Skrāpēto virsmu siltummaiņu izcelsme

Skrāpēto virsmu siltummaiņu izcelsme

Skrāpēto virsmu siltummaiņu izcelsmi un attīstību var izsekot 20. gadsimta sākumā. To izveide nebija vienas nakts panākumi, bet gan drīzāk reakcija uz tradicionālo siltummaiņu raksturīgajiem ierobežojumiem, strādājot ar konkrētiem materiāliem.

Galvenā izcelsme: 1920.–1930. gadi

Skrāpēto virsmu siltummaiņu koncepcija un sākotnējais dizains galvenokārt veidojās šajā periodā, ko veicināja pārtikas rūpniecība, jo īpaši margarīna un saldējuma ražošana.

1. Risināmās problēmas:

o Augstas viskozitātes materiāli: tādi materiāli kā sviests, saldējuma maisījums un ievārījums ir ārkārtīgi viskozi un tiem ir slikta plūstamība tradicionālajos cauruļu vai plākšņu siltummaiņos, tie viegli aizsērē un rada ļoti zemu siltuma pārneses efektivitāti.

o Bīdes jutība: tauku kristālu vai ledus kristālu veidošanās šajos materiālos prasa precīzu kontroli. Intensīva vai nevienmērīga dzesēšana var izraisīt rupju tekstūru un sliktu garšu.

o Apsārņojums un koksēšana: Cukuru vai olbaltumvielas saturošiem materiāliem ir tendence sacietēt un karamelizēties uz sildvirsmām, ne tikai ietekmējot siltuma pārnesi, bet arī izraisot produkta bojāšanos un grūtības iekārtu tīrīšanā.

2. Tehnoloģiju pionieri:

o Viens no agrākajiem patentiem attiecībā uz skrāpētas virsmas siltummaiņiem ir datējams ar 20. gs. 20. gadu beigām vai 30. gadu sākumu. Piemēram, ap 1928. gadu Vācijas uzņēmuma Gerhard Company (vēlāk APV grupas daļa) inženieri veica novatorisku darbu šajā jomā.

o Vēl viena nozīmīga persona bija CO (Čārlijs) Lins, kurš izstrādāja pirmo komerciāli veiksmīgo skrāpējamās virsmas siltummaini Girdler Corporation Votator nodaļai Amerikas Savienotajās Valstīs (ap 1933.–1935. gadu). Šī ierīce sākotnēji tika izgudrota nepārtrauktai margarīna ražošanai. Nosaukums "Votator" uz ilgu laiku pat kļuva par sinonīmu skrāpējamās virsmas siltummaiņiem.

Inovatīvi darba principa punkti

Skrāpēto virsmu siltummaiņu pamatkonstrukcija atjautīgi risina iepriekš minētās problēmas:

• Skrāpēšanas darbība: Siltummaiņa cilindra iekšpusē ar lielu ātrumu griežas rotors, kas aprīkots ar skrāpjiem. Skrāpji centrbēdzes spēka vai atsperu ietekmē cieši pieguļ cilindra sienai, pastāvīgi nokasot materiāla plēvi uz iekšējās sienas.

• Četras galvenās priekšrocības:

1. Siltuma pārneses virsmas nepārtraukta atjaunošana: Novērš materiāla salipšanu un piesārņojumu, saglabājot ārkārtīgi augstu siltuma pārneses efektivitāti.

2. Vienmērīga sajaukšana un bīde: nodrošina visa materiāla vienmērīgu uzsildīšanu un dzesēšanu un nodrošina kontrolējamu bīdes spēku, kas ir ļoti svarīgs kristalizācijas procesam (piemēram, tauku kristalizācijai un ledus kristālu veidošanai).

3. Īpaši augstas viskozitātes apstrāde: Mehāniskā skrāpēšanas un stumšanas darbība ļauj apstrādāt pastveida, krēmveida un pat granulētus šķidrumus, ar kuriem tradicionālie siltummaiņi nevar tikt galā.

4. Īpaši īss uzturēšanās laiks: materiāls iziet cauri siltummainim plānā plēvē, padarot to ļoti piemērotu karstumjutīgiem materiāliem un maksimāli saglabājot produkta garšu, krāsu un uzturvērtību.

Attīstība un popularizēšana

• 1940. gadi–1950. gadi: Paātrinoties pārtikas industrializācijai pirms un pēc Otrā pasaules kara, piena produktu, ievārījumu un mērču rūpniecībā ātri tika pielietoti skrāpējamās virsmas siltummaiņi. Vēl viens nozīmīgs pielietojums bija saldējuma nepārtraukta sasaldēšana.

• No 1960. gadiem līdz mūsdienām: To pielietojuma jomas ir paplašinājušās no pārtikas rūpniecības līdz ķīmijas, farmācijas, naftas ķīmijas un plastmasas polimēru rūpniecībai. Tos izmanto, lai apstrādātu sarežģītus šķidrumus, piemēram, polimēru kausējumus, parafīnu, asfaltu, kosmētiku un farmaceitiskos līdzekļus.

• Tehnoloģiskais progress: Mūsdienu skrāpējamās virsmas siltummaiņi ir ievērojami uzlabojuši materiālus (piemēram, nodilumizturīgu un korozijizturīgu cieto pārklājumu izmantošanu), blīvēšanas tehnoloģiju, automatizācijas vadību (precīza temperatūras, spiediena un ātruma kontrole) un modulāru konstrukciju.

Kopsavilkums

Skrāpju siltummaiņa pirmsākumi meklējami 20. gs. 20. un 30. gados. Tas tika izgudrots, lai apmierinātu pārtikas rūpniecības nepārtrauktas karsēšanas, dzesēšanas, kristalizācijas un sterilizācijas procesa prasības augstas viskozitātes un karstumjutīgiem materiāliem. Tā izgudrojums bija nozīmīgs pagrieziena punkts pārstrādes rūpniecības iekārtu vēsturē, paplašinot vienkāršo "siltummaiņas" funkciju līdz apvienotai "siltummaiņas un mehāniskās apstrādes" darbībai. Līdz pat šai dienai tam joprojām ir neaizstājama loma daudzās rūpniecības jomās.