L'origine degli scambiatori di calore a superficie raschiata

L'origine degli scambiatori di calore a superficie raschiata

L'origine e lo sviluppo degli scambiatori di calore a superficie raschiata risalgono agli inizi del XX secolo. La loro creazione non fu un successo immediato, ma piuttosto una risposta ai limiti intrinseci degli scambiatori di calore tradizionali quando si trattano materiali specifici.

Origine del nucleo: anni '20 - '30

Il concetto e la progettazione iniziale degli scambiatori di calore a superficie raschiata furono sviluppati principalmente in questo periodo, sotto la spinta dell'industria alimentare, in particolare nella produzione di margarina e gelato.

1. Problemi da risolvere:

o Materiali ad alta viscosità: materiali come burro, miscele per gelato e marmellata sono estremamente viscosi e hanno una scarsa fluidità negli scambiatori di calore tradizionali a tubi o a piastre, si intasano facilmente e determinano un'efficienza di trasferimento del calore molto bassa.

o Sensibilità al taglio: la formazione di cristalli di grasso o di ghiaccio in questi materiali richiede un controllo preciso. Un raffreddamento intenso o non uniforme può portare a una consistenza grossolana e a un sapore sgradevole.

o Sporcizia e coking: i materiali contenenti zucchero o proteine ​​tendono a solidificarsi e caramellarsi sulle superfici riscaldanti, non solo influenzando il trasferimento di calore, ma anche causando il deterioramento del prodotto e difficoltà nella pulizia delle apparecchiature.

2. Pionieri della tecnologia:

o Uno dei primi brevetti per scambiatori di calore a superficie raschiata risale alla fine degli anni '20 o all'inizio degli anni '30. Ad esempio, intorno al 1928, gli ingegneri della Gerhard Company in Germania (in seguito parte del Gruppo APV) realizzarono un lavoro pionieristico in questo campo.

Un'altra figura chiave fu CO (Charlie) Linn, che progettò il primo scambiatore di calore a superficie raschiata di successo commerciale per la divisione Votator della Girdler Corporation negli Stati Uniti (intorno al 1933-1935). Questo dispositivo fu originariamente inventato per la produzione continua di margarina. Il nome "Votator" divenne persino sinonimo di scambiatori di calore a superficie raschiata per lungo tempo.

Punti innovativi del principio di funzionamento

La progettazione del nucleo degli scambiatori di calore a superficie raschiata risolve ingegnosamente i problemi sopra menzionati:

• Azione raschiante: all'interno del cilindro di scambio termico, un rotore dotato di raschiatori ruota ad alta velocità. I ​​raschiatori, sotto la forza della forza centrifuga o delle molle, aderiscono strettamente alla parete del cilindro, raschiando costantemente la pellicola di materiale sulla parete interna.

• Quattro vantaggi principali:

1. Rinnovo continuo della superficie di trasferimento del calore: previene l'adesione e l'incrostazione del materiale, mantenendo un'efficienza di trasferimento del calore estremamente elevata.

2. Miscelazione e taglio uniformi: garantiscono un riscaldamento e un raffreddamento uniformi dell'intero materiale e forniscono una forza di taglio controllabile, fondamentale per il processo di cristallizzazione (come la cristallizzazione del grasso e la formazione di cristalli di ghiaccio).

3. Gestione di viscosità estremamente elevate: l'azione meccanica di raschiamento e spinta consente di gestire fluidi pastosi, cremosi e persino granulari che gli scambiatori di calore tradizionali non sono in grado di gestire.

4. Tempo di permanenza estremamente breve: il materiale passa attraverso lo scambiatore di calore in una pellicola sottile, rendendolo particolarmente adatto ai materiali sensibili al calore e massimizzando la conservazione del sapore, del colore e delle proprietà nutrizionali del prodotto.

Sviluppo e divulgazione

• Anni '40-'50: Con l'accelerazione dell'industrializzazione alimentare prima e dopo la Seconda Guerra Mondiale, gli scambiatori di calore a superficie raschiata furono rapidamente applicati nell'industria lattiero-casearia, delle marmellate e delle salse. Un'altra applicazione fondamentale fu il congelamento continuo del gelato.

• Dagli anni '60 a oggi: i loro campi di applicazione si sono estesi dall'industria alimentare a quella chimica, farmaceutica, petrolchimica e dei polimeri plastici. Vengono utilizzati per gestire fluidi complessi come polimeri fusi, paraffina, asfalto, cosmetici e prodotti farmaceutici.

• Progresso tecnologico: i moderni scambiatori di calore a superficie raschiata hanno fatto notevoli progressi nei materiali (come l'uso di rivestimenti duri resistenti all'usura e alla corrosione), nella tecnologia di tenuta, nel controllo dell'automazione (controllo preciso di temperatura, pressione e velocità) e nella progettazione modulare.

Riepilogo

L'origine dello scambiatore di calore a raschiatore può essere collocata con precisione negli anni '20 e '30. Fu inventato per soddisfare le esigenze di processo di riscaldamento, raffreddamento, cristallizzazione e sterilizzazione continui di materiali ad alta viscosità e termosensibili nell'industria alimentare. La sua invenzione rappresentò una pietra miliare nella storia delle apparecchiature per l'industria di processo, ampliando la semplice funzione di "scambio termico" a un'operazione combinata di "scambio termico e lavorazione meccanica". Ancora oggi, svolge un ruolo insostituibile in molti settori industriali.