Der Ursprung von Kratzflächenwärmetauschern

Der Ursprung von Kratzflächenwärmetauschern

Die Ursprünge und die Entwicklung von Kratzflächenwärmetauschern lassen sich bis ins frühe 20. Jahrhundert zurückverfolgen. Ihre Entwicklung war kein Erfolg über Nacht, sondern vielmehr eine Reaktion auf die systembedingten Einschränkungen herkömmlicher Wärmetauscher bei der Verarbeitung bestimmter Materialien.

Ursprungszeit: 1920er - 1930er Jahre

Das Konzept und die ersten Entwürfe von Kratzflächenwärmetauschern entstanden hauptsächlich in dieser Zeit, angetrieben von der Lebensmittelindustrie, insbesondere bei der Herstellung von Margarine und Eiscreme.

1. Zu lösende Probleme:

o Hochviskose Materialien: Materialien wie Butter, Eiscrememischung und Marmelade sind extrem viskos und weisen in herkömmlichen Rohr- oder Plattenwärmetauschern eine schlechte Fließfähigkeit auf, was zu Verstopfungen und einer sehr geringen Wärmeübertragungseffizienz führt.

Scherempfindlichkeit: Die Bildung von Fett- oder Eiskristallen in diesen Materialien erfordert eine präzise Steuerung. Intensive oder ungleichmäßige Abkühlung kann zu einer groben Textur und einem schlechten Geschmack führen.

o Ablagerungen und Verkokung: Materialien, die Zucker oder Eiweiß enthalten, neigen dazu, auf Heizflächen zu erstarren und zu karamellisieren, was nicht nur den Wärmeaustausch beeinträchtigt, sondern auch zu Produktverderb und Schwierigkeiten bei der Reinigung der Anlagen führt.

2. Pioniere der Technologie:

Eines der frühesten Patente für Kratzflächenwärmetauscher lässt sich auf die späten 1920er bis frühen 1930er Jahre zurückführen. So leisteten beispielsweise Ingenieure der Firma Gerhard in Deutschland (später Teil der APV-Gruppe) um 1928 Pionierarbeit auf diesem Gebiet.

Eine weitere Schlüsselfigur war C.O. (Charlie) Linn, der für die Votator-Division der Girdler Corporation in den USA (um 1933–1935) den ersten kommerziell erfolgreichen Kratzflächenwärmetauscher entwickelte. Dieses Gerät war ursprünglich für die kontinuierliche Margarineherstellung gedacht. Der Name „Votator“ wurde sogar für lange Zeit zum Synonym für Kratzflächenwärmetauscher.

Innovative Arbeitsprinzipien

Das Kerndesign von Kratzflächenwärmetauschern löst die oben genannten Probleme auf raffinierte Weise:

• Abstreifwirkung: Im Inneren des Wärmetauscherzylinders rotiert ein mit Abstreifern ausgestatteter Rotor mit hoher Geschwindigkeit. Die Abstreifer haften unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft oder von Federn eng an der Zylinderwand und entfernen so kontinuierlich den Materialfilm an der Innenwand.

• Vier wesentliche Vorteile:

1. Kontinuierliche Erneuerung der Wärmeübertragungsfläche: Verhindert Materialanhaftung und Verschmutzung und gewährleistet so eine extrem hohe Wärmeübertragungseffizienz.

2. Gleichmäßiges Mischen und Scheren: Gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung und Abkühlung des gesamten Materials und sorgt für eine kontrollierbare Scherkraft, die für den Kristallisationsprozess (wie z. B. die Fettkristallisation und die Eiskristallbildung) von entscheidender Bedeutung ist.

3. Umgang mit extrem hochviskosen Flüssigkeiten: Durch die mechanische Schab- und Schiebewirkung können auch pastöse, cremige und sogar körnige Flüssigkeiten verarbeitet werden, die mit herkömmlichen Wärmetauschern nicht bewältigt werden können.

4. Extrem kurze Verweilzeit: Das Material durchläuft den Wärmetauscher als dünner Film, wodurch es sich hervorragend für wärmeempfindliche Materialien eignet und den Erhalt von Geschmack, Farbe und Nährwert des Produkts maximiert.

Entwicklung und Popularisierung

• 1940er-1950er Jahre: Mit der beschleunigten Industrialisierung der Lebensmittelindustrie vor und nach dem Zweiten Weltkrieg fanden Schabwärmetauscher rasch Anwendung in der Milch-, Marmeladen- und Saucenindustrie. Die kontinuierliche Gefrierung von Speiseeis war ein weiterer Meilenstein.

• Seit den 1960er Jahren: Ihre Anwendungsgebiete haben sich von der Lebensmittelindustrie auf die Chemie-, Pharma-, Petrochemie- und Kunststoffindustrie ausgeweitet. Sie werden zur Handhabung anspruchsvoller Flüssigkeiten wie Polymerschmelzen, Paraffin, Asphalt, Kosmetika und Pharmazeutika eingesetzt.

• Technologischer Fortschritt: Moderne Kratzwärmetauscher haben bedeutende Fortschritte bei den Werkstoffen (z. B. durch die Verwendung verschleiß- und korrosionsbeständiger Hartbeschichtungen), der Dichtungstechnik, der Automatisierungssteuerung (präzise Steuerung von Temperatur, Druck und Drehzahl) und dem modularen Design erzielt.

Zusammenfassung

Die Ursprünge des Schaberwärmetauschers lassen sich genau in die 1920er und 1930er Jahre datieren. Er wurde entwickelt, um den Prozessanforderungen der Lebensmittelindustrie hinsichtlich kontinuierlicher Erwärmung, Kühlung, Kristallisation und Sterilisation hochviskoser und wärmeempfindlicher Materialien gerecht zu werden. Seine Erfindung markierte einen bedeutenden Meilenstein in der Geschichte der Anlagentechnik, indem sie die einfache Funktion des Wärmeaustauschs zu einer kombinierten Funktion aus Wärmeaustausch und mechanischer Bearbeitung erweiterte. Bis heute spielt er in vielen Industriezweigen eine unverzichtbare Rolle.