Till skillnad från livsmedelsindustrin som främst använder centrifugalpumpar har choklad- och konfektyrindustrin två huvudsakliga preferenser för hantering av viskösa vätskor, choklad, socker och andra konfektyrvätskor: Lobrotorpumpar / cirkumferenskolvpumpar och Innerkugghjlspumpar. Dessa pumpar av typen förträngningspumpar väljs på grund av deras:
- Långsam hastighet och låg skjuvning som förhindrar att kakaosmöret separeras från chokladmassan
- Flödeshastighet som är proportionell mot hastigheten, vilket möjliggör enkel flödesreglering med frekvensomriktare (VFD)
- Möjlighet att hantera ett brett spektrum av viskositeter, från kakaosmör <33 cSt till mörk choklad eller mjölkchoklad >25.000 cSt, vilket gör att en anläggning kan standardisera med bara två eller tre pumpstorlekar genom hela processen, vilket förenklar underhållet och minskar reservdelslagret.
Men vilken är bäst? Det beror på tillämpningen samt på processingenjörernas och underhållschefernas erfarenheter och preferenser, men båda har sin plats, ofta på olika ställen i samma processanläggning.
Tumregel för chokladpumpning: "Vätskor med patogenpotential: Lobpumpar/Perifera kolvpumpar. Allt annat: Kugghjulspumpar"
Denna tumregel är inte absolut, men den representerar både vanlig praxis hos många större processorer och tillämpning av bästa praxis för att maximera tillförlitlighet och drifttid, minimera underhållskostnader och säkerställa lämplig hygiennivå.
Hygieniska lobpumpar och cirkumferenskolvpumpar
Hygieniska lobpumpar och cirkumferenskolvpumpar används där rengörbarhet och korrosionsbeständighet krävs. Dessa pumpar i rostfritt stål används där ledningar regelbundet Rengörs på plats, både för att motstå korrosion från rengöringskemikalierna och för att möjliggöra fullständig rengöring på kortast möjliga tid. En invändig oljesmord växellåda innehåller två kuggväxlar, en på drivaxeln och en på den drivna axeln, som synkroniserar rotorernas läge så att de aldrig kommer i kontakt med varandra.
De används i vätskor där patogener kan växa, t.ex. mejeriprodukter (mjölk eller grädde) och flytande sockerarter och sirap, samt mjölkchoklad och chokladsirap som innehåller dessa ingredienser. Pumpar av rostfritt stål föredras också för vit choklad eftersom pumpar och rörledningar av järn kan oxidera tillräckligt för att färga chokladen, även om både lobpumpar och kugghjulspumpar finns i rostfritt stål. Lobpumpar och perifera kolvpumpar är mer känsliga för nötning än kugghjulspumpar, så de används mest i nedströms chokladtillämpningar, t.ex. vid utmatning från raffinaderiet eller conch till lagringstankar eller insättare, panners eller enrobers, eftersom chokladens nötning vid den tidpunkten har minimerats och inte kommer att orsaka överdrivet slitage på de rostfria stålrotorerna (lober eller perifera kolvpumpar).
Innerkugghjlspumpar
Innerkugghjlspumpar tillverkade av gjutjärn är extremt slitstarka, pålitliga, långlivade och har lägre kostnader. Som namnet antyder vrider en extern drivande kugghjul (rotor) en intern driven kugghjul (tomgång), vilket skapar stora håligheter som drar in vätska och sedan tvingar ut den. Eftersom choklad i princip är ätliga oljor med fasta ämnen, ungefär som nötsmör, smörjer de de glidande kugghjulen för att förhindra kontakt och slitage, och de främjar inte tillväxt av patogener. Choklad är svårt att täta, så en viktig fördel med den här tekniken är att det bara finns en axeltätning att underhålla jämfört med två på Lobbe/Perifera kolvpumpar.
Ett annat skäl till att de används i uppströmsapplikationer som kakaomassa och chokladlut är att kugghjulspumpar med rotorer av höghållfast stål eller segjärn och bussningar av härdat gjutjärn klarar av att hantera dessa mycket slipande produkter med minimalt slitage, medan lobpumpar/Perifera kolvpumpar-pumpar av rostfritt stål slits snabbare och kräver mer frekvent underhåll. En ytterligare fördel är att allt järn eller stål som slits från en kugghjulspump kan avlägsnas med magnetseparatorer utan att någon produkt går till spillo, medan detektering av skärvor av rostfritt stål med en metalldetektor kräver att slutprodukten kasseras.
Kugghjulspumpar används ofta för mörk choklad och lecitin på grund av deras lägre start- och livscykelkostnader. Kakaosmör, kakaosmörsekvivalenter och andra ätliga oljor hanteras med kugghjulspumpar eftersom den enkla axeltätningen är mindre benägen att läcka än de dubbla tätningarna på lobpumpar, och dessa vätskor utgör en fallrisk om de når golvet. Det är vanligt att kugghjulspumpar hanterar all choklad i originalutrustning (OEM) som smältverk, tempereringsverk, övergjutare och insättare eftersom de ofta måste monteras på relativt svåråtkomliga platser på utrustningen. Eftersom de använder H1-fett av livsmedelskvalitet för smörjning i stället för olja som lobpumpar är förebyggande underhåll enklare och monteringen kan ske i horisontella eller vertikala konfigurationer.
Innerkugghjlspumpar ska åtminstone vara tillverkade av godkända material som kommer i kontakt med livsmedel (Viking chokladpumpar uppfyller EC1935 för kontakt med livsmedel), men de är inte hygieniska, som i att de helt kan rengöras på plats. Detta krävs inte för någon av de vätskor som beskrivs ovan, eftersom deras system aldrig rengörs med vatten eller rengöringskemikalier, vilket bara skulle förorena chokladen. Kugghjulspumpar av järn finns i allmänhet där rörledningar, ventiler och tillbehör också är av järn. Där rörledningarna övergår till rostfritt stål hittar man ofta lobpumpar eller perifera kolvpumpar (eller Innerkugghjlspumpar i rostfritt stål).
Vad sägs om Ytterkugghjulspumpar och dubbelskruvspumpar?
Båda har använts för att pumpa choklad, men de kanske inte är det bästa valet av flera skäl. Ett viktigt problem med Ytterkugghjulspumpar är att även om de bara har en axeltätning har de fyra hylslager (bussningar) som smörjs av den pumpade vätskan, jämfört med två hylslager med Innerkugghjlspumpar, och bara ett med Vikings 1124A-CHC chokladpumpar.
Abrasivt slitage i dessa lager leder till haveri, och dubbelt så många lager leder till snabbare haveri och mer underhåll. Twin Screw-pumpar liknar lobpumpar i det att de erbjuds i hygienisk design och har två axeltätningar. De är kända för att kunna arbeta med låga hastigheter i viskösa vätskor och sedan med höga hastigheter för att fungera som en Rengör på plats-pump (Rengör på plats) i mejeriapplikationer, vilket eliminerar behovet av en separat centrifugal Rengör på plats-pump. Huvudproblemet är att skruvpumpen måste köras med bara en Variabel frekvensomriktare (VFD) utan reduktionsväxel för att möjliggöra både höga hastigheter för Rengör på plats och mycket låga hastigheter för bearbetning. Detta kräver att motorn och Variabel frekvensomriktare (VFD) är kraftigt överdimensionerade för att kunna köras vid mycket låga frekvenser utan att överhettas, vilket resulterar i låg verkningsgrad och högre livscykelkostnader än för lobpumpar, som alltid använder en reduktionsväxel (och kan använda en VFD av lämplig storlek). Tvillingskruv kan vara lämplig för vätskor med lägre viskositet och patogenpotential, t.ex. mjölk, där den kan köras med höga hastigheter och drivutrustningen inte behöver vara överdimensionerad.
Sammanfattningsvis...
... Väljer vissa anläggningar att använda nästan alla kugghjulspumpar och andra väljer att använda nästan alla lobpumpar eller Perifera kolvpumpar på grund av gemensamma delar, och båda är acceptabla, men tumregeln "Vätskor med patogenpotential: Perifera kolvpumpar. Allt annat: Kugghjulspumpar" ger en plan för kostnadseffektiv och tillförlitlig bearbetning.
För att bättre förstå hur var och en av dessa pumpar fungerar, se dessa korta videor:
Om författaren
John Hall har haft roller inom marknadsföring, försäljning och teknisk ledning för flera pumptillverkare, inklusive 23 år på Viking Pump innan han gick i pension 2023. Han har en kandidatexamen i teknisk kommunikation och en MBA i marknadsföringsledning från University of Minnesota.
