Hlađenje 18 tona čokolade na sat: šta se zapravo dešava unutar izmenjivača toplote?

09. 09. 2026

Kako je HEXONIC projektovao prilagođeni DNA izmenjivač toplote za hlađenje tečne čokolade blizu temperature kristalizacije

Hlađenje čokolade na prvi pogled može izgledati kao jednostavan proces prenosa toplote.

U praksi je upravo suprotno.

Tečna čokolada je viskozan, nenjutnovski fluid čije se ponašanje značajno menja sa temperaturom i uslovima strujanja. Tokom hlađenja njen viskozitet raste, dok preniska lokalna temperatura na površini za prenos toplote može pokrenuti neželjenu kristalizaciju.

Zbog toga kod projektovanja nije dovoljno znati samo protok i ulaznu i izlaznu temperaturu proizvoda.

Potrebno je razumeti šta se dešava sa čokoladom unutar samog izmenjivača toplote.

U konkretnom projektu realizovanom sa kompanijom Raptronic Process Engineering, zadatak kompanije HEXONIC bio je da razvije sistem sposoban da hladi čak 18 tona tečne čokolade na sat – sa 68 °C na približno 45 °C.

Potrebna toplotna snaga iznosila je 231 kW, a kao rashladni medij korišćena je voda.

Konačno rešenje?

Dva prilagođena cevna izmenjivača toplote HEXONIC DNA 508 povezana serijski.

Zašto je tečnu čokoladu teško hladiti?

Za razliku od vode ili standardnih industrijskih fluida, čokolada nema konstantan viskozitet.

Ona je nenjutnovski fluid, što znači da njen prividni viskozitet zavisi od više faktora:

• temperature,
• brzine smicanja,
• sastava proizvoda,
• uslova strujanja.

Kako temperatura čokolade opada, njen viskozitet značajno raste.

To direktno utiče na pad pritiska, raspodelu protoka i intenzitet prenosa toplote, pa su termički i hidraulički proračuni znatno složeniji nego kod standardnih medija.

Postoji, međutim, još jedan kritičan faktor.

Temperatura čokolade nije isto što i temperatura površine izmenjivača

Prosečna temperatura čokolade može biti potpuno bezbedna, dok temperatura neposredno uz hladnu površinu izmenjivača može biti znatno niža.

Upravo na tom mestu može doći do lokalne kristalizacije.

Zato se izmenjivač za ovu aplikaciju nije mogao odabrati jednostavno na osnovu standardnih kataloških parametara.

Bilo je potrebno analizirati istovremeno:

temperaturu proizvoda + temperaturu površine za prenos toplote + temperaturu metalnog zida cevi.

Može li cevni izmenjivač toplote uopšte hladiti čokoladu?

Može – ali samo ako je projektovan prema stvarnom ponašanju proizvoda.

Za hlađenje čokolade često se koriste specijalizovani izmenjivači sa struganom površinom (scraped surface heat exchangers). Klasični cevni izmenjivači mogu se smatrati problematičnim zbog visokog viskoziteta proizvoda i rizika od kristalizacije.

U ovom projektu HEXONIC nije krenuo od pitanja:

„Koji standardni izmenjivač možemo da ponudimo?“

Već:

„Pod kojim uslovima cevni izmenjivač može stabilno hladiti ovaj proizvod?“

Izvedeno je više iteracija termičkih, hidrauličkih i reoloških proračuna. Analiza je pokazala da pravilno prilagođena konstrukcija tipa plašt–cev može obezbediti kontrolisano hlađenje bez izazivanja kristalizacije u glavnom toku čokolade.

Ključni parametri projekta

Projektom su dodatno definisani prilagođeni priključci na strani plašta, produženi za 60 mm.

Zašto čokolada teče kroz plašt, a ne kroz cevi?

Ovo je bilo jedno od najvažnijih projektantskih rešenja.

Čokolada je usmerena kroz stranu plašta izmenjivača.

Razlog je pre svega hidraulički.

Strana plašta omogućava veću slobodnu površinu protoka nego konvencionalne cevi, što je kod izrazito viskoznog proizvoda veoma važno.

Takva konfiguracija omogućava:

• manji pad pritiska,
• povoljnije strujanje proizvoda,
• smanjenje lokalnih zona stagnacije,
• ravnomerniju raspodelu brzine,
• lakše pražnjenje izmenjivača.

Pri kapacitetu od 18 t/h, velika protočna površina bila je posebno značajna. Cilj je bio da se smanji mogućnost zadržavanja čokolade u zonama male brzine, gde bi proizvod mogao previše da se ohladi i počne da kristališe.

Zašto dva DNA izmenjivača umesto jednog?

Druga važna odluka bila je podela procesa hlađenja u dve faze.

Dva DNA izmenjivača povezana su serijski.

Prvi izmenjivač uklanja najveći deo toplotne energije iz čokolade.

Drugi izmenjivač omogućava precizno završno hlađenje do zahtevane izlazne temperature.

Takvo rešenje sprečava da se celokupan temperaturni pad ostvari u jednom koraku.

Postepeno hlađenje:

• ograničava maksimalne temperaturne gradijente,
• smanjuje rizik od lokalnog prehlađivanja,
• omogućava precizniju kontrolu izlazne temperature,
• doprinosi stabilnosti procesa.

Proračunati temperaturni profili pokazali su da se na ovaj način čokolada hladi postepeno i kontrolisano kroz obe faze.

Reologija je bila jednako važna kao i termodinamika

Jedan od najzahtevnijih delova projekta bio je nedostatak kompletnih podataka o svojstvima proizvoda.

Kod čokolade se viskozitet i gustina menjaju sa temperaturom.

Pored toga, čokolada pokazuje shear-thinning ponašanje: njen prividni viskozitet opada sa povećanjem brzine smicanja.

Zbog toga su reološke karakteristike morale biti uključene u određivanje:

• pada pritiska,
• brzine strujanja,
• lokalnog koeficijenta prenosa toplote,
• temperature zida cevi,
• potrebne površine za razmenu toplote.

Kako su tokom projekta pristizali precizniji podaci o procesu i proizvodu, termički i hidraulički modeli su ažurirani.

Na taj način konačna geometrija izmenjivača nije zasnovana samo na pojednostavljenim pretpostavkama, već na što realnijim radnim uslovima.

Tri temperature koje odlučuju o uspehu procesa

Kod ovakve aplikacije nije dovoljno pratiti samo temperaturu na izlazu iz izmenjivača.

Analizirane su tri različite temperature:

1. temperatura glavne mase čokolade,
2. temperatura površine prenosa toplote,
3. temperatura metalnog zida cevi.

Simulacije su pokazale da površinska temperatura lokalno može da se približi području kristalizacije čokolade.

Istovremeno, temperatura glavne mase proizvoda ostaje iznad kritične vrednosti.

To je ključna razlika.

Lokalni uslovi u neposrednoj blizini zida mogu biti pogodni za početak kristalizacije, ali pravilno projektovan temperaturni profil sprečava da se kristalizacija proširi kroz glavni tok proizvoda.

Standardni DNA? Ne u ovom slučaju.

Za projekat su korišćena dva posebno prilagođena DNA 508.10.S610 FS.PRO.SS cevna izmenjivača toplote.

Konstrukcija je prilagođena stvarnom proizvodnom procesu.

Izmene su obuhvatile:

• horizontalnu ugradnju,
• protok čokolade kroz stranu plašta,
• nestandardni raspored priključaka,
• produženje vratova prirubnica na strani plašta za 60 mm,
• konstrukciju pripremljenu za izolaciju,
• eliminisanje potencijalnih mrtvih zona,
• potpuno CIP čišćenje bez demontaže izmenjivača.

Horizontalna orijentacija olakšava pražnjenje viskozne čokolade sa strane plašta, dok produženi vratovi prirubnica ostavljaju potreban prostor za toplotnu izolaciju bez promene prvobitnog koncepta cevovoda.

Rezultat: 18 tona čokolade na sat pod kontrolom

Realizovano rešenje pokazalo je da prilagođeni cevni izmenjivač može uspešno da radi i u aplikacijama koje se tradicionalno povezuju sa složenijim i skupljim tehnologijama.

Sistem je omogućio:

• stabilno hlađenje 18 t/h tečne čokolade,
• smanjenje temperature sa 68 °C na približno 45 °C,
• rad u blizini granice kristalizacije,
• postepen i kontrolisan profil hlađenja,
• jednostavniju operativnu konfiguraciju,
• niže investicione troškove u odnosu na konvencionalnu alternativu,
• prilagođavanje opreme konkretnom proizvodnom procesu,
• CIP čišćenje bez demontaže.

Šta ovaj projekat govori projektantima procesne opreme?

Najvažniji zaključak nije da je cevni izmenjivač uvek najbolji izbor za čokoladu.

Upravo suprotno.

Ne postoji univerzalno najbolja tehnologija nezavisno od procesa.

Kod viskoznih i nenjutnovskih proizvoda uspešan izbor izmenjivača zavisi od razumevanja fizike procesa, pouzdanih reoloških podataka, preciznog termičkog i hidrauličkog proračuna, kontrole temperature površine i mogućnosti prilagođavanja konstrukcije konkretnom proizvodu.

Zato kod zahtevnih aplikacija izbor izmenjivača ne bi trebalo da počne katalogom.

Treba da počne proizvodom koji kroz njega protiče.

Često postavljana pitanja

Koji izmenjivač toplote može da se koristi za hlađenje tečne čokolade?

Pravilno projektovan cevni izmenjivač toplote može se koristiti za hlađenje tečne čokolade. Pri dimenzionisanju je potrebno uzeti u obzir viskozitet, nenjutnovsko ponašanje, dozvoljeni pad pritiska i rizik od kristalizacije na hladnoj površini.

Zašto je čokolada vođena kroz stranu plašta?

Veća slobodna površina protoka smanjuje pad pritiska i rizik od stagnacije viskoznog proizvoda.

Zašto su korišćena dva izmenjivača?

Dve faze omogućavaju postepeno smanjenje temperature. Prvi izmenjivač odvodi najveći deo toplote, dok drugi preciznije reguliše završnu temperaturu, čime se smanjuje rizik od lokalnog prehlađivanja.

Da li je moguće CIP čišćenje?

Da. Izmenjivači u ovom projektu projektovani su za potpuno

 čišćenje bez demontaže.

Koji podaci su potrebni za proračun?

Pored protoka i ulazne i izlazne temperature proizvoda, kod čokolade su posebno važni reološki podaci, viskozitet pri različitim temperaturama i brzinama smicanja, dozvoljeni pad pritiska, parametri rashladnog medija i zahtevi za CIP i higijenu.

Oleg Karyuk | LinkedIn