amixon aiuta nel dimensionamento di grandi sistemi di essiccazione mista sottovuoto
Gli essiccatori a miscelazione sottovuoto e i reattori di sintesi amixon® sono utilizzati per quasi tutti i tipi di materiali sfusi e sospensioni. Grazie alle ampie superfici di trasferimento del calore specifico, i dispositivi amixon® sono utilizzati anche come evaporatori.
Gli essiccatori sottovuoto compatti amixon® sono caratterizzati dalle seguenti proprietà:
- eccezionale efficienza energetica
- movimento molto delicato del prodotto
- grande superficie specifica di scambio termico
- velocità di essiccazione molto elevata
- qualità di miscelazione ideale
- design particolarmente igienico
- I dispositivi amixon® sono utilizzati anche come reattori sterili nell'industria biochimica e farmaceutica.
Come può amixon® aiutare a trasferire i risultati di laboratorio su scala tecnica?
Quando si sviluppano nuovi prodotti o processi, è necessario analizzare parallelamente le questioni relative all'implementazione tecnica. Passare da una provetta a un impianto industriale non è banale.
L'impianto pilota viene utilizzato per definire i parametri di processo che portano a risultati altrettanto buoni di quelli precedentemente ottenuti dai ricercatori in provetta.
amixon® è un produttore di sistemi di ingegneria di processo e dispone di propri impianti pilota. I sistemi sono perfettamente funzionanti. Sono dimensionati in modo tale da poter essere utilizzati per la progettazione di impianti industriali su larga scala.
Praticamente tutti i processi di miscelazione/raffinazione di materiali sfusi e di essiccazione sotto vuoto possono essere dimostrati con amixon® nel centro tecnico. La pressione nella camera di miscelazione può variare da 5 mbar a 26 bar (pressione assoluta). La temperatura può essere variata da sotto zero a 350°C.
In questo modo i clienti possono scoprire rapidamente come una reazione di sintesi o un processo di essiccazione sottovuoto funzionano con il loro prodotto.
Come si può estrapolare da un impianto pilota a un impianto su larga scala?
Le difficoltà sorgono quando l'impianto industriale da realizzare è 100 volte più grande della macchina di processo del centro tecnico. Per le questioni termocinetiche, le analisi di similarità geometrica falliscono. L'esperienza pratica nell'applicazione dei calcoli termodinamici è utile in questo caso.
amixon® aiuta nell'estrapolazione a macchine di processo molte volte più grandi dell'impianto di prova. L'accuratezza dei nostri metodi di calcolo è stata dimostrata più volte da amixon®. Ovvero, ogni volta che il sistema su larga scala in ambiente industriale raggiunge o supera le prestazioni calcolate.
amixon® è lieta di invitare clienti vicini e lontani a partecipare alle prove e promette loro in anticipo ottimi risultati. Possiamo farlo grazie a decenni di esperienza.
I test di essiccazione nel centro tecnico amixon® sono sempre orientati all'obiettivo e forniscono un elevato guadagno di conoscenze. amixon® protegge le informazioni condivise con voi da terzi. Ciò significa che lo scambio di informazioni rimane sempre riservato.
I test di essiccazione differiscono dai classici test di miscelazione. I tempi di lavorazione sono notevolmente più lunghi. Nel centro tecnico amixon® vengono registrati molti dati durante il processo di essiccazione. Si tratta di un'operazione in gran parte automatizzata.
Questo lascia abbastanza tempo per discutere i dettagli costruttivi. È sempre opportuno effettuare un tour dettagliato dello stabilimento. Alcuni clienti utilizzano questo tempo per effettuare prove di miscelazione per il processo successivo. Altri utilizzano il tempo per i test di agglomerazione.
Come si può calcolare il flusso di polveri in un miscelatore verticale amixon®?
I miscelatori amixon® mescolano in modo tridimensionale e producono qualità di miscelazione ideali che non possono essere migliorate nella pratica. Ciò si ottiene grazie alla spirale di miscelazione che trasporta l'impasto verso l'alto senza spazi morti e permette all'impasto di fluire verso il basso per gravità. La corrente di prodotto Iv può essere descritta approssimativamente come segue.
Iv: capacità di trasporto di una spirale di miscelazione verticale
D/ d: Diametro dell'elica esterna/ interna
φ: livello di riempimento
S: passo della spirale
n: Frequenza di rotazione
ζ: coefficiente di velocità
In questo senso, la capacità di miscelazione specifica dei miscelatori amixon® è sempre la stessa, indipendentemente dalle dimensioni, purché i rapporti geometrici siano congruenti.
amixon® dispone di diversi reattori di sintesi/essiccatori a miscelazione sotto vuoto a Paderborn. Alcuni hanno una camera di miscelazione conica. Alcuni hanno il fondo piatto.
Miscelatore a coclea.
centro tecnico amixon®.
Esistono caratteristiche particolari dei processi che avvengono ad alte temperature e ad alte pressioni?
I test possono essere eseguiti anche in condizioni di processo estreme nel centro tecnico amixon®:
- Pressione del sistema nella camera di processo fino a 25 bar di sovrapressione: Il trasferimento di calore è influenzato dalle pareti più spesse del contenitore. D'altra parte, le temperature nella camera di processo possono essere modificate in modo estremamente rapido cambiando la pressione del sistema. Se la pressione del sistema nella camera di processo viene aumentata, si possono favorire, ad esempio, le reazioni gas-solido. Ad esempio, i processi di diffusione ....
- Riscaldamento fino a 350°C: Le guarnizioni polimeriche convenzionali si guastano quando le temperature superano stabilmente i 240 °C. In questo caso si possono utilizzare solo sistemi di tenuta metallici o guarnizioni in grafite.
- Vuoto fine di 1 mbar assoluto: Una tale pressione assoluta richiede che l'apparato e tutte le linee di collegamento comunicanti siano estremamente strette. Questo vale in particolare per la tenuta dell'albero dell'agitatore.
Come si può visualizzare il processo di essiccazione mista sottovuoto?
Il processo di essiccazione di una procedura di test può essere rappresentato come un diagramma, come mostrato qui. Il tempo è tracciato sull'ascissa. Sull'asse delle ordinate sono riportate diverse grandezze fisiche:
- La pressione del sistema nella camera di processo,
- la massa del liquido essiccato,
- la temperatura della massa da essiccare e
- le temperature del fluido di trasferimento del calore nella mandata e nel ritorno.
L'essiccatore a miscelazione sottovuoto viene solitamente riempito con il volume massimo del lotto prima dell'inizio del processo di essiccazione. Di norma, il volume dell'impasto diminuisce con il progredire dell'essiccazione.
In rari casi, il volume di riempimento rimane costante, anche se l'impasto diventa più secco e leggero. In casi eccezionali e molto rari, può verificarsi un aumento di volume durante l'essiccazione. Questo aumento di volume deve essere tenuto in considerazione, in quanto i miscelatori/essiccatori non devono essere riempiti eccessivamente.
Vista dall'alto di un reattore amixon® da 20 m³
Come cambia la superficie di trasferimento del calore al diminuire del livello di riempimento?
La superficie di trasferimento termico dell'essiccatore sottovuoto varia in base al livello di riempimento. In questo caso, la camera di miscelazione è costituita da un cono con un cilindro sovrapposto. Nel seguente calcolo viene determinata la superficie di trasferimento termico nel caso in cui il volume di riempimento sia inferiore alla parte conica dell'essiccatore miscelatore. Innanzitutto viene calcolato il livello di riempimento hFK nel cono:
La superficie di trasferimento del calore nel cono AF è solo la superficie a contatto con il materiale miscelato.
Se durante il processo di essiccazione il grado di riempimento nel miscelatore essiccatore cambia, cambia anche la superficie di contatto dell'attrezzo di miscelazione temperato. Questo fatto non può essere descritto come una funzione chiusa. amixon® misura la superficie di scambio termico dell'attrezzo di miscelazione nel sistema CAD per diversi gradi di riempimento. I dati vengono registrati in tabelle e interpolati.
Qual è il fabbisogno di calore se l'essiccatore misto sottovuoto è molto più grande del sistema di prova?
Di seguito vengono introdotti due indici: “R” (riferimento) per l'impianto pilota e “T” (target) per l'impianto su larga scala. Il tempo di essiccazione è il tempo che intercorre tra l'inizio dell'evaporazione e la fine dell'evaporazione. Si ipotizzano le seguenti condizioni ideali:
- Le condizioni di processo nel dispositivo di prova sono identiche alle condizioni di processo nel dispositivo su larga scala.
- L'evaporazione avviene a temperatura costante.
- L'evaporazione avviene a pressione di sistema costante.
- Il coefficiente di trasferimento del calore è uguale in entrambi gli apparecchi.
- La differenza di temperatura media tra il mezzo di riscaldamento e il materiale miscelato è uguale.
Dall'entalpia di evaporazione “hv ” alla pressione di saturazione “ps ” è possibile determinare il flusso di calore “QR ” dell'impianto di prova. In questo modo è possibile calcolare il flusso di calore attraverso la superficie di contatto riscaldata “AT ” dell'essiccatore su larga scala come segue.
Quanto dura il processo di essiccazione nell'impianto industriale?
Supponendo che la densità “ρ” del prodotto umido sia la stessa nell'impianto di riferimento e nell'impianto industriale, è possibile calcolare la massa del prodotto nell'impianto industriale se si conosce il grado di riempimento “Φ”.
La massa “mT ” da evaporare nell'impianto industriale è pari ai gradi di umidità “fT1” alla fine e “fT2 ” all'inizio dell'essiccazione.
Il tempo di essiccazione nell'impianto industriale è quindi pari a
Quanto deve essere grande il sistema di riscaldamento per l'asciugatrice grande?
Il diagramma seguente mostra i singoli punti di consumo. Ogni utente deve essere rifornito in modo adeguato con l'energia termica prevista. Il fattore di progettazione “S” viene utilizzato per calcolare il flusso di calore nell'impianto di riscaldamento. La base è il flusso di calore “Qvap” necessario per l'evaporazione.
Il flusso di massa del fluido termovettore “Qvap” risulta dalla capacità termica specifica “cp”, dalla temperatura di ingresso del fluido termovettore “T1,heat” e dalla temperatura di uscita del fluido termovettore “T2,heat”. Il fluido termico deve essere distribuito in modo tale da garantire un approvvigionamento sufficiente a tutti i consumatori. Ciò significa che tutte le aree della camera di processo devono essere riscaldate in modo uniforme. È necessario evitare la condensa. Il materiale umido deve essere riscaldato nella misura in cui viene dissipata l'energia del vapore. La temperatura del materiale miscelato corrisponde alla temperatura di evaporazione del vuoto adiacente.
reattore sperimentale amixon® . Materiale 2.4605 (Lega 59).
Filtro per vapori dal design farmaceutico. 4 cartucce filtranti in metallo. Installazione laterale.
Quali devono essere le dimensioni del filtro per vapori per l'essiccatore di grandi dimensioni?
Stima della superficie filtrante necessaria in base al carico filtrante ammissibile “fs”
Con la portata volumetrica “dV/dt”, la portata massica “dm/dt” e la densità “ρ” del vapore.
La velocità del gas grezzo carico di polvere “v” è pari a
Il carico della superficie filtrante “fs” è definito nell'unità [m³/h/m²].
Quanto deve essere grande il condensatore per l'essiccatore grande?
Il vapore evaporato viene purificato nel filtro del vapore e liquefatto nel condensatore. Il flusso di calore “Q̇kond” deve essere dissipato. A tale scopo viene utilizzata la superficie di condensazione raffreddata “Akond”.
Tenendo conto del coefficiente di trasmissione termica e della differenza di temperatura media, viene calcolato il flusso di massa del mezzo di raffreddamento “ṁcool”:
Nel determinare il valore “K”, è necessario tenere conto del tipo di costruzione del condensatore e del fattore di incrostazione previsto.
Esemplare: Rohrbündelkondensator K. Ley GmbH & Co. KG
Una linea retta idealizza il flusso di massa del condensato
Cosa si intende quando il flusso di massa del condensato misurato viene mediato da una linea retta? Questa approssimazione approssimativa consente il confronto con uno scambiatore di calore a flusso parallelo a funzionamento continuo. Gli effetti della variazione dei parametri di processo possono essere calcolati con un'ottima approssimazione.
Ciò corrisponde alla prima fase di essiccazione dopo il riscaldamento del prodotto.
Quanto dura il processo di essiccazione nel sistema su larga scala se la temperatura del fluido termico viene modificata?
Il grande impianto di essiccazione progettato può funzionare con un fluido termico più caldo o più freddo. In tal caso, il tempo di essiccazione cambia. Queste considerazioni sono analoghe al funzionamento di uno “scambiatore di calore a flussi paralleli”. Il valore per “T2,heat” può essere iterato solo numericamente. In questo modo è possibile approssimare una curva interessante. Essa consente di stimare i tempi di essiccazione a diverse temperature del fluido termovettore.
Perché ci vuole più tempo per raffreddare la polvere secca che per riscaldare la polvere umida?
Nel calcolare il tempo di raffreddamento “Δ tT” si presume che nell'impianto sperimentale e nell'essiccatore industriale prevalgano le stesse condizioni. Ciò vale sia per il coefficiente di trasferimento termico che per la differenza media di temperatura tra il fluido termovettore e la temperatura del prodotto. Il prodotto nell'impianto industriale deve essere raffreddato alla stessa temperatura finale testata nell'impianto sperimentale.
Cosa si nota in questo diagramma durante il raffreddamento della miscela?
Di seguito è illustrato un tipico processo di raffreddamento. Il raffreddamento della polvere secca richiede più tempo rispetto al riscaldamento della polvere umida. Le spiegazioni sono due:
- Un liquido conduce il calore molto meglio della maggior parte dei solidi.
- La pellicola liquida che circonda una particella umida può bagnare la parete che trasmette il calore. Questo favorisce il trasferimento di calore. Al contrario, una particella secca tocca la superficie a temperatura controllata solo in alcuni punti.
In questo caso, l'essiccatore è stato riscaldato con una differenza di temperatura molto elevata. All'inizio l'olio diatermico era caldo circa 120°C. In questo caso, l'intero serbatoio di stoccaggio dell'olio termico nel flusso del sistema deve essere prima raffreddato. Di conseguenza, la polvere secca viene raffreddata con una marcata isteresi.
Se si utilizzasse l'acqua come mezzo di trasferimento del calore, il processo di raffreddamento sarebbe accelerato.
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