El problema de la gelificación de la gelatina
Las soluciones de gelatina se procesan en la producción de cápsulas farmacéuticas, confitería y emulsiones fotográficas. La solución de gelatina debe calentarse a 50-70 grados para mantenerla fluida y bombeable. A temperaturas inferiores a aproximadamente 35 grados, la gelatina se gelifica formando un sólido firme y elástico. La transición es reversible con calentamiento, pero la gelatina gelificada en la superficie del intercambiador de calor causa problemas importantes.
Los intercambiadores de calor metálicos desarrollan una capa de gelatina gelificada en la superficie durante las fluctuaciones de temperatura. Una breve interrupción del flujo, una caída de presión de vapor o un arranque en frío pueden crear un punto frío donde la gelatina se gelifica contra la pared del tubo. La capa gelificada aísla la superficie, reduce la transferencia de calor y es difícil de quitar.-Debe derretirse aumentando la temperatura, lo que corre el riesgo de degradar la gelatina.
Los intercambiadores de calor de PTFE reducen el problema de gelificación mediante un flujo de calor más suave. La menor conductividad térmica de la pared del tubo modera la temperatura de la superficie. No hay puntos calientes repentinos que sobrecalienten la gelatina y el perfil de transferencia de calor más suave mantiene la temperatura del fluido por encima del punto de gelificación en todo el intercambiador.
El mecanismo de gelificación térmica
Las moléculas de gelatina son fragmentos de colágeno de triple-hélice que se gelifican cuando la temperatura desciende por debajo de la temperatura de transición de la hélice-espiral (aproximadamente 35 grados). La gelificación es un entrecruzamiento físico-las cadenas reforman sus uniones de triple-hélice. La velocidad de gelificación depende de la temperatura y la velocidad de enfriamiento. El enfriamiento rápido produce un gel más firme y elástico.
En la superficie de un intercambiador de calor metálico, la alta conductividad térmica crea un fuerte gradiente de temperatura en la pared. La temperatura de la pared está cerca de la temperatura del vapor (120-150 grados), mientras que el fluido a granel está a 55-60 grados. Si el flujo disminuye o se detiene, la capa límite se enfría rápidamente. La gelatina de la capa límite se gelifica contra la pared. La capa gelificada reduce la transferencia de calor al fluido restante, creando un circuito de retroalimentación de mayor enfriamiento y mayor gelificación.
La menor conductividad térmica del PTFE crea un perfil de temperatura más suave. La temperatura de la pared es de 70 a 85 grados para las mismas condiciones de vapor. El flujo de calor más suave mantiene la temperatura de la capa límite por encima del punto de gelificación incluso durante breves fluctuaciones del flujo. Se reduce el riesgo de gelificación de la superficie.
| Parámetro de procesamiento de gelatina | Acero inoxidable | Titanio | PTFE |
|---|---|---|---|
| Temperatura de la pared a 3 barg de vapor (grados) | 120-140 | 120-140 | 70-85 |
| Riesgo de enfriamiento de la capa límite durante la interrupción del flujo | Alto | Alto | Reducido |
| Probabilidad de gelificación de la superficie | Alto | Alto | Bajo |
| Eliminación de la capa gelificada | Derretimiento de agua caliente (riesgos de degradación) | Derretimiento de agua caliente | N/A (sin forma de gel) |
| Frecuencia de limpieza | Cada lote | Cada lote | Semanal o menos |
La protección de la calidad del producto
La gelatina que gelifica contra una superficie metálica y luego se funde sufre degradación térmica. La gelatina degradada tiene una fuerza de gel reducida y una viscosidad alterada. En la producción de cápsulas farmacéuticas, la fuerza del gel afecta el espesor de la pared de la cápsula y la velocidad de disolución. En aplicaciones alimentarias, la fuerza del gel afecta la textura del producto.
La prevención de la gelificación de la superficie por parte del PTFE elimina esta vía de degradación. La gelatina se calienta uniformemente sin que se forme gel en la superficie. La calidad del producto es constante de un lote a otro.
La compatibilidad CIP
Las líneas de procesamiento de gelatina se limpian con agua caliente, soluciones cáusticas diluidas y desinfectantes. Los intercambiadores metálicos toleran el CIP pero desarrollan rugosidad en la superficie durante ciclos repetidos. El PTFE es inmune a todos los productos químicos CIP. La superficie permanece lisa y antiadherente tras años de ciclos de limpieza.
Resumen
Los intercambiadores de calor de PTFE evitan que la gelatina se gelifique en las superficies del calentador mediante un flujo de calor más suave y temperaturas de pared más bajas que mantienen la capa límite por encima del punto de gelificación. La superficie antiadherente-evita la adhesión de cualquier gel que se forme durante las alteraciones del proceso. La calidad del producto está protegida de la degradación térmica. La frecuencia de limpieza disminuye de cada lote a semanal. Para el procesamiento de gelatina, el PTFE proporciona un control de temperatura que los metales no pueden igualar.
El soporte de ingeniería para la especificación del intercambiador de calor de PTFE de gelatina está disponible previa presentación de la concentración de gelatina, la temperatura de procesamiento, las características de flujo y los problemas de gelificación actuales.
