ТЭН-Миасс Блог

Нагрев растительного масла на пищевом производстве: рафинация, дезодорация

Маслозавод среднего размера прессует 5-10 тонн семечки в смену. Сырое масло после пресса нужно нагреть до 60-70 °C для гидратации, потом до 90-95 °C для нейтрализации, потом до 105 °C для отбеливания. Каждый бак на этом маршруте — 300-1000 литров масла, и в каждом стоит ТЭН. Если ТЭН подобран неправильно — за смену на нём нарастает корка из карбонизированного масла, бак уходит на промывку, линия встаёт. Это не редкость, а норма для тех, кто ставит «универсальные» бойлерные нагреватели в маслохранилище.

Растительное масло — среда специфическая. У него теплопроводность в четыре раза ниже воды, и при той же мощности тепло уходит с поверхности ТЭНа в 4 раза медленнее. Поверхность ТЭНа греется намного сильнее, чем кажется по средней температуре в баке. Это первое и главное, что надо учитывать при выборе нагревателя для пищевого производства.

Что происходит на поверхности ТЭНа в масле

Удельная теплопроводность подсолнечного масла — 0.16 Вт/(м·К). Воды — 0.6 Вт/(м·К). Соответственно при той же удельной поверхностной мощности ТЭНа температура его оболочки в масле будет выше, чем в воде. Цифры по типовому ТЭНу 3 кВт диаметром 13 мм длиной 600 мм (удельная мощность 12 Вт/см²):

При 230-280 °C на поверхности ТЭНа уже идёт активное окисление масла. Жирные кислоты разлагаются на короткоцепочечные альдегиды и кетоны, образующие коричневую корку. На дезодорации (380-450 °C на оболочке) масло вообще пиролизуется — превращается в углерод. Корка нарастает за смену толщиной 1-3 мм.

Эта корка работает как теплоизолятор. Через 2-3 смены поверхность ТЭНа на одной стороне (где корка) греется уже до 600-700 °C, спираль внутри ТЭНа — до 900 °C. Нихром или фехраль такое выдерживает, но недолго. Через 100-200 циклов начинается обрыв.

Как правильно подобрать ТЭН для маслобака

Удельная мощность — главное

Не выше 2 Вт/см². Это потолок. Лучше 1.5 Вт/см². Бытовой ТЭН для бойлера с 12 Вт/см² для масла категорически не подходит, даже если по габаритам влезает в фланец.

Чтобы получить 2 Вт/см² при мощности 5 кВт, нужна длина рабочей части минимум 1200-1500 мм. Это значит — длинные ТЭНы, иногда секционные (несколько коротких ТЭНов вместо одного длинного, чтобы влез в бак).

Материал оболочки

Расположение в баке

ТЭН ставится через боковую стенку или через дно, на минимум 100 мм выше осадочной зоны. В подсолнечном масле всегда есть фосфолипиды и слизи (особенно в нерафинированном) — они оседают на дно, и если ТЭН в этой зоне, он быстро зарастёт. Лучше — горизонтальный ТЭН через боковую стенку, на высоте 1/4 от дна.

Несколько ТЭНов лучше одного. Если бак 1000 л требует 30 кВт, не ставьте один ТЭН на 30 кВт длиной 3 метра — это конструктивно неудобно и одно слабое звено. Ставьте 3-4 ТЭНа по 7-10 кВт. При выходе одного из строя процесс не останавливается, идёт на пониженной мощности.

Типовые стадии рафинации и подбор ТЭНа

Гидратация (60-70 °C)

Сырое масло смешивается с водой 1-3%, нужно прогреть до 60-70 °C на 30-60 минут. Бак на 300-500 л, ТЭН 6-9 кВт, длина 600-900 мм, материал AISI 304 (08Х18Н10), удельная мощность 2 Вт/см². Здесь самый простой и дешёвый ТЭН — низкая температура, нет окисления.

Нейтрализация (80-95 °C)

Добавляется раствор каустика, нужно нагреть до 90-95 °C. ТЭН в щелочной среде — нержавейка 304 или 316L, обязательно с хорошим заземлением (NaOH электропроводен, при пробое корпуса возможны очень нехорошие сюрпризы).

Отбеливание (95-105 °C, иногда под вакуумом)

Добавляется бентонитовая глина 0.5-3%. ТЭН работает в среде с абразивом — мелкие частицы глины при перемешивании трутся об оболочку. Здесь важна не химическая стойкость, а механическая — лучше AISI 316L (твёрже 304 при высокой температуре).

Дезодорация (200-240 °C под вакуумом)

Самая критичная стадия. Прямой ТЭН в масле при таких температурах не работает дольше нескольких циклов. Промышленность использует термомасляный нагрев (теплоноситель в рубашке + теплообменник из ТЭНов в отдельном баке) или прямой паровой нагрев. Если всё-таки прямой электронагрев — только инколой 800 или хастелой, удельная мощность 1-1.5 Вт/см², замена раз в год.

Защита и автоматика

ТЭН в масле всегда комплектуется минимум двумя датчиками температуры. Один — рабочий (управляющий нагревом, обычно термопара K-типа), второй — аварийный (биметаллический термовыключатель на 130-150 °C или электронный с независимой логикой). Если основной отказал и температура ушла выше уставки — аварийный отключает питание.

Без аварийной защиты возможен сценарий: датчик отказал, ТЭН греет постоянно, масло уходит за 280 °C, начинается пиролиз, дым, в худшем случае — самовозгорание (температура самовоспламенения подсолнечного масла около 320-360 °C).

Уход за ТЭНом в маслобаке

Раз в 2-4 недели — снять ТЭН, очистить от налёта. Налёт удаляется горячим щелочным раствором (5-10% NaOH при 70-80 °C, выдержка 30-60 минут) и затем механически — мягкой латунной щёткой. Стальной щёткой нельзя, царапаете нержавейку.

Раз в полгода — проверка сопротивления спирали и сопротивления изоляции. Сопротивление спирали должно быть стабильным (для ТЭНа 3 кВт 220 В — около 16 Ом). Если оно ушло на 20% и больше — спираль на грани, скоро обрыв. Сопротивление изоляции (между спиралью и корпусом) должно быть не ниже 5 МОм. Если упало до 1-2 МОм — оболочка набрала влагу или микротрещины, нужно сушить или менять.

Растительное масло — товар с высокой добавленной стоимостью. Цена литра рафинированного дезодорированного — 80-120 рублей, а маржа маслозавода на нём — 8-15 рублей. Простой линии на сутки из-за вылетевшего ТЭНа съедает прибыль за неделю. Поэтому в пищевом производстве экономия на нагревателях — это всегда плохо посчитанная экономика. Ставьте 316L там, где попросили 316L. Длину 1500 мм, если расчёт показал 1500 мм. И не идите на компромисс ради 30% цены — потеряете в десять раз больше через полгода.