Jednym z podstawowych procesów technologicznych w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym jest obróbka termiczna surowców lub gotowego produktu. Efektywność tych procesów, poza oczywistymi aspektami jakościowymi, przekłada się bezpośrednio na koszt wytworzenia produktu końcowego, stanowiąc istotny czynnik konkurencyjności na ciągle rozwijającym się rynku produktów farmaceutycznych i parafarmaceutycznych. Odpowiednie zwiększenie efektywności procesów termicznych można osiągnąć, m.in. stosując nowoczesne rozwiązania konstrukcyjne, pozwalające uzyskać lepsze parametry wymiany ciepła przy zachowaniu tych samych parametrów czynnika cieplnego.
Klasyczne konstrukcje płaszczy grzewczych i wymienników wykonanych ze stali nierdzewnej, potocznie zwanej kwasoodporną, są już dopracowane i raczej nie pozwalają na radykalne poprawienie parametrów wymiany ciepła. Ze względu na specyfikę branży muszą to być konstrukcje wykonane z konkretnych materiałów zapewniających odpowiednie bezpieczeństwo produktu oraz wytrzymałość konstrukcji. Nie bez znaczenia jest również fakt, iż stal kwasoodporna posiada jeden z najgorszych współczynników przewodnictwa cieplnego spośród konstrukcyjnych materiałów stalowych. Stąd im grubszy płaszcz roboczy mający kontakt z produktem, zapewniający zwiększenie stateczności konstrukcji, tym gorsza wymiana ciepła. Kolejnym zjawiskiem pogarszającym realną wymianę ciepła jest powstawanie warstwy przyściennej (zwanej też graniczną) cieczy grzewczej lub chłodzącej oraz powstawanie warstwy kondensatu dla parowych płaszczy grzewczych.
Rozważmy przepływ płynu wzdłuż ogrzewanej płyty. Wskutek wzajemnego oddziaływania reologicznego, powstaje obszar, w którym prędkość płynu zmienia się od wartości zera przy powierzchni płyty – do prędkości strumienia niezakłóconego. W przypadku występowania różnicy temperatur pomiędzy płytą a płynem w obszarze przejściowym, będzie zmieniać się temperatura w zakresie od temperatury płyty – do temperatury przepływu niezakłóconego. Obszar ten nazywa się termiczną warstwą przyścienną. Warstwa graniczna może mieć formę laminarną lub turbulentną tzn. charakter przepływu w tej warstwie może być laminarny lub burzliwy.
Grubość tej warstwy spada wraz ze wzrostem liczby Reynoldsa. Stąd, aby zmniejszyć grubość warstwy i poprawić wymianę ciepła, należy zmienić naturę przypływu na jak najbardziej turbulentny. Uzyskać to można poprzez zwiększenie prędkości przepływu, która jest wprost proporcjonalna do strumienia objętości, a odwrotnie – do pola przekroju przepływu. Od strony konstrukcyjnej, efekt ten można uzyskać poprzez odpowiednią konstrukcję, pozwalającą na takie formowanie przestrzeni grzewczej/chłodzącej, aby uzyskać maksymalny przepływ turbulentny bez znacznego wzrostu oporów przepływu, a co za tym idzie strat.
Konstrukcję taką zapewniają nowoczesne płaszcze wykonywane w technologii Plasma Pillow Plate. Konstrukcja takiego płaszcza powstaje poprzez spojenie na płasko blachy stanowiącej przyszły płaszcz główny oraz płaszcza nakładkowego stanowiącej płaszcz grzewczy. Po spojeniu z wykorzystaniem metody spawania plazmowego bez materiału dodatkowego powstaje trwała i wytrzymała formatka pozwalająca na mechaniczne uformowanie walczaka lub dennicy zbiornika oraz innych komponentów wymiennika ciepła. Po wykonaniu montażu zbiornika płaszcz nakładkowy roztłacza się wysokim ciśnieniem rzędu 20-30 bar, uzyskując wznios płaszcza na poziomie 3-4 mm.
Tak powstała przestrzeń grzewcza lub chłodząca, charakteryzuje się znacznie większymi parametrami przepływu turbulentnego oraz większą rzeczywistą powierzchnią wymiany ciepła. Dodatkowo tego typu konstrukcja pozwala na zastosowanie cieńszych blach płaszczy głównych oraz płaszczy nakładkowych, co dodatkowo minimalizuje niekorzystny współczynnik przewodnictwa cieplnego stali kwasoodpornych.
Duże różnice temperatur występują na częściach zbiorników niepokrytych płaszczem grzewczym/chłodzącym w stosunku do części, w tym przypadku, ogrzewanej. Jest to oczywiście efekt wspomnianych złych właściwości przewodnictwa cieplnego stali kwasoodpornych. Nie bez znaczenia jest również aspekt ekonomiczny takiego rozwiązania, pozwalający na etapie produkcji urządzenia adekwatnie zredukować koszt wytworzenia, poprzez zastosowanie lżejszych materiałów oraz radykalne zmniejszenie ilości roboczogodzin przewidzianych na wykonanie konstrukcji.
Firma Kates Polska Sp. z o.o., funkcjonująca na rynku od przeszło 25 lat, jest jednym z wiodących wytwórców urządzeń ze stali kwasoodpornej w kraju, stawiającym na ciągły rozwój jakościowy i innowacyjność procesów produkcyjnych, mających bezpośredni wpływ na jakość produktów klientów końcowych. Specjalizacją firmy są urządzenia dla przemysłu farmaceutycznego, kosmetycznego, chemicznego oraz szeroko rozumianego spożywczego. Od początku istnienia oferuje klientom innowacyjne urządzenia i technologie „szyte na miarę” ich potrzeb. Pragnąć utrzymać wysoki standard oraz wychodząc naprzeciw potrzebom rynku, firma Kates Polska Sp. z o.o. uruchomiła pierwszą w Polsce własną linię do produkcji płaszczy grzewczo-chłodzących typu Plasma Pillow Plate. W skład urządzenia wchodzą źródła prądu plazma, tig, zautomatyzowany system spawania i przesuwu blach, zespół szlifujący oraz zespół foliujący.
Urządzenie pozwala na spawanie blach o szerokości do 2000 mm wykorzystywanych następnie do produkcji płaszczy walcowych czy dennic stożkowych lub płaskich. Głowice spawalnicze pozwalają na dowolne formowanie przegród forujących kierunek przepływu czynnika grzewczego lub chłodzącego.
Zastosowana technologia pozwala na spajanie stali austenitycznych (304, 316, 321…), stali austenityczno-ferrytycznych (stale typu duplex) oraz stopów niklu. Proces spawania plazmowego przebiega bez materiału dodatkowego. Korzyściami płynącymi ze spawania plazmowego są przede wszystkim: duże prędkości spawania, niezawodność, niewielkie odkształcenia spawalnicze, brak potrzeby ukosowania i specjalnego przygotowania materiału do spawania. Kwalifikowana technologia pozwala również na produkcję komponentów urządzeń ciśnieniowych. (kk)
(http://biotechnologia.pl/, 18.08.2016)