מקורם של מחליפי חום משטחים מגורדים

מקורם של מחליפי חום משטחים מגורדים

מקורם ופיתוחם של מחליפי חום בעלי משטח מגורד ניתן לייחס לתחילת המאה ה-20. יצירתם לא הייתה הצלחה בן לילה, אלא תגובה למגבלות הטבועות במחליפי חום מסורתיים בטיפול בחומרים ספציפיים.

מקור הליבה: שנות ה-20 וה-30

הקונספט והתכנון הראשוני של מחליפי חום בעלי משטח מגורד נוצרו בעיקר בתקופה זו, כשהם מונעים על ידי תעשיית המזון, במיוחד בייצור מרגרינה וגלידה.

1. בעיות שיש לפתור:

חומרים בעלי צמיגות גבוהה: חומרים כמו חמאה, תערובת גלידה וריבה הם צמיגים ביותר ובעלי יכולת זרימה נמוכה במחליפי חום מסורתיים מסוג צינורות או פלטות, מה שנסתם בקלות וכתוצאה מכך יעילות העברת חום נמוכה מאוד.

רגישות לגזירה: היווצרות גבישי שומן או גבישי קרח בחומרים אלה דורשת בקרה מדויקת. קירור אינטנסיבי או לא אחיד יכול להוביל למרקם גס וטעם ירוד.

o לכלוך וקוק: חומרים המכילים סוכר או חלבון נוטים להתמצק ולקרמל על משטחים מתחממים, דבר המשפיע לא רק על העברת החום אלא גם גורם להידרדרות המוצר ולקושי בניקוי הציוד.

2. חלוצים בטכנולוגיה:

אחד הפטנטים המוקדמים ביותר עבור מחליפי חום בעלי משטח מגורד ניתן לייחס לסוף שנות ה-20 ועד תחילת שנות ה-30. לדוגמה, בסביבות שנת 1928, מהנדסים בחברת גרהרד בגרמניה (שהפכה מאוחר יותר לחלק מקבוצת APV) ביצעו עבודה חלוצית בתחום זה.

דמות מפתח נוספת הייתה צ'ארלי לין, שתכנן את מחליף החום הראשון מסוג "משטח מגורד" שהצליח מסחרית עבור חטיבת Votator של תאגיד Girdler בארצות הברית (בסביבות 1933-1935). מכשיר זה הומצא במקור לייצור רציף של מרגרינה. השם "Votator" אף הפך לשם נרדף למחליפי חום מסוג "משטח מגורד" במשך זמן רב.

נקודות חדשניות של עקרון עבודה

התכנון המרכזי של מחליפי חום בעלי משטח מגורד מטפל בצורה גאונית בבעיות הנ"ל:

• פעולת גירוד: בתוך גליל חילופי החום, רוטור המצויד במגרדים מסתובב במהירות גבוהה. המגרדים, תחת כוח צנטריפוגלי או קפיצים, נצמדים היטב לדופן הגליל, ומגרדים ללא הרף את שכבת החומר מהדופן הפנימית.

• ארבעה יתרונות עיקריים:

1. חידוש מתמיד של משטח העברת החום: מונע הידבקות והצטברות של החומר, תוך שמירה על יעילות העברת חום גבוהה במיוחד.

2. ערבוב וגזירה אחידים: מבטיחים חימום וקירור אחידים של החומר כולו ומספקים כוח גזירה נשלט, שהוא קריטי לתהליך הגיבוש (כגון התגבשות שומן ויצירת גבישי קרח).

3. טיפול בצמיגות גבוהה במיוחד: פעולת הגירוד והדחיפה המכנית מאפשרת לו להתמודד עם נוזלים בצקיים, קרמיים ואפילו גרגיריים שמחלפי חום מסורתיים אינם יכולים להתמודד איתם.

4. זמן שהייה קצר במיוחד: החומר עובר דרך מחליף החום בצורת שכבה דקה, מה שהופך אותו למתאים מאוד לחומרים רגישים לחום וממקסם את שימור טעם, צבע וערכי תזונה של המוצר.

פיתוח ופופולריזציה

• שנות ה-40 וה-50 של המאה ה-20: עם ההאצה של תיעוש המזון לפני ואחרי מלחמת העולם השנייה, מחליפי חום משטחים מגורדים יושמו במהירות בתעשיות החלב, הריבה והרטבים. הקפאה רציפה של גלידה הייתה יישום משמעותי נוסף.

• משנות ה-60 ועד היום: תחומי היישום שלהם התרחבו מתעשיית המזון לתעשיות הכימיה, התרופות, הפטרוכימיה והפולימרים הפלסטיים. הם משמשים לטיפול בנוזלים מאתגרים כגון פולימרים מותכים, פרפין, אספלט, קוסמטיקה ותרופות.

• התקדמות טכנולוגית: מחליפי חום מודרניים בעלי משטח מגורד עשו התקדמות משמעותית בחומרים (כגון שימוש בציפויים קשים עמידים בפני שחיקה וקורוזיה), טכנולוגיית איטום, בקרת אוטומציה (שליטה מדויקת בטמפרטורה, לחץ ומהירות) ותכנון מודולרי.

תַקצִיר

מקורו של מחליף החום המגרד ניתן לאתר במדויק בשנות ה-20 וה-30 של המאה ה-20. הוא הומצא כדי לענות על דרישות התהליך של חימום, קירור, התגבשות ועיקור רציפים של חומרים בעלי צמיגות גבוהה ורגישים לחום בתעשיית המזון. המצאתו הייתה אבן דרך משמעותית בהיסטוריה של ציוד בתעשיית התהליכים, והרחיבה את פונקציית "חילופי החום" הפשוטה לפעולה משולבת של "חילופי חום ועיבוד מכני". עד היום, הוא עדיין ממלא תפקיד שאין לו תחליף בתחומים תעשייתיים רבים.