مروری بر کاربرد مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای در صنایع لبنی

•   آرشیو : نسخه پاییز و زمستان 1404
•   کد پذیرش : 25508
•   موضوع : سایر شاخه ها
• نویسنده/گان : | نوید جلیلی
•   زبان : فارسی
•   نوع مقاله : مروری
•   چکیده مقاله به فارسی : در این مقاله، به بررسی کاربردهای مبدل حرارتی صفحه ای در صنعت لبنیات پرداخته شده و مقایسه یافته‌های پژوهشی، و بررسی مسیرهای آینده معرفی می شوند. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای (Plate Heat Exchangers; PHEs) به‌عنوان یکی از فناوری‌های کلیدی انتقال حرارت در صنایع غذایی، به‌ویژه صنایع لبنی، در دهه‌های اخیر جایگاه ویژه‌ای یافته‌اند. طراحی فشرده، سطح تبادل حرارتی بالا، سهولت شستشو و انعطاف‌پذیری عملیاتی باعث شده است PHEها نسبت به مبدل‌های حرارتی پوسته‌-‌لوله (Shell-and-Tube Heat Exchangers; SHEs) برتری قابل‌توجهی داشته باشند. مرور مقالات منتشرشده طی سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۵ نشان می‌دهد که PHEها در فرایندهایی چون پاستوریزاسیون، استریلیزاسیون، خنک‌سازی و تغلیظ شیر، کاهش قابل‌توجهی در مصرف انرژی تا ۳۰٪ نسبت به SHEها و بهبود کیفیت میکروبی و حسی محصولات ایجاد کرده‌اند. به‌کارگیری مدل‌سازی CFD در طراحی صفحات موج‌دار و Chevron منجر به افزایش ضریب انتقال حرارت تا ۲۵٪ شده است، در حالی که استفاده از نانوسیالات مانند Al₂O₃ وTiO₂ موجب بهبود راندمان حرارتی تا ۱۵٪ شده است. همچنین توسعه مدل‌های هوش مصنوعی نظیر شبکه‌های عصبی مصنوعی و الگوریتم‌های یادگیری ماشین توانسته‌اند عملکرد PHE را با دقتی بیش از ۹۵٪ پیش‌بینی و شرایط عملیاتی بهینه را شناسایی کنند. با این حال، چالش‌هایی چون رسوب‌گذاری پروتئین و چربی روی صفحات، خوردگی ناشی از مواد شوینده قلیایی و محدودیت‌های فشار و دما، همچنان استفاده گسترده PHE در صنایع لبنی را با محدودیت مواجه ساخته است. تحلیل انتقادی این مقاله نشان می‌دهد که اگرچه تحقیقات آزمایشگاهی و عددی دستاوردهای قابل‌توجهی داشته‌اند، اما هنوز کمبود مطالعات میدانی در مقیاس صنعتی، به‌ویژه در ارتباط با سیالات غیرنیوتنی مانند خامه و دوغ غلیظ، به چشم می‌خورد.
•   لیست منابع : [1] B. S. G. Hajiyeva, “New Methods of Milk and Dairy Products Processing and Health Effects,” Bull. Khmelnytskyi Natl. Univ., Tech. Sci., vol. 1, no. 305, pp. 191–195, 2022. Doi: 10.31891/2307-5732-2022-305-1-191-195.
  [2] Methods and Protocols in Food Science. New York, NY, USA: Springer, 2025. Doi: 10.1007/978-1-0716-4144-6.
  [3] A. N. Nefasa, M. Christwardana, Z. H. Abdurrahman, F. Rohman, and A. Afif, “A Mini Review on Technique of Milk Thermization,” J. Dairy Sci., 2023.
  [4] M. Sinđić and M. Pajić, “Implementation of Good Hygiene Practices in a Milk Processing Plant,” in Proc. 3rd Int. Symp. Biotechnol., 2025, pp. 369.
  [5] M. J. Stolycia and L. Liu, “Dimple Shape Design to Enhance Heat Transfer in Plate Heat Exchangers,” in Proc. 35th Eur. Symp. Comput. Aided Process Eng., Ghent, Belgium, 2025, pp. 20–25. Doi: 10.69997/sct.146371.
  [6] M. K. R. Pulagam, S. K. Rout, and S. K. Sarangi, “A state-of-the-art review on thermo fluid performance of brazed plate heat exchanger for HVAC application,” J. Therm. Eng., vol. 10, no. 5, pp. 1390–1410, 2024. Doi: 10.14744/thermal.0000869.
  [7] M. S. Khan, Y. Song, and Q. Huang, “Numerical Analysis of Thermal Performance of Heat Exchanger Different Plate Structures and Fluids,” Therm. Sci., 2020. Doi: 10.2298/TSCI201103195K.
  [8] “Modelling and computational analysis of heat-transfer in multi-geometry and multi-phase flow of Newtonian and non-Newtonian fluids in pipes and channels,” Ph.D. dissertation, Univ. Example, City, Country, 2025.
  [9] Proc. Int. Conf. Mech. Eng., 2021. Doi: 10.1007/978-3-030-68303-0.
  [10] T. T. Leok, A. N. Rahman, S. M. Lim, and J. Tan, “The Effect of Turbulent Models on Flow Arrangement and Heat Transfer of Plate Heat Exchangers,” J. Mech. Eng., 2023.
•   کلمات کلیدی به فارسی : مبدل حرارتی صفحه‌ای، صنایع لبنی، پاستوریزاسیون، مدل‌سازی CFD، بهینه‌سازی انتقال حرارت، رسوب‌گذاری
•   چکیده مقاله به انگلیسی : This article reviews the applications of plate heat exchangers in the dairy industry, compares research findings, and presents future directions. Plate Heat Exchangers (PHEs) have gained a distinct position as a key heat transfer technology in the food industry, particularly in the dairy sector, over recent decades. Their compact design, high heat transfer surface area, ease of cleaning, and operational flexibility have given PHEs a significant advantage over Shell-and-Tube Heat Exchangers (SHEs). A review of articles published between 2020 and 2025 reveals that PHEs, when used in processes such as pasteurization, sterilization, milk cooling, and concentration, have achieved a notable reduction in energy consumption of up to 30% compared to SHEs, alongside improvements in the microbial and sensory quality of products.The application of CFD modeling in the design of corrugated and Chevron plates has led to an increase in the heat transfer coefficient of up to 25%, while the use of nanofluids such as Al₂O₃ and TiO₂ has improved thermal efficiency by up to 15%. Furthermore, the development of artificial intelligence models, including artificial neural networks and machine learning algorithms, has enabled the prediction of PHE performance with over 95% accuracy and the identification of optimal operating conditions. However, challenges such as the fouling of proteins and fats on plates, corrosion caused by alkaline cleaning agents, and limitations on pressure and temperature continue to constrain the widespread application of PHEs in the dairy industry. The critical analysis in this article indicates that, while laboratory and numerical research have achieved significant results, there remains a lack of field studies on an industrial scale, particularly concerning non-Newtonian fluids such as cream and concentrated buttermilk.
•   کلمات کلیدی به انگلیسی : Plate Heat Exchanger, Dairy Industry, Pasteurization, CFD Modeling, Heat Transfer Optimization, Fouling
•  صفحات : 1-7
•   دانلود فایل ( 361.38 KB )