Lựa chọn vật liệu Inox cho công nghiệp thực phẩm và đồ uống

/TRONG /qua

Hầu hết các thách thức phải đối mặt khi sử dụng thép không gỉ trong ngành chế biến sữa và thực phẩm khác đều liên quan đến bộ trao đổi nhiệt và nước bề mặt tự nhiên như nước giếng. Giống như các nhà máy bia, hầu hết các ngành công nghiệp liên quan đến thực phẩm thường sử dụng môi trường nóng được làm nóng bằng hơi nước hoặc làm mát bằng nước, liên quan đến quá trình thanh trùng và khử trùng, do đó thường gặp phải các vấn đề như vết nứt ăn mòn do ứng suất. Nhìn chung, chế biến thực phẩm không bị ăn mòn các loại inox tiêu chuẩn như AISI304 hoặc 316. Tuy nhiên, sự đa dạng của các phương pháp xử lý trong ngành này dẫn đến nhiều lỗi ăn mòn khác nhau. Chẳng hạn như:

  • Xói mòn/ăn mòn trong bộ trao đổi nhiệt sữa bằng thép không gỉ.
  • Ăn mòn đồng đều do axit lactic và các axit hữu cơ khác ở nhiệt độ cao.
  • Ăn mòn vi sinh vật do nước mặt hoặc nước giếng gây ra.
  • Các vết nứt ăn mòn ứng suất, chủ yếu là "vết nứt clorua".
  • Mệt mỏi ăn mòn do rung động.

 

Đối với các bộ trao đổi nhiệt dạng tấm trong ngành công nghiệp sữa, váng sữa, sữa và nước chế biến được xử lý thông qua các bộ trao đổi nhiệt dạng tấm làm bằng thép không gỉ 1.4401, như trình bày trong bảng bên dưới.

Các sản phẩm Nhiệt độ đầu vào, oC  Nhiệt độ đầu ra, oC Áp lực
Váng sữa 30 10 Trung bình
Sữa 7 30 Cao
Xử lý nước 57 14 Thấp

 

Để tránh rò rỉ thực phẩm bị ô nhiễm, áp suất nước xử lý được giữ ở mức thấp nhất có thể. Rò rỉ xảy ra khi các tấm mỏng va chạm với nhau tại điểm áp suất, nguyên nhân là do các vết nứt mỏi trên mặt cắt ngang mỏng sau khi điểm áp suất bị xói mòn và ăn mòn. Nghiên cứu kính hiển vi kim loại của mặt cắt cho thấy không có vết nứt ăn mòn ứng suất nào xảy ra. Vì áp suất thấp nằm ở phía nước của quy trình, cùng với sự dao động áp suất và dao động của dòng chất lỏng nên hiện tượng xói mòn/ăn mòn xảy ra ở phía này. Cách để tránh va chạm vật lý giữa các tấm là thay đổi áp suất và dao động áp suất hoặc tăng khoảng cách giữa các tấm.

 

Ăn mòn vi sinh vật do nước giếng

Ngành công nghiệp thực phẩm thường sử dụng nước giếng. Hàm lượng sắt trong nước giếng khá cao, có thể kích hoạt các vi khuẩn liên quan đến sắt và gây ăn mòn nghiêm trọng. Một trong những phương pháp xử lý nước được sử dụng phổ biến là loại bỏ sắt khỏi nước giếng nhằm làm cho thức ăn ngon hơn và tránh ăn mòn các thiết bị đóng gói, chế biến sau khi làm sạch và tráng. Nước mặt và nước giếng còn chứa một số loại vi sinh vật hoạt động trong cả điều kiện hiếu khí và kỵ khí. Vi khuẩn hiếu khí liên quan đến sắt oxy hóa các ion sắt, trong khi vi khuẩn kỵ khí liên quan đến sắt làm giảm các ion sắt. Hai phản ứng này cuối cùng được phân loại là ăn mòn vi sinh vật (MIC). Các vi sinh vật khác cũng có thể hoạt động trong nước như vi khuẩn khử axit sunfuric, vi khuẩn tạo axit. Trong cùng một màng sinh học, vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn kỵ khí (dưới đây) có thể hoạt động.

Khi dùng nước giếng để xử lý rau đóng hộp (xả sạch và để nguội sau khi thanh trùng). Trường hợp nước không chảy trong thời gian dài, ống sản xuất 316L sẽ bị rò rỉ trong vòng sáu tháng do nhiệt độ cao của nước. Bản thân nước giếng lạnh (dưới 10 ° C), nhưng có thể dễ dàng tăng lên 30 ° C vào mùa hè nếu nó đứng yên trong đường ống trong một thời gian dài. So với Legionella, màng sinh học ăn mòn hình thành với tốc độ hoạt động cao hơn ở nhiệt độ cao hơn.

 

Ăn mòn rỗ do khử trùng và khử trùng bằng clo

Natri hypochlorite thường được sử dụng để làm sạch và khử trùng các thiết bị bằng thép không gỉ. Nếu nồng độ natri hypoclorit quá cao hoặc thời gian làm sạch và khử trùng quá dài, natri hypoclorit sẽ gây ăn mòn nghiêm trọng thép không gỉ, đặc biệt khi nhiệt độ trên 25oC.

 

gãy xương do ăn mòn ứng suất

Có nguy cơ gãy xương do ăn mòn do ứng suất clorua ở nhiệt độ trên 60 ° C. Khi biến dạng nguội, ứng suất kéo và hàm lượng clorua tăng lên thì nguy cơ cũng tăng lên. So với ống biến dạng nguội mà không ủ, ống ủ không nhạy cảm với hiện tượng gãy do ăn mòn ứng suất clorua. Mặt ngoài của ống thép hàn đường may thẳng dùng trong ngành sữa nhạy cảm hơn nhiều với clorua, do ứng suất kéo ở mặt cắt gây ra do uốn cong trong quá trình sản xuất. Trong các ứng dụng khác, bộ trao đổi nhiệt dạng ống có thể là nguyên nhân gây ra hiện tượng nứt do ăn mòn ứng suất clorua. Các vết nứt do ứng suất clorua có nhiều khả năng phát triển ở một bên vỏ nếu nhiệt độ vượt quá 60 ° C. AISI 304 và 316 rất nhạy cảm với vấn đề này và có nguy cơ gãy do ăn mòn do ứng suất khi sử dụng trong các thiết bị bay hơi đường nơi thép không gỉ ferit có thể được sử dụng thay thế. Thép không gỉ Ferritic AISI 441 đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đường, đặc biệt là AISI 439. Trong sử dụng thực tế, việc lựa chọn đường ống được phát triển bằng thép không gỉ 304 và thép không gỉ 439. thép không gỉ 304 đối với ống ngắn hơn và 439 đối với ống dài hơn.

Thép không gỉ 304: Thép có thể được lựa chọn khi chiều dài của ống nhỏ hơn 3 mét. Hệ số giãn nở nhiệt của 304 thép không gỉ là 1,8 × 10-2 mm / moC, lớn hơn nhiều so với thép cacbon. Khi bình ở nhiệt độ cao, ứng suất nhiệt của đường ống cao. Ống thép không gỉ AISI 304 được ủ sau khi hàn đường thẳng tại nhà máy.

Thép không gỉ 439: ASTM439 là thép không gỉ ferritic ổn định bằng titan (17% ~ 19%Cr) được sử dụng cho thiết bị bay hơi hoặc cuộn dây có chiều dài lên tới 5 m. Nguy cơ gãy xương do ăn mòn ứng suất sẽ lớn hơn khi chiều dài ống lớn hơn 7 m, nồng độ clorua cao và mức độ biến dạng nguội cao. Không xảy ra hiện tượng đứt gãy do ăn mòn ứng suất ở các loại thép không gỉ ferit như AISI 439. Để tránh ăn mòn kẽ hở, nếu khả năng chống ăn mòn và điều kiện vệ sinh cho phép, người ta thường sử dụng bộ trao đổi nhiệt với vỏ là tấm thép carbon dày và thành trong có độ dày mỏng. Ống thép AISI439. Bằng cách này, thép carbon có thể cung cấp khả năng bảo vệ catốt cho ống thép không gỉ có thành mỏng, đồng thời có thể giảm chi phí thiết kế và sản xuất, đồng thời kéo dài tuổi thọ sử dụng.