刮板式换热器的起源

刮板式换热器的起源

刮板式换热器的起源和发展可以追溯到20世纪初。它的诞生并非一蹴而就，而是为了解决传统换热器在处理特定材料时存在的固有局限性。

核心起源：20世纪20年代至30年代

刮板式换热器的概念和初步设计主要是在这一时期形成的，这主要得益于食品工业，特别是人造黄油和冰淇淋的生产。

1. 待解决的问题：

o 高粘度材料：黄油、冰淇淋混合物和果酱等材料粘度极高，在传统的管式或板式换热器中流动性差，容易堵塞，导致传热效率非常低。

剪切敏感性：这些材料中脂肪晶体或冰晶的形成需要精确控制。冷却过度或不均匀会导致质地粗糙和口感不佳。

结垢和焦化：含有糖或蛋白质的物质容易在加热表面凝固和焦糖化，不仅影响传热，还会导致产品变质和设备清洁困难。

2. 技术先驱：

刮板式换热器的最早专利之一可以追溯到 20 世纪 20 年代末至 30 年代初。例如，大约在 1928 年，德国 Gerhard 公司（后来成为 APV 集团的一部分）的工程师们在该领域做出了开创性的工作。

另一位关键人物是查理·林恩（Charlie Linn），他为美国吉德勒公司（Girdler Corporation）旗下的沃托特（Votator）部门设计了第一台商业上获得成功的刮板式换热器（约1933-1935年）。该装置最初是为连续生产人造黄油而发明的。“沃托特”（Votator）这个名字甚至在很长一段时间内都成了刮板式换热器的代名词。

工作原理的创新要点

刮板式换热器的核心设计巧妙地解决了上述问题：

• 刮擦作用：在换热筒内，装有刮刀的转子高速旋转。刮刀在离心力或弹簧的作用下，紧贴筒壁，不断刮除内壁上的物料膜。

四大优势：

1. 不断更新换热表面：防止材料粘附和结垢，保持极高的换热效率。

2. 均匀混合和剪切：确保整个物料均匀加热和冷却，并提供可控剪切力，这对于结晶过程（如脂肪结晶和冰晶形成）至关重要。

3. 处理极高粘度：机械刮擦和推动作用使其能够处理传统热交换器无法处理的糊状、乳状甚至颗粒状流体。

4. 停留时间极短：物料以薄膜形式通过热交换器，使其非常适合热敏性物料，并最大限度地保留产品的风味、颜色和营养。

发展与普及

• 20世纪40年代至50年代：随着二战前后食品工业化的加速发展，刮板式换热器迅速应用于乳制品、果酱和调味酱行业。冰淇淋的连续冷冻是其另一项里程碑式的应用。

• 自20世纪60年代至今：其应用领域已从食品工业扩展到化工、制药、石油化工和塑料聚合物工业。它们用于处理各种难处理的流体，例如聚合物熔体、石蜡、沥青、化妆品和药品。

• 技术进步：现代刮板式换热器在材料（如耐磨耐腐蚀硬涂层的使用）、密封技术、自动化控制（精确控制温度、压力和速度）和模块化设计方面取得了重大进步。

概括

刮板式换热器的起源可以追溯到20世纪20年代和30年代。它的发明是为了满足食品工业中高粘度、热敏性物料的连续加热、冷却、结晶和杀菌等工艺需求。它的发明是过程工业设备发展史上的一个重要里程碑，将简单的“换热”功能扩展到“换热与机械加工”的复合操作。时至今日，它在许多工业领域仍然发挥着不可替代的作用。