Původ výměníků tepla se škrábaným povrchem

Původ výměníků tepla se škrábaným povrchem

Původ a vývoj tepelných výměníků se škrábaným povrchem lze vysledovat až do počátku 20. století. Jejich vznik nebyl úspěchem přes noc, ale spíše reakcí na inherentní omezení tradičních tepelných výměníků při práci se specifickými materiály.

Původ jádra: 20. - 30. léta 20. století

Koncept a počáteční návrh výměníků tepla se škrabaným povrchem se formovaly především v tomto období, a to pod vlivem potravinářského průmyslu, zejména při výrobě margarínu a zmrzliny.

1. Problémy k řešení:

o Materiály s vysokou viskozitou: Materiály jako máslo, směs na zmrzlinu a džem jsou extrémně viskózní a mají špatnou tekutost v tradičních trubkových nebo deskových výměnících tepla, snadno se ucpávají a mají za následek velmi nízkou účinnost přenosu tepla.

o Citlivost na střih: Tvorba tukových krystalů nebo ledových krystalů v těchto materiálech vyžaduje přesnou kontrolu. Intenzivní nebo nerovnoměrné chlazení může vést k hrubé struktuře a špatné chuti.

o Zanášení a koksování: Materiály obsahující cukr nebo bílkoviny mají tendenci tuhnout a karamelizovat na topných plochách, což nejen ovlivňuje přenos tepla, ale také způsobuje zhoršení kvality produktu a obtíže s čištěním zařízení.

2. Průkopníci v technologii:

o Jeden z prvních patentů na výměníky tepla se škrábaným povrchem lze vysledovat do konce 20. až začátku 30. let 20. století. Například kolem roku 1928 inženýři společnosti Gerhard Company v Německu (později součást skupiny APV) provedli v této oblasti průkopnickou práci.

o Další klíčovou postavou byl CO (Charlie) Linn, který navrhl první komerčně úspěšný výměník tepla se škrabaným povrchem pro divizi Votator společnosti Girdler Corporation ve Spojených státech (kolem let 1933-1935). Toto zařízení bylo původně vynalezeno pro kontinuální výrobu margarínu. Název „Votator“ se dokonce na dlouhou dobu stal synonymem pro výměníky tepla se škrabaným povrchem.

Inovativní body pracovního principu

Základní konstrukce výměníků tepla se škrábaným povrchem důmyslně řeší výše uvedené problémy:

• Seškrábání: Uvnitř válce pro výměnu tepla se vysokou rychlostí otáčí rotor vybavený škrabkami. Škrabky působením odstředivé síly nebo pružin těsně přiléhají ke stěně válce a neustále seškrábávají film materiálu na vnitřní stěně.

• Čtyři hlavní výhody:

1. Neustálá obnova teplosměnné plochy: Zabraňuje přilnutí a znečištění materiálu a udržuje extrémně vysokou účinnost přenosu tepla.

2. Rovnoměrné míchání a smykové namáhání: Zajišťuje rovnoměrné ohřev a chlazení celého materiálu a poskytuje řiditelnou smykovou sílu, která je klíčová pro proces krystalizace (jako je krystalizace tuku a tvorba ledových krystalů).

3. Manipulace s extrémně vysokou viskozitou: Mechanické škrábání a tlačení umožňuje manipulaci s pastovitými, krémovými a dokonce i granulovanými kapalinami, které tradiční výměníky tepla nezvládnou.

4. Extrémně krátká doba zdržení: Materiál prochází tepelným výměníkem v tenké vrstvě, díky čemuž je velmi vhodný pro materiály citlivé na teplo a maximalizuje zachování chuti, barvy a nutričních hodnot produktu.

Rozvoj a popularizace

• 40. – 50. léta 20. století: S urychlením industrializace potravinářství před druhou světovou válkou a po ní se v mlékárenském, džemovém a omáčkovém průmyslu rychle začaly používat výměníky tepla se škrabaným povrchem. Dalším milníkem v aplikaci bylo kontinuální zmrazování zmrzliny.

• 60. léta 20. století do současnosti: Jejich oblasti použití se rozšířily z potravinářského průmyslu na chemický, farmaceutický, petrochemický a průmysl plastových a polymerních hmot. Používají se k manipulaci s náročnými kapalinami, jako jsou polymerní taveniny, parafín, asfalt, kosmetika a léčiva.

• Technologický pokrok: Moderní výměníky tepla se škrabaným povrchem dosáhly významného pokroku v materiálech (například použití tvrdých povlaků odolných proti opotřebení a korozi), technologii těsnění, automatizovaném řízení (přesná regulace teploty, tlaku a rychlosti) a modulární konstrukci.

Shrnutí

Původ škrabkového výměníku tepla lze přesně zařadit do 20. a 30. let 20. století. Byl vynalezen, aby splňoval procesní požadavky kontinuálního ohřevu, chlazení, krystalizace a sterilizace vysoce viskózních a tepelně citlivých materiálů v potravinářském průmyslu. Jeho vynález byl významným milníkem v historii zařízení pro procesní průmysl, rozšířil jednoduchou funkci „výměny tepla“ na kombinovanou operaci „výměny tepla a mechanického zpracování“. Dodnes hraje v mnoha průmyslových oblastech nezastupitelnou roli.