Uppruni skafaða yfirborðsvarmaskipta

Uppruni skafaða yfirborðsvarmaskipta

Uppruna og þróun skrapaðra yfirborðsvarmaskipta má rekja aftur til fyrri hluta 20. aldar. Sköpun þeirra var ekki velgengni á einni nóttu heldur frekar svar við þeim takmörkunum sem hefðbundnir varmaskiptarar hafa þegar þeir vinna með ákveðin efni.

Uppruni: 1920 - 1930

Hugmyndin og upphafleg hönnun á skafnum yfirborðsvarmaskiptarum mótast aðallega á þessu tímabili, knúin áfram af matvælaiðnaðinum, sérstaklega í framleiðslu á smjörlíki og ís.

1. Vandamál sem þarf að leysa:

o Efni með mikla seigju: Efni eins og smjör, ísblanda og sulta eru mjög seigfljótandi og flæða illa í hefðbundnum rör- eða plötuvarmaskipti, stíflast auðveldlega og skilvirkni varmaflutnings er mjög lítil.

o Skernæmi: Myndun fitukristalla eða ískristalla í þessum efnum krefst nákvæmrar stjórnunar. Mikil eða ójöfn kæling getur leitt til grófrar áferðar og lélegs bragðs.

o Óhreinindi og kóksmyndun: Efni sem innihalda sykur eða prótein hafa tilhneigingu til að storkna og karamelliserast á hitunarflötum, sem hefur ekki aðeins áhrif á varmaflutning heldur einnig veldur skemmdum á vörunni og erfiðleikum við þrif á búnaði.

2. Frumkvöðlar í tækni:

Eitt af elstu einkaleyfunum fyrir varmaskipti með skrapuðum yfirborði má rekja til síðari hluta þriðja áratugarins til fyrri hluta fjórða áratugarins. Til dæmis, um 1928, unnu verkfræðingar hjá Gerhard Company í Þýskalandi (síðar hluti af APV Group) brautryðjendastörf á þessu sviði.

Annar lykilmaður var CO (Charlie) Linn, sem hannaði fyrsta varmaskipti með skafaðri yfirborði sem náði viðskiptalegum árangri fyrir Votator-deild Girdler Corporation í Bandaríkjunum (um 1933-1935). Þetta tæki var upphaflega fundið upp fyrir samfellda framleiðslu á smjörlíki. Nafnið „Votator“ varð jafnvel samheiti yfir varmaskipti með skafaðri yfirborði í langan tíma.

Nýstárleg vinnubrögð

Kjarnahönnun skrapaðra yfirborðsvarmaskiptara tekur á ofangreindum vandamálum á snjallan hátt:

• Skrapvirkni: Inni í varmaskiptastrokknum snýst snúningshluti með sköfum á miklum hraða. Skröfurnar, undir áhrifum miðflóttaafls eða fjaðra, festast þétt við strokkvegginn og skafa stöðugt af efnisfilmunni á innveggnum.

• Fjórir helstu kostir:

1. Stöðug endurnýjun varmaflutningsyfirborðs: Kemur í veg fyrir viðloðun og óhreinindi efnisins og viðheldur afar mikilli skilvirkni varmaflutnings.

2. Jafn blöndun og klipping: Tryggir jafna upphitun og kælingu alls efnisins og veitir stjórnanlegan klippikraft, sem er lykilatriði fyrir kristöllunarferlið (eins og fitukristöllun og myndun ískristalla).

3. Meðhöndlun á afar mikilli seigju: Vélræn skrapun og ýting gerir það kleift að meðhöndla maukkennda, kremkennda og jafnvel kornkennda vökva sem hefðbundnir varmaskiptarar ráða ekki við.

4. Mjög stuttur dvalartími: Efnið fer í gegnum varmaskiptirinn í þunnri filmu, sem gerir það mjög hentugt fyrir hitanæm efni og hámarkar varðveislu bragðs, litar og næringarefna vörunnar.

Þróun og vinsældir

• Árin 1940 - 1950: Með hraðari iðnvæðingu matvæla fyrir og eftir síðari heimsstyrjöldina voru skrapaðir yfirborðsvarmaskiptir hratt notaðir í mjólkur-, sultu- og sósuiðnaði. Stöðug frysting á ís var önnur tímamóta notkun.

• Frá sjöunda áratugnum til dagsins í dag: Notkunarsvið þeirra hafa stækkað frá matvælaiðnaði til efna-, lyfja-, jarðefna- og plastfjölliðaiðnaðar. Þau eru notuð til að meðhöndla krefjandi vökva eins og bráðnar fjölliður, paraffín, asfalt, snyrtivörur og lyf.

• Tækniframfarir: Nútímalegir varmaskiptarar með skafaðri yfirborði hafa náð verulegum framförum í efnum (svo sem notkun slitþolinna og tæringarþolinna harðra húða), þéttitækni, sjálfvirknistýringu (nákvæm stjórnun á hitastigi, þrýstingi og hraða) og mátbyggingu.

Yfirlit

Uppruni sköfuhitaskiptarans má nákvæmlega rekja til 1920 og 1930 áratugarins. Hann var fundinn upp til að uppfylla kröfur um stöðuga upphitun, kælingu, kristöllun og sótthreinsun á efnum með mikla seigju og hitanæmum efnum í matvælaiðnaði. Uppfinning hans var mikilvægur áfangi í sögu búnaðar í vinnsluiðnaði og víkkaði út einfalda „varmaskipta“ virkni í sameinaða aðgerð „varmaskipta og vélrænnar vinnslu“. Enn þann dag í dag gegnir hann ómissandi hlutverki á mörgum iðnaðarsviðum.