Произходът на топлообменниците със стъргана повърхност

Произходът на топлообменниците със стъргана повърхност

Произходът и развитието на топлообменниците със стъргана повърхност могат да бъдат проследени до началото на 20-ти век. Създаването им не е успех за една нощ, а по-скоро отговор на присъщите ограничения на традиционните топлообменници при работа със специфични материали.

Произход на ядрото: 1920-те - 1930-те

Концепцията и първоначалният дизайн на топлообменниците със скрепена повърхност са се оформили главно през този период, водени от хранително-вкусовата промишленост, по-специално в производството на маргарин и сладолед.

1. Проблеми, които трябва да бъдат решени:

o Материали с висок вискозитет: Материали като масло, смес за сладолед и конфитюр са изключително вискозни и имат лоша течливост в традиционните тръбни или пластинчати топлообменници, лесно се запушват и водят до много ниска ефективност на топлопреминаване.

o Чувствителност на срязване: Образуването на мастни кристали или ледени кристали в тези материали изисква прецизен контрол. Интензивното или неравномерно охлаждане може да доведе до груба текстура и лош вкус.

o Замърсяване и коксуване: Материалите, съдържащи захар или протеини, са склонни да се втвърдяват и карамелизират върху нагревателните повърхности, което не само влияе върху топлопреминаването, но и причинява влошаване на продукта и затруднения при почистването на оборудването.

2. Пионери в технологиите:

o Един от най-ранните патенти за топлообменници със стъргана повърхност може да се проследи от края на 20-те до началото на 30-те години на миналия век. Например, около 1928 г. инженери от компанията Gerhard в Германия (по-късно част от APV Group) правят пионерска работа в тази област.

o Друга ключова фигура е CO (Чарли) Лин, който проектира първия търговски успешен топлообменник със скрепена повърхност за подразделението Votator на Girdler Corporation в Съединените щати (около 1933-1935 г.). Това устройство първоначално е изобретено за непрекъснато производство на маргарин. Името „Votator“ дори става синоним на топлообменници със скрепена повърхност за дълго време.

Иновативни точки на работен принцип

Основният дизайн на топлообменниците със стъргана повърхност гениално решава гореспоменатите проблеми:

• Остъргващо действие: Вътре в цилиндъра за топлообмен, ротор, оборудван със скрепери, се върти с висока скорост. Скреперите, под действието на центробежната сила или пружините, прилепват плътно към стената на цилиндъра, като постоянно остъргват материалния филм от вътрешната стена.

• Четири основни предимства:

1. Непрекъснато обновяване на повърхността за топлопренос: Предотвратява адхезията и замърсяването на материала, поддържайки изключително висока ефективност на топлопреноса.

2. Равномерно смесване и срязване: Осигурява равномерно нагряване и охлаждане на целия материал и осигурява контролируема сила на срязване, което е от решаващо значение за процеса на кристализация (като кристализация на мазнини и образуване на ледени кристали).

3. Работа с изключително висок вискозитет: Механичното остъргване и избутване позволява работа с пастообразни, кремообразни и дори гранулирани течности, с които традиционните топлообменници не могат да се справят.

4. Изключително кратко време на престой: Материалът преминава през топлообменника в тънък филм, което го прави изключително подходящ за термочувствителни материали и максимизира запазването на вкуса, цвета и хранителните стойности на продукта.

Развитие и популяризиране

• 1940-те - 1950-те: С ускоряването на индустриализацията на храните преди и след Втората световна война, топлообменниците със скрепена повърхност бързо се прилагат в млечната промишленост, производството на сладка и сосове. Непрекъснатото замразяване на сладолед е друго важно приложение.

• 1960-те до наши дни: Областите на приложение им са се разширили от хранително-вкусовата промишленост до химическата, фармацевтичната, нефтохимическата и производството на пластмасови полимери. Те се използват за работа с трудни флуиди като полимерни стопилки, парафин, асфалт, козметика и фармацевтични продукти.

• Технологичен прогрес: Съвременните топлообменници със стъргана повърхност са постигнали значителен напредък в материалите (като например използването на износоустойчиви и устойчиви на корозия твърди покрития), технологията на уплътняване, автоматизирания контрол (прецизен контрол на температурата, налягането и скоростта) и модулния дизайн.

Обобщение

Произходът на скреперния топлообменник може да се локализира точно през 20-те и 30-те години на миналия век. Той е изобретен, за да отговори на технологичните изисквания за непрекъснато нагряване, охлаждане, кристализация и стерилизация на високовискозни и термочувствителни материали в хранително-вкусовата промишленост. Изобретението му е важен етап в историята на оборудването за преработвателната промишленост, разширявайки простата функция на „топлообмен“ до комбинирана операция на „топлообмен и механична обработка“. И до днес той все още играе незаменима роля в много индустриални области.