Η προέλευση των εναλλακτών θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια

Η προέλευση των εναλλακτών θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια

Η προέλευση και η ανάπτυξη των εναλλακτών θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια μπορούν να εντοπιστούν στις αρχές του 20ού αιώνα. Η δημιουργία τους δεν ήταν μια επιτυχία από τη μια μέρα στην άλλη, αλλά μάλλον μια απάντηση στους εγγενείς περιορισμούς των παραδοσιακών εναλλακτών θερμότητας κατά την επεξεργασία συγκεκριμένων υλικών.

Βασική Προέλευση: Δεκαετία του 1920 - Δεκαετία του 1930

Η ιδέα και ο αρχικός σχεδιασμός των εναλλακτών θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια διαμορφώθηκαν κυρίως κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, με κινητήρια δύναμη τη βιομηχανία τροφίμων, ιδιαίτερα στην παραγωγή μαργαρίνης και παγωτού.

1. Προβλήματα προς επίλυση:

o Υλικά υψηλού ιξώδους: Υλικά όπως το βούτυρο, το μείγμα παγωτού και η μαρμελάδα είναι εξαιρετικά ιξώδη και έχουν κακή ρευστότητα σε παραδοσιακούς εναλλάκτες θερμότητας με σωλήνες ή πλάκες, με αποτέλεσμα να φράζουν εύκολα και να έχουν πολύ χαμηλή απόδοση μεταφοράς θερμότητας.

o Ευαισθησία διάτμησης: Ο σχηματισμός κρυστάλλων λίπους ή κρυστάλλων πάγου σε αυτά τα υλικά απαιτεί ακριβή έλεγχο. Η έντονη ή ανομοιόμορφη ψύξη μπορεί να οδηγήσει σε τραχιά υφή και κακή γεύση.

o Ρύπανση και οπτανθρακοποίηση: Τα υλικά που περιέχουν ζάχαρη ή πρωτεΐνη τείνουν να στερεοποιούνται και να καραμελώνουν στις θερμαινόμενες επιφάνειες, όχι μόνο επηρεάζοντας τη μεταφορά θερμότητας αλλά και προκαλώντας φθορά του προϊόντος και δυσκολία στον καθαρισμό του εξοπλισμού.

2. Πρωτοπόροι στην τεχνολογία:

Μία από τις πρώτες ευρεσιτεχνίες για εναλλάκτες θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια χρονολογείται από τα τέλη της δεκαετίας του 1920 έως τις αρχές της δεκαετίας του 1930. Για παράδειγμα, γύρω στο 1928, μηχανικοί στην εταιρεία Gerhard στη Γερμανία (η οποία αργότερα έγινε μέρος του ομίλου APV) πραγματοποίησαν πρωτοποριακή εργασία σε αυτόν τον τομέα.

o Μια άλλη βασική προσωπικότητα ήταν ο CO (Charlie) Linn, ο οποίος σχεδίασε τον πρώτο εμπορικά επιτυχημένο εναλλάκτη θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια για το τμήμα Votator της Girdler Corporation στις Ηνωμένες Πολιτείες (γύρω στο 1933-1935). Αυτή η συσκευή εφευρέθηκε αρχικά για τη συνεχή παραγωγή μαργαρίνης. Το όνομα "Votator" έγινε μάλιστα συνώνυμο με τους εναλλάκτες θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Καινοτόμα Σημεία Αρχής Λειτουργίας

Ο βασικός σχεδιασμός των εναλλακτών θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια αντιμετωπίζει με έξυπνο τρόπο τα παραπάνω προβλήματα:

• Δράση Ξύσης: Μέσα στον κύλινδρο ανταλλαγής θερμότητας, ένας ρότορας εξοπλισμένος με ξύστρες περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα. Οι ξύστρες, υπό τη δύναμη της φυγοκεντρικής δύναμης ή των ελατηρίων, προσκολλώνται στενά στο τοίχωμα του κυλίνδρου, ξύνοντας συνεχώς την μεμβράνη υλικού στο εσωτερικό τοίχωμα.

• Τέσσερα κύρια πλεονεκτήματα:

1. Συνεχής ανανέωση της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας: Αποτρέπει την προσκόλληση και τη ρύπανση του υλικού, διατηρώντας εξαιρετικά υψηλή απόδοση μεταφοράς θερμότητας.

2. Ομοιόμορφη ανάμειξη και διάτμηση: Εξασφαλίζει ομοιόμορφη θέρμανση και ψύξη ολόκληρου του υλικού και παρέχει ελεγχόμενη δύναμη διάτμησης, η οποία είναι κρίσιμη για τη διαδικασία κρυστάλλωσης (όπως η κρυστάλλωση λίπους και ο σχηματισμός κρυστάλλων πάγου).

3. Χειρισμός εξαιρετικά υψηλού ιξώδους: Η μηχανική δράση απόξεσης και ώθησης του επιτρέπει να χειρίζεται πολτώδη, κρεμώδη, ακόμη και κοκκώδη υγρά που οι παραδοσιακοί εναλλάκτες θερμότητας δεν μπορούν να χειριστούν.

4. Εξαιρετικά σύντομος χρόνος παραμονής: Το υλικό διέρχεται από τον εναλλάκτη θερμότητας σε μια λεπτή μεμβράνη, καθιστώντας το ιδιαίτερα κατάλληλο για υλικά ευαίσθητα στη θερμότητα και μεγιστοποιώντας τη διατήρηση της γεύσης, του χρώματος και των θρεπτικών συστατικών του προϊόντος.

Ανάπτυξη και Δημοτικοποίηση

• Δεκαετίες 1940 - 1950: Με την επιτάχυνση της βιομηχανοποίησης τροφίμων πριν και μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, οι εναλλάκτες θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια εφαρμόστηκαν γρήγορα στις βιομηχανίες γαλακτοκομικών προϊόντων, μαρμελάδας και σάλτσας. Η συνεχής κατάψυξη παγωτού ήταν μια άλλη εφαρμογή-ορόσημο.

• Δεκαετία του 1960 έως σήμερα: Τα πεδία εφαρμογής τους έχουν επεκταθεί από τη βιομηχανία τροφίμων στις χημικές, φαρμακευτικές, πετροχημικές και βιομηχανίες πλαστικών πολυμερών. Χρησιμοποιούνται για τον χειρισμό απαιτητικών υγρών όπως τήγματα πολυμερών, παραφίνη, άσφαλτο, καλλυντικά και φαρμακευτικά προϊόντα.

• Τεχνολογική Πρόοδος: Οι σύγχρονοι εναλλάκτες θερμότητας με ξυσμένη επιφάνεια έχουν σημειώσει σημαντικές προόδους στα υλικά (όπως η χρήση σκληρών επιστρώσεων ανθεκτικών στη φθορά και τη διάβρωση), στην τεχνολογία στεγανοποίησης, στον αυτοματισμό ελέγχου (ακριβής έλεγχος θερμοκρασίας, πίεσης και ταχύτητας) και στον αρθρωτό σχεδιασμό.

Περίληψη

Η προέλευση του εναλλάκτη θερμότητας με ξύστρα μπορεί να εντοπιστεί με ακρίβεια στις δεκαετίες του 1920 και του 1930. Εφευρέθηκε για να καλύψει τις απαιτήσεις της διαδικασίας συνεχούς θέρμανσης, ψύξης, κρυστάλλωσης και αποστείρωσης υλικών υψηλού ιξώδους και θερμοευαίσθητων στη βιομηχανία τροφίμων. Η εφεύρεσή του αποτέλεσε ένα σημαντικό ορόσημο στην ιστορία του εξοπλισμού της βιομηχανίας επεξεργασίας, επεκτείνοντας την απλή λειτουργία «εναλλαγής θερμότητας» σε μια συνδυασμένη λειτουργία «εναλλαγής θερμότητας και μηχανικής επεξεργασίας». Μέχρι σήμερα, εξακολουθεί να παίζει αναντικατάστατο ρόλο σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς.