisées au fil des ans visant à soutenir les développements technologiques dans les domaines de l'atténuation de l'encrassement et des technologies de nettoyage des échangeurs de chaleur à plaques utilisés dans la transformation des aliments. Par exemple, une étude a examiné la fréquence de l'encrassement dans l'industrie laitière et plus particulièrement dans le processus de pasteurisation. L'étude s'est penchée plus en détail sur les produits chimiques articulaires jouant un rôle dans l'accumulation de dépôts de protéines de lactosérum.1 Malheureusement, la relation entre l'accumulation de dépôts de protéines et les réactions chimiques qui ont lieu dans la solution d'encrassement est encore peu claire.

La corrosion est un problème majeur pour les échangeurs de chaleur à plaques, ce qui rend le choix du matériau crucial

Une autre étude a examiné les effets des paramètres opérationnels industriels les plus pertinents pour éliminer une couche de jaune d'œuf cuit au four à l'aide d'une méthode de détection optique et d'un canal d'écoulement à expansion soudaine.2 Les enquêtes ont montré que la température est le paramètre le plus pertinent, mais, en particulier, l'hydroxyde de sodium à une concentration de 1,5 pour cent en poids présente un effet indésirable. La combinaison des paramètres du processus a affecté le type d'élimination.