Pôvod výmenníkov tepla so škrabaným povrchom

Pôvod výmenníkov tepla so škrabaným povrchom

Pôvod a vývoj výmenníkov tepla so škrabaným povrchom možno vysledovať až do začiatku 20. storočia. Ich vznik nebol úspechom zo dňa na deň, ale skôr reakciou na inherentné obmedzenia tradičných výmenníkov tepla pri práci so špecifickými materiálmi.

Pôvod jadra: 20. – 30. roky 20. storočia

Koncept a počiatočný dizajn výmenníkov tepla so škrabaným povrchom sa formovali najmä v tomto období, a to najmä vďaka potravinárskemu priemyslu, najmä pri výrobe margarínu a zmrzliny.

1. Problémy, ktoré treba vyriešiť:

o Materiály s vysokou viskozitou: Materiály ako maslo, zmes na zmrzlinu a džem sú extrémne viskózne a majú nízku tekutosť v tradičných rúrkových alebo doskových výmenníkoch tepla, ľahko sa upchávajú a majú za následok veľmi nízku účinnosť prenosu tepla.

o Citlivosť na šmyk: Tvorba tukových kryštálov alebo kryštálov ľadu v týchto materiáloch si vyžaduje presnú kontrolu. Intenzívne alebo nerovnomerné chladenie môže viesť k hrubej textúre a zlej chuti.

o Zanášanie a koksovanie: Materiály obsahujúce cukor alebo bielkoviny majú tendenciu tuhnúť a karamelizovať na vykurovacích plochách, čo nielen ovplyvňuje prenos tepla, ale spôsobuje aj zhoršenie kvality produktu a ťažkosti s čistením zariadenia.

2. Priekopníci v technológii:

Jeden z prvých patentov na výmenníky tepla so škrabaným povrchom možno vysledovať do konca 20. až začiatku 30. rokov 20. storočia. Napríklad okolo roku 1928 inžinieri v spoločnosti Gerhard Company v Nemecku (neskôr súčasť skupiny APV) vykonali v tejto oblasti priekopnícku prácu.

Ďalšou kľúčovou postavou bol CO (Charlie) Linn, ktorý navrhol prvý komerčne úspešný výmenník tepla so škrabaným povrchom pre divíziu Votator spoločnosti Girdler Corporation v Spojených štátoch (okolo rokov 1933 – 1935). Toto zariadenie bolo pôvodne vynájdené na kontinuálnu výrobu margarínu. Názov „Votator“ sa dokonca na dlhý čas stal synonymom pre výmenníky tepla so škrabaným povrchom.

Inovatívne body pracovného princípu

Základná konštrukcia výmenníkov tepla so škrabaným povrchom dômyselne rieši vyššie uvedené problémy:

• Škrabovanie: Vo vnútri valca na výmenu tepla sa vysokou rýchlosťou otáča rotor vybavený škrabkami. Škrabky pôsobením odstredivej sily alebo pružín tesne priliehajú k stene valca a neustále zoškrabujú film materiálu na vnútornej stene.

• Štyri hlavné výhody:

1. Neustála obnova povrchu prenosu tepla: Zabraňuje priľnavosti a znečisteniu materiálu a udržiava extrémne vysokú účinnosť prenosu tepla.

2. Rovnomerné miešanie a strihanie: Zaisťuje rovnomerné zahrievanie a chladenie celého materiálu a poskytuje kontrolovateľnú šmykovú silu, ktorá je kľúčová pre proces kryštalizácie (ako je kryštalizácia tuku a tvorba ľadových kryštálov).

3. Manipulácia s extrémne vysokou viskozitou: Mechanické škrabanie a tlačenie umožňuje manipuláciu s pastovitými, krémovými a dokonca aj granulovanými kvapalinami, ktoré tradičné výmenníky tepla nedokážu spracovať.

4. Extrémne krátky čas zotrvania: Materiál prechádza výmenníkom tepla v tenkom filme, vďaka čomu je veľmi vhodný pre materiály citlivé na teplo a maximalizuje zachovanie chuti, farby a nutričných hodnôt produktu.

Rozvoj a popularizácia

• 40. – 50. roky 20. storočia: S urýchlením industrializácie potravín pred a po druhej svetovej vojne sa výmenníky tepla so škrabaným povrchom rýchlo začali používať v mliekarenskom, džemovom a omáčkovom priemysle. Ďalším míľnikom v aplikácii bolo kontinuálne mrazenie zmrzliny.

• 60. roky 20. storočia až súčasnosť: Ich oblasti použitia sa rozšírili z potravinárskeho priemyslu na chemický, farmaceutický, petrochemický a plastový priemysel. Používajú sa na manipuláciu s náročnými kvapalinami, ako sú polymérne taveniny, parafín, asfalt, kozmetika a liečivá.

• Technologický pokrok: Moderné výmenníky tepla so škrabaným povrchom dosiahli významný pokrok v materiáloch (ako napríklad použitie tvrdých povlakov odolných voči opotrebovaniu a korózii), technológii tesnenia, automatizačnom riadení (presná regulácia teploty, tlaku a rýchlosti) a modulárnom dizajne.

Zhrnutie

Pôvod škrabákového výmenníka tepla možno presne zaradiť do 20. a 30. rokov 20. storočia. Bol vynájdený s cieľom splniť procesné požiadavky na kontinuálne ohrievanie, chladenie, kryštalizáciu a sterilizáciu vysokoviskóznych a teplocitlivých materiálov v potravinárskom priemysle. Jeho vynález bol významným míľnikom v histórii zariadení procesného priemyslu, rozšíril jednoduchú funkciu „výmeny tepla“ na kombinovanú operáciu „výmeny tepla a mechanického spracovania“. Dodnes zohráva nenahraditeľnú úlohu v mnohých priemyselných oblastiach.