So produzieren Sie bessere Suppe – mit Hilfe von Mathematik
Konstrukteure von Wärmetauschern verwenden gerne die gleichen traditionellen Berechnungsprogramme für Lebensmittel mit und ohne Partikel. Das Problem ist aber, dass sich durch Partikel der Fluss und die Wärmedynamik in einem Wärmetauscher erheblich verändern. Neue Forschungsergebnisse von Tetra Pak zeigen, wie sich die Partikel auf die Wärmeübertragung auswirken.
Die Untersuchung zeigt, dass einige herkömmliche Formeln zu Abweichungen von bis zu 12 °C zwischen der berechneten Austrittstemperatur und der tatsächlich gemessenen Temperatur der partikelhaltigen Lebensmittel, die einen Wärmetauscher verlassen, führen können. Um dies zu vermeiden, ist der Wärmetauscher in der Regel überdimensioniert.
Wenn die tatsächliche Temperatur allerdings sehr viel höher ist als erwartet, kann das partikelhaltige Lebensmittel teilweise zerstört werden und Geschmack und Farbe können verloren gehen. Was die Investitionskosten betrifft, so kann der Wärmetauscher für seinen Zweck überdimensioniert sein, was eine Verschwendung von Geld und Platz bedeutet.
An den Forschungsarbeiten, die mehr als zwei Jahre lang im Produktentwicklungszentrum von Tetra Pak in Lund, Schweden, durchgeführt wurden, waren etwa zehn Experten beteiligt, darunter ein externer Professor und Forschungsmitarbeiter der Universität Lund, die auf Wärmeübertragung spezialisiert sind. Es wurden verschiedene partikelhaltige Lebensmittel getestet, zum Beispiel Mangozubereitungen, Suppenkonzentrate, Chutneys und Karottenmasse.
Die Ergebnisse zeigten ganz deutlich, wie der Wärmeübergangskoeffizient beim Vorhandensein von Partikeln variiert. Wie erwartet, verbessern die Partikel die Durchmischung in den Röhren und erhöhen somit den Gesamtwärmeübergangskoeffizienten der flüssigen Phase.
Ein Tool für die Optimierung des Prozessdesigns
Der Einfluss von Partikeln wurde nun quantifiziert, und Tetra Pak konnte eine neue Formel für den Wärmeübergangskoeffizienten von Partikeln und ein neues Berechnungstool für partikelförmige Lebensmittel entwickeln. Das neue Tool heißt PartCalc und wurde anhand von Experimentdaten validiert. Es wird nun verwendet, um Kunden zu helfen, ihr Prozessdesign für partikelhaltige Lebensmittel zu optimieren.
Die Experimente von Tetra Pak zeigen, dass die von PartCalc berechnete Temperatur der Trägerflüssigkeit einer Vielzahl von partikelhaltigen Lebensmitteln, die einen Wärmetauscher verlassen, im Durchschnitt um weniger als 3 °C von der tatsächlichen Temperatur abweicht. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber traditionellen Berechnungen. Eine gute Korrelation mit den tatsächlichen Temperaturen ist gegeben, sodass Tetra Pak die Größe der Wärmetauschersysteme für partikelhaltige Lebensmittel genauer berechnen kann.
Für die lebensmittelverarbeitende Industrie ergeben sich folgende Vorteile:
» Verbesserte Lebensmittelqualität und Gewährleistung der Lebensmittelsicherheit
» Geringere Betriebs- und Wartungskosten
» Verringerte Produktverluste
» Verringerte Umweltbelastung
Optimierung der Wärmebehandlung von partikelhaltigen Lebensmitteln
Optimierung der Wärmebehandlung von partikelhaltigen Lebensmitteln
Kein Rätselraten mehr
„Der Wärmeübergangskoeffizient, der ausdrückt, wie effizient die Wärme von der Wand auf die Flüssigkeit übertragen wird, war immer bekannt, nicht aber der Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Flüssigkeit und dem Partikel“, fügt sie hinzu. „Zuvor konnten dazu nur fundierte Vermutungen angestellt werden, oder wir sahen uns gezwungen, bei jedem partikelhaltigen Produkt individuelle Versuche zu machen, um diese Berechnungen zu erhalten. Doch dank der kürzlich durchgeführten Recherchearbeit, die wir im Whitepaper präsentieren, haben wir nun Modelle, die zeigen, wie sich dieser Wärmeübergangskoeffizient je nach Partikelgröße und -konzentration sowie Viskosität der Flüssigkeit ändert.“
Lesen Sie die ganze Geschichte hier.
Laden Sie unser Whitepaper The inside story on heat treatment of particulate foods, Januar 2016 herunter. Dieses enthält die neuesten Erkenntnisse und mehr Informationen über die neue Formel von Tetra Pak für die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten.
