Pilihan material Stainless steel untuk industri makanan dan minuman

/di dalam /oleh

Sebagian besar tantangan yang dihadapi penggunaan baja tahan karat pada industri susu dan industri pengolahan makanan lainnya terkait dengan penukar panas dan air permukaan alami seperti air sumur. Seperti halnya tempat pembuatan bir, sebagian besar industri yang berhubungan dengan makanan sering menggunakan media panas yang dipanaskan dengan uap atau didinginkan dengan air, yang berhubungan dengan pasteurisasi dan sterilisasi, sehingga sering menghadapi masalah seperti retakan korosi akibat tegangan. Secara umum pengolahan makanan tidak menimbulkan korosi pada baja tahan karat standar seperti AISI304 atau 316. Namun, beragamnya metode pemrosesan dalam industri ini menyebabkan banyak kegagalan korosi yang berbeda. Seperti:

  • Erosi/korosi pada penukar panas susu stainless steel.
  • Korosi seragam yang disebabkan oleh asam laktat dan asam organik lainnya pada suhu tinggi.
  • Korosi mikroba disebabkan oleh air permukaan atau air sumur.
  • Retakan korosi akibat tegangan, terutama “retak klorida”.
  • Kelelahan korosi disebabkan oleh getaran.

 

Untuk penukar panas tipe pelat di industri susu, whey, susu, dan air proses diproses melalui penukar panas pelat yang terbuat dari baja tahan karat 1,4401, seperti terlihat pada tabel di bawah.

Produk Suhu masuk, ℃  Suhu keluar,℃ Tekanan
Air dadih 30 10 Sedang
susu 7 30 Tinggi
Proses air 57 14 Rendah

 

Untuk menghindari bocornya makanan yang terkontaminasi, tekanan air proses dijaga serendah mungkin. Kebocoran terjadi ketika pelat-pelat tipis saling bertabrakan pada titik tekanan, yang disebabkan oleh retak lelah pada penampang tipis setelah titik tekanan terkikis dan terkorosi. Studi mikroskopis metalografi pada bagian tersebut menunjukkan bahwa tidak terjadi retakan korosi tegangan. Karena tekanan rendah berada pada sisi perairan proses, ditambah dengan fluktuasi tekanan dan getaran aliran fluida, erosi/korosi terjadi pada sisi ini. Cara menghindari tumbukan fisik pelat adalah dengan mengubah tekanan dan fluktuasi tekanan atau menambah jarak antar pelat.

 

Korosi mikroba yang disebabkan oleh air sumur

Industri makanan biasanya menggunakan air sumur. Kandungan zat besi pada air sumur yang cukup tinggi dapat mengaktifkan bakteri terkait zat besi dan menyebabkan korosi yang parah. Salah satu metode pengolahan air yang umum digunakan adalah dengan menghilangkan zat besi dari air sumur agar makanan terasa lebih enak dan untuk menghindari korosi pada kemasan dan peralatan pengolahan setelah dibersihkan dan dibilas. Air permukaan dan air sumur juga mengandung sejumlah jenis mikroorganisme yang aktif baik dalam kondisi aerobik maupun anaerobik. Bakteri yang berhubungan dengan besi aerobik mengoksidasi ion besi, sedangkan bakteri yang berhubungan dengan besi anaerobik mereduksi ion besi. Kedua reaksi ini pada akhirnya diklasifikasikan sebagai korosi mikroba (MIC). Mikroorganisme lain juga mungkin aktif di dalam air seperti bakteri pereduksi asam sulfat, bakteri penghasil asam. Dalam biofilm yang sama, bakteri aerob dan (di bawah) bakteri anaerob mungkin aktif.

Saat menggunakan air sumur untuk mengolah sayuran kaleng (siram dan dinginkan setelah pasteurisasi). Jika air tidak mengalir dalam waktu lama, pipa produksi 316L akan bocor dalam waktu enam bulan karena suhu air yang tinggi. Air sumurnya sendiri dingin (di bawah 10°C), tetapi dapat dengan mudah naik hingga 30°C di musim panas jika tetap diam di dalam pipa untuk jangka waktu yang lama. Dibandingkan dengan Legionella, biofilm korosif terbentuk pada tingkat aktivitas yang lebih tinggi pada suhu yang lebih tinggi.

 

Korosi lubang yang disebabkan oleh desinfeksi dan sterilisasi klorin

Natrium hipoklorit umumnya digunakan dalam pembersihan dan desinfeksi peralatan baja tahan karat. Jika konsentrasi natrium hipoklorit terlalu tinggi atau waktu pembersihan dan disinfeksi terlalu lama, natrium hipoklorit akan menyebabkan korosi serius pada baja tahan karat, terutama bila suhu di atas 25℃.

 

Fraktur korosi tegangan

Terdapat risiko patah korosi tegangan klorida pada suhu di atas 60°C. Ketika deformasi dingin, tegangan tarik, dan kandungan klorida meningkat, risikonya meningkat. Dibandingkan dengan pipa deformasi dingin tanpa anil, pipa anil tidak sensitif terhadap fraktur korosi tegangan klorida. Bagian luar tabung baja las jahitan lurus yang digunakan dalam industri susu jauh lebih sensitif terhadap klorida, karena tekanan tarik pada bagian tersebut yang disebabkan oleh pembengkokan selama proses pembuatan. Dalam aplikasi lain, penukar panas tubular mungkin bertanggung jawab atas retak korosi tegangan klorida. Retakan tegangan klorida lebih mungkin terjadi pada satu sisi cangkang jika suhu melebihi 60°C. AISI 304 dan 316 sensitif terhadap masalah ini dan terdapat risiko patah korosi tegangan bila digunakan dalam evaporator gula yang menggunakan baja tahan karat feritik. digunakan sebagai gantinya. Baja tahan karat feritik AISI 441 telah banyak digunakan dalam industri gula, khususnya AISI 439. Dalam penggunaan praktis, pilihan perpipaan dikembangkan pada baja tahan karat 304 dan baja tahan karat 439. baja tahan karat 304 untuk pipa pendek dan 439 untuk pipa panjang.

Baja tahan karat 304: Baja dapat dipilih jika panjang pipa kurang dari 3 meter. Koefisien muai panas sebesar 304 baja tahan karat berukuran 1,8×10-2mm/m℃, yang jauh lebih besar daripada baja karbon. Ketika bejana berada pada suhu tinggi, tekanan termal pada pipa juga tinggi. Pipa baja tahan karat AISI 304 dianil setelah pengelasan jahitan lurus di pabrik.

Baja Tahan Karat 439: ASTM439 adalah baja tahan karat feritik yang distabilkan titanium (17% ~ 19%Cr) yang digunakan untuk evaporator atau koil dengan panjang hingga 5 m. Risiko patah korosi tegangan lebih besar bila panjang pipa lebih dari 7 m, konsentrasi klorida tinggi, dan derajat deformasi dingin tinggi. Fraktur korosi tegangan tidak terjadi pada baja tahan karat feritik seperti AISI 439. Untuk menghindari korosi celah, jika ketahanan korosi dan kondisi sanitasi memungkinkan, orang biasanya menggunakan penukar panas dengan cangkang pelat baja karbon tebal dan dinding bagian dalam tebal tipis. pipa baja AISI439. Dengan cara ini, baja karbon dapat memberikan perlindungan katodik untuk pipa baja tahan karat berdinding tipis, dan dapat mengurangi biaya desain dan produksi serta memperpanjang masa pakai.