Originea schimbătoarelor de căldură cu suprafață răzuită

Originea schimbătoarelor de căldură cu suprafață răzuită

Originea și dezvoltarea schimbătoarelor de căldură cu suprafață răzuită pot fi urmărite până la începutul secolului al XX-lea. Crearea lor nu a fost un succes peste noapte, ci mai degrabă un răspuns la limitările inerente ale schimbătoarelor de căldură tradiționale atunci când se lucrează cu materiale specifice.

Originea nucleului: anii 1920 - 1930

Conceptul și proiectarea inițială a schimbătoarelor de căldură cu suprafață răzuită s-au format în principal în această perioadă, impulsionate de industria alimentară, în special în producția de margarină și înghețată.

1. Probleme de rezolvat:

o Materiale cu vâscozitate ridicată: Materiale precum untul, amestecul pentru înghețată și gemul sunt extrem de vâscoase și au o curgere slabă în schimbătoarele de căldură tradiționale cu tuburi sau plăci, înfundându-se ușor și rezultând o eficiență foarte scăzută a transferului de căldură.

o Sensibilitate la forfecare: Formarea cristalelor de grăsime sau a cristalelor de gheață în aceste materiale necesită un control precis. Răcirea intensă sau neuniformă poate duce la o textură grosieră și la un gust neplăcut.

o Colmatarea și cocsificarea: Materialele care conțin zahăr sau proteine ​​tind să se solidifice și să se caramelizeze pe suprafețele de încălzire, nu numai că afectând transferul de căldură, ci și provocând deteriorarea produsului și dificultăți de curățare a echipamentelor.

2. Pionieri în tehnologie:

Unul dintre primele brevete pentru schimbătoare de căldură cu suprafață răzuită datează de la sfârșitul anilor 1920 până la începutul anilor 1930. De exemplu, în jurul anului 1928, inginerii de la compania Gerhard din Germania (care a devenit ulterior parte a grupului APV) au făcut o muncă de pionierat în acest domeniu.

O altă figură cheie a fost CO (Charlie) Linn, care a proiectat primul schimbător de căldură cu suprafață răzuită care a avut succes comercial pentru divizia Votator a Girdler Corporation din Statele Unite (în jurul anilor 1933-1935). Acest dispozitiv a fost inventat inițial pentru producția continuă de margarină. Numele „Votator” a devenit chiar sinonim cu schimbătoarele de căldură cu suprafață răzuită pentru o lungă perioadă de timp.

Puncte inovatoare ale principiului de funcționare

Designul central al schimbătoarelor de căldură cu suprafață răzuită abordează ingenios problemele menționate mai sus:

• Acțiune de răzuire: În interiorul cilindrului schimbător de căldură, un rotor echipat cu raclete se rotește la viteză mare. Racletele, sub forța forței centrifuge sau a arcurilor, aderă strâns la peretele cilindrului, răzuind constant pelicula de material de pe peretele interior.

• Patru avantaje majore:

1. Reînnoirea continuă a suprafeței de transfer termic: Previne aderența și murdărirea materialului, menținând o eficiență extrem de ridicată a transferului de căldură.

2. Amestecare și forfecare uniformă: Asigură încălzirea și răcirea uniformă a întregului material și oferă o forță de forfecare controlabilă, care este crucială pentru procesul de cristalizare (cum ar fi cristalizarea grăsimilor și formarea cristalelor de gheață).

3. Manipularea fluidelor cu vâscozitate extrem de ridicată: Acțiunea mecanică de răzuire și împingere permite manipularea fluidelor păstoase, cremoase și chiar granulare pe care schimbătoarele de căldură tradiționale nu le pot gestiona.

4. Timp de rezidență extrem de scurt: Materialul trece prin schimbătorul de căldură într-o peliculă subțire, ceea ce îl face foarte potrivit pentru materialele sensibile la căldură și maximizează conservarea aromei, culorii și nutriției produsului.

Dezvoltare și popularizare

• Anii 1940 - 1950: Odată cu accelerarea industrializării alimentare înainte și după al Doilea Război Mondial, schimbătoarele de căldură cu suprafață răzuită au fost rapid aplicate în industria produselor lactate, a gemurilor și a sosurilor. Congelarea continuă a înghețatei a fost o altă aplicație importantă.

• Anii 1960 până în prezent: Domeniile lor de aplicare s-au extins de la industria alimentară la industria chimică, farmaceutică, petrochimică și a polimerilor plastici. Sunt utilizate pentru a manipula fluide dificile, cum ar fi topiturile de polimeri, parafina, asfaltul, cosmeticele și produsele farmaceutice.

• Progres tehnologic: Schimbătoarele de căldură moderne cu suprafață răzuită au înregistrat progrese semnificative în ceea ce privește materialele (cum ar fi utilizarea unor acoperiri dure rezistente la uzură și coroziune), tehnologia de etanșare, controlul automat (controlul precis al temperaturii, presiunii și vitezei) și designul modular.

Rezumat

Originea schimbătorului de căldură cu racletă poate fi localizată cu precizie în anii 1920 și 1930. Acesta a fost inventat pentru a satisface cerințele procesului de încălzire, răcire, cristalizare și sterilizare continuă a materialelor cu vâscozitate ridicată și sensibile la căldură din industria alimentară. Invenția sa a reprezentat o piatră de hotar semnificativă în istoria echipamentelor din industria de procesare, extinzând funcția simplă de „schimb de căldură” la o operațiune combinată de „schimb de căldură și prelucrare mecanică”. Până în prezent, acesta joacă încă un rol de neînlocuit în multe domenii industriale.