Izvor toplotnih izmenjevalnikov s strgano površino
Izvor in razvoj toplotnih izmenjevalnikov s strgano površino sega v začetek 20. stoletja. Njihov nastanek ni bil uspeh čez noč, temveč odgovor na inherentne omejitve tradicionalnih toplotnih izmenjevalnikov pri delu s specifičnimi materiali.
Izvor jedra: 1920-ta - 1930-ta
Koncept in začetna zasnova toplotnih izmenjevalnikov s strgano površino sta se oblikovala predvsem v tem obdobju, ki ga je spodbujala živilska industrija, zlasti pri proizvodnji margarine in sladoleda.
1. Težave, ki jih je treba rešiti:
o Materiali z visoko viskoznostjo: Materiali, kot so maslo, mešanica za sladoled in marmelada, so izjemno viskozni in imajo slabo pretočnost v tradicionalnih cevnih ali ploščnih toplotnih izmenjevalnikih, zaradi česar se zlahka zamašijo in imajo zelo nizko učinkovitost prenosa toplote.
o Občutljivost na striženje: Nastanek maščobnih ali ledenih kristalov v teh materialih zahteva natančen nadzor. Intenzivno ali neenakomerno hlajenje lahko povzroči grobo teksturo in slab okus.
o Obraščanje in koksiranje: Materiali, ki vsebujejo sladkor ali beljakovine, se na grelnih površinah strjujejo in karamelizirajo, kar ne vpliva le na prenos toplote, temveč povzroča tudi kvarjenje izdelka in težave pri čiščenju opreme.
2. Pionirji v tehnologiji:
o Eden najzgodnejših patentov za toplotne izmenjevalnike s strgano površino sega v pozna dvajseta ali zgodnja trideseta leta prejšnjega stoletja. Na primer, okoli leta 1928 so inženirji podjetja Gerhard v Nemčiji (kasneje del skupine APV) opravili pionirsko delo na tem področju.
o Druga ključna osebnost je bil CO (Charlie) Linn, ki je zasnoval prvi komercialno uspešen strgani površinski toplotni izmenjevalnik za oddelek Votator podjetja Girdler Corporation v Združenih državah Amerike (okoli 1933–1935). Ta naprava je bila prvotno izumljena za neprekinjeno proizvodnjo margarine. Ime "Votator" je za dolgo časa celo postalo sinonim za strgane površinske toplotne izmenjevalnike.
Inovativne točke delovnega načela
Osnovna zasnova toplotnih izmenjevalnikov s strgano površino domiselno rešuje zgoraj navedene težave:
• Strganje: V cilindru za izmenjavo toplote se z veliko hitrostjo vrti rotor, opremljen s strgali. Strgala se pod vplivom centrifugalne sile ali vzmeti tesno prilegajo steni cilindra in nenehno strgajo film materiala na notranji steni.
• Štiri glavne prednosti:
1. Neprekinjeno obnavljanje površine za prenos toplote: Preprečuje oprijem in obraščanje materiala ter ohranja izjemno visoko učinkovitost prenosa toplote.
2. Enakomerno mešanje in striženje: Zagotavlja enakomerno segrevanje in hlajenje celotnega materiala ter zagotavlja nadzorovano strižno silo, ki je ključnega pomena za proces kristalizacije (kot sta kristalizacija maščobe in nastanek ledenih kristalov).
3. Ravnanje z izjemno visoko viskoznostjo: Mehansko strganje in potiskanje omogoča ravnanje s pastoznimi, kremastimi in celo zrnatimi tekočinami, ki jih tradicionalni toplotni izmenjevalniki ne morejo obdelati.
4. Izjemno kratek čas zadrževanja: Material prehaja skozi toplotni izmenjevalec v tankem filmu, zaradi česar je zelo primeren za toplotno občutljive materiale in maksimizira ohranjanje okusa, barve in hranilne vrednosti izdelka.
Razvoj in popularizacija
• 1940–1950: Z naraščajočo industrializacijo hrane pred in po drugi svetovni vojni so se v mlečni industriji, industriji marmelad in omak hitro začeli uporabljati toplotni izmenjevalniki s strgano površino. Neprekinjeno zamrzovanje sladoleda je bila še ena prelomna uporaba.
• Od 1960-ih do danes: Njihova področja uporabe so se razširila iz živilske industrije v kemično, farmacevtsko, petrokemično in industrijo plastičnih polimerov. Uporabljajo se za ravnanje z zahtevnimi tekočinami, kot so polimerne taline, parafin, asfalt, kozmetika in farmacevtski izdelki.
• Tehnološki napredek: Sodobni toplotni izmenjevalniki s strgano površino so dosegli pomemben napredek na področju materialov (kot je uporaba trdih premazov, odpornih proti obrabi in koroziji), tehnologije tesnjenja, avtomatizacije (natančen nadzor temperature, tlaka in hitrosti) ter modularne zasnove.
Povzetek
Izvor strgalnega toplotnega izmenjevalnika lahko natančno umestimo v dvajseta in trideseta leta 20. stoletja. Izumljen je bil za izpolnjevanje procesnih zahtev neprekinjenega segrevanja, hlajenja, kristalizacije in sterilizacije visokoviskoznih in toplotno občutljivih materialov v živilski industriji. Njegov izum je bil pomemben mejnik v zgodovini opreme v procesni industriji, saj je preprosto funkcijo "izmenjave toplote" razširil na kombinirano delovanje "izmenjave toplote in mehanske obdelave". Do danes še vedno igra nenadomestljivo vlogo na številnih industrijskih področjih.
Čas objave: 20. oktober 2025