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.
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.
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 calcola il flusso delle polveri in un miscelatore verticale di tipo amixon®?
I miscelatori amixon® miscelano in modo tridimensionale e garantiscono una qualità di miscelazione ideale, che nella pratica non può essere migliorata. Ciò si ottiene grazie alle eliche di miscelazione che trasportano il prodotto verso l'alto senza lasciare spazi morti, mentre la forza di gravità lo fa scorrere verso il basso. Il flusso del prodotto Iv può essere descritto approssimativamente come segue.
I_V = A · v_(ax) = (π/4) · (D^2 - d^2) · φ · S · n · ζ
- Iv: portata di una spirale di miscelazione verticale
- D/ d: diametro esterno/interno della spirale
- φ: grado di riempimento
- S: passo della spirale
- n: frequenza di rotazione
- ζ: coefficiente di velocità
In questo senso, la potenza di miscelazione specifica dei miscelatori amixon® è sempre la stessa indipendentemente dalle dimensioni, purché i rapporti geometrici siano congruenti.
amixon® dispone a Paderborn di diversi reattori di sintesi/essiccatori a miscelazione sotto vuoto. Alcuni hanno una camera di miscelazione conica. Alcuni hanno un fondo piatto.
Miscelatore a coclea.
I miscelatori amixon® miscelano in modo tridimensionale e garantiscono una qualità di miscelazione ideale, che nella pratica non può essere migliorata. Ciò si ottiene grazie alle eliche di miscelazione che trasportano il prodotto verso l'alto senza lasciare spazi morti, mentre la forza di gravità lo fa scorrere verso il basso. Il flusso del prodotto Iv può essere descritto approssimativamente come segue.
I_V = A · v_(ax) = (π/4) · (D^2 - d^2) · φ · S · n · ζ
- Iv: portata di una spirale di miscelazione verticale
- D/ d: diametro esterno/interno della spirale
- φ: grado di riempimento
- S: passo della spirale
- n: frequenza di rotazione
- ζ: coefficiente di velocità
In questo senso, la potenza di miscelazione specifica dei miscelatori amixon® è sempre la stessa indipendentemente dalle dimensioni, purché i rapporti geometrici siano congruenti.
amixon® dispone a Paderborn di diversi reattori di sintesi/essiccatori a miscelazione sotto vuoto. Alcuni hanno una camera di miscelazione conica. Alcuni hanno un fondo piatto.
Miscelatore a coclea.
Esistono caratteristiche particolari dei processi che avvengono ad alte temperature e ad alte pressioni?
centro tecnico amixon®.
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.
centro tecnico amixon®.
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.
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.
Come cambia la superficie di trasferimento del calore al diminuire del livello di riempimento?
Vista dall'alto di un reattore amixon® da 20 m³
La superficie di scambio termico dell'essiccatore sottovuoto varia in funzione del livello di riempimento. In questo caso, la camera di miscelazione è costituita da un cono sormontato da un cilindro. Nel ragionamento che segue si calcola la superficie di scambio termico nel caso in cui il volume di riempimento sia inferiore alla parte conica dell'essiccatore-miscelatore.
Volume di riempimento del cono:
V_FK= (1/3) · π · h_(FK)^3 · (1/(cos^2(α/2)) - 1)
In primo luogo si calcola l'altezza di riempimento hFK nel cono:
h_(FK) = ³√(3 · V_(FK)/(π · (1/(cos^2(α/2)) - 1)))
La superficie di trasferimento del calore nel cono AF è solo la superficie a contatto con il prodotto da miscelare.
A_F = A_(FK) = r_(FK) · √(h_(FK)^2 + r_(FK)^2) · π
Se durante il processo di essiccazione il grado di riempimento nel miscelatore-essiccatore cambia, cambia anche l'area di contatto dell'utensile di miscelazione termoregolato. Questo fenomeno non può essere descritto come una funzione chiusa. amixon® calcola l'area di scambio termico dell'utensile di miscelazione nel sistema CAD per diversi gradi di riempimento. I dati vengono registrati in tabella e interpolati.
Vista dall'alto di un reattore amixon® da 20 m³
La superficie di scambio termico dell'essiccatore sottovuoto varia in funzione del livello di riempimento. In questo caso, la camera di miscelazione è costituita da un cono sormontato da un cilindro. Nel ragionamento che segue si calcola la superficie di scambio termico nel caso in cui il volume di riempimento sia inferiore alla parte conica dell'essiccatore-miscelatore.
Volume di riempimento del cono:
V_FK= (1/3) · π · h_(FK)^3 · (1/(cos^2(α/2)) - 1)
In primo luogo si calcola l'altezza di riempimento hFK nel cono:
h_(FK) = ³√(3 · V_(FK)/(π · (1/(cos^2(α/2)) - 1)))
La superficie di trasferimento del calore nel cono AF è solo la superficie a contatto con il prodotto da miscelare.
A_F = A_(FK) = r_(FK) · √(h_(FK)^2 + r_(FK)^2) · π
Se durante il processo di essiccazione il grado di riempimento nel miscelatore-essiccatore cambia, cambia anche l'area di contatto dell'utensile di miscelazione termoregolato. Questo fenomeno non può essere descritto come una funzione chiusa. amixon® calcola l'area di scambio termico dell'utensile di miscelazione nel sistema CAD per diversi gradi di riempimento. I dati vengono registrati in tabella e interpolati.
Qual è il fabbisogno termico se l'essiccatore-miscelatore sottovuoto è notevolmente più grande dell'impianto pilota?
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 dall'inizio dell'evaporazione alla fine dell'evaporazione. Si ipotizzano le seguenti condizioni idealizzate:
- Le condizioni di processo nell'apparecchio di prova sono identiche a quelle dell'impianto su larga scala.
- L'evaporazione avviene a temperatura costante.
- L'evaporazione avviene a pressione di sistema costante.
- Il coefficiente di trasferimento termico è uguale in entrambi gli impianti.
- La differenza di temperatura media tra il fluido di riscaldamento e la miscela è uguale.
La velocità di evaporazione viene calcolata dalla massa evaporata Δm e dal tempo Δt necessario a tal fine nella fase di massima evaporazione nella misurazione di riferimento:
ṁ_R = Δm/Δt
Con l'aiuto dell'entalpia di evaporazione h_V alla pressione di vapore saturo p_S ricavata dall'equazione empirica, è possibile determinare il flusso termico necessario per l'evaporazione nell'apparecchio di riferimento:
Q̇_R = ṁ_R · h_V (p_S)
Il flusso termico attraverso la superficie di contatto riscaldata A dell'apparecchio di destinazione può quindi essere calcolato come segue:
Q̇_T = (Q̇_R · A_T)/A_R
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 dall'inizio dell'evaporazione alla fine dell'evaporazione. Si ipotizzano le seguenti condizioni idealizzate:
- Le condizioni di processo nell'apparecchio di prova sono identiche a quelle dell'impianto su larga scala.
- L'evaporazione avviene a temperatura costante.
- L'evaporazione avviene a pressione di sistema costante.
- Il coefficiente di trasferimento termico è uguale in entrambi gli impianti.
- La differenza di temperatura media tra il fluido di riscaldamento e la miscela è uguale.
La velocità di evaporazione viene calcolata dalla massa evaporata Δm e dal tempo Δt necessario a tal fine nella fase di massima evaporazione nella misurazione di riferimento:
ṁ_R = Δm/Δt
Con l'aiuto dell'entalpia di evaporazione h_V alla pressione di vapore saturo p_S ricavata dall'equazione empirica, è possibile determinare il flusso termico necessario per l'evaporazione nell'apparecchio di riferimento:
Q̇_R = ṁ_R · h_V (p_S)
Il flusso termico attraverso la superficie di contatto riscaldata A dell'apparecchio di destinazione può quindi essere calcolato come segue:
Q̇_T = (Q̇_R · A_T)/A_R
Quanto dura il processo di essiccazione nell'impianto industriale?
La massa evaporata durante l'intero periodo di essiccazione è pari a:
Δm_T = (f_(T2) - f_(T1)) · m_T
dove f_(T1) e f_(T2) indicano il contenuto di umidità del prodotto all'inizio e alla fine della fase di essiccazione.
La velocità di evaporazione viene calcolata dalla massa evaporata Δm e dal tempo necessario Δt nella fase di massima evaporazione nella misurazione di riferimento:
ṁ_R = Δm/Δt
Con l'aiuto dell'entalpia di evaporazione h_V alla pressione di vapore saturo p_S ricavata dall'equazione empirica, è possibile determinare il flusso termico necessario per l'evaporazione nell'apparecchio di riferimento:
Q̇_R = ṁ_R · h_V(p_S)
Il flusso termico attraverso la superficie di contatto riscaldata A dell'apparecchio di destinazione può quindi essere calcolato come segue:
Q̇_T = (Q̇_R · A_T)/A_R = Q_T = Δm_T · h_V(p_S)
Con questi valori è possibile calcolare il tempo di essiccazione nell'apparecchio di destinazione:
Δt_T = Q_T/Q̇_T
La massa evaporata durante l'intero periodo di essiccazione è pari a:
Δm_T = (f_(T2) - f_(T1)) · m_T
dove f_(T1) e f_(T2) indicano il contenuto di umidità del prodotto all'inizio e alla fine della fase di essiccazione.
La velocità di evaporazione viene calcolata dalla massa evaporata Δm e dal tempo necessario Δt nella fase di massima evaporazione nella misurazione di riferimento:
ṁ_R = Δm/Δt
Con l'aiuto dell'entalpia di evaporazione h_V alla pressione di vapore saturo p_S ricavata dall'equazione empirica, è possibile determinare il flusso termico necessario per l'evaporazione nell'apparecchio di riferimento:
Q̇_R = ṁ_R · h_V(p_S)
Il flusso termico attraverso la superficie di contatto riscaldata A dell'apparecchio di destinazione può quindi essere calcolato come segue:
Q̇_T = (Q̇_R · A_T)/A_R = Q_T = Δm_T · h_V(p_S)
Con questi valori è possibile calcolare il tempo di essiccazione nell'apparecchio di destinazione:
Δt_T = Q_T/Q̇_T
Quali devono essere le dimensioni dell'impianto di riscaldamento per l'essiccatore industriale?
Il diagramma seguente mostra i singoli punti di consumo. Ogni utenza deve essere rifornita in modo adeguato con l'energia termica calcolata. Il flusso termico nell'impianto di riscaldamento viene calcolato utilizzando il fattore di dimensionamento S. La base di calcolo è il flusso termico Qvap necessario per l'evaporazione.
Il fattore di dimensionamento S serve a calcolare la portata termica nell'impianto di riscaldamento sulla base della portata termica Q̇_(vap) necessaria per l'evaporazione:
Q̇_(heat) = -Q̇_(vap) · S
Da ciò si ottiene la portata massica del fluido termovettore:
ṁ_(heat) = (-Q̇_(vap) · S)/(c_p · (T_(2,heat) - T_(1,heat)))
La portata massica 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 gli utenze. 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 prodotto miscelato corrisponde alla temperatura di evaporazione del vuoto adiacente.
Un essiccatore-miscelatore sottovuoto amixon® da 16 m³.
Il diagramma seguente mostra i singoli punti di consumo. Ogni utenza deve essere rifornita in modo adeguato con l'energia termica calcolata. Il flusso termico nell'impianto di riscaldamento viene calcolato utilizzando il fattore di dimensionamento S. La base di calcolo è il flusso termico Qvap necessario per l'evaporazione.
Il fattore di dimensionamento S serve a calcolare la portata termica nell'impianto di riscaldamento sulla base della portata termica Q̇_(vap) necessaria per l'evaporazione:
Q̇_(heat) = -Q̇_(vap) · S
Da ciò si ottiene la portata massica del fluido termovettore:
ṁ_(heat) = (-Q̇_(vap) · S)/(c_p · (T_(2,heat) - T_(1,heat)))
La portata massica 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 gli utenze. 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 prodotto miscelato corrisponde alla temperatura di evaporazione del vuoto adiacente.
Un essiccatore-miscelatore sottovuoto amixon® da 16 m³.
Quali devono essere le dimensioni del filtro per vapori per l'essiccatore industriale?
Filtro per vapori dal design farmaceutico. 4 cartucce filtranti in metallo. Installazione laterale.
A_(filter) = V̇/f_S = ṁ/(ρ · f_S)
- Stima della superficie filtrante necessaria in base al carico ammissibile del filtro fs
- Con la portata volumetrica dV/dt, la portata massica dm/dt e la densità ρ del vapore.
- La velocità del gas grezzo caricato di polvere v è pari a
- Il carico sulla superficie del filtro fs è definito nell'unità [m³/h/m²].
La velocità del vapore viene calcolata nella conduttura di ingresso e di uscita come segue:
V̇ = A_(pipe) · v = (d^2/4) · π · v ; v = (4 · V̇)/(d^2 · π)
Filtro per vapori dal design farmaceutico. 4 cartucce filtranti in metallo. Installazione laterale.
A_(filter) = V̇/f_S = ṁ/(ρ · f_S)
- Stima della superficie filtrante necessaria in base al carico ammissibile del filtro fs
- Con la portata volumetrica dV/dt, la portata massica dm/dt e la densità ρ del vapore.
- La velocità del gas grezzo caricato di polvere v è pari a
- Il carico sulla superficie del filtro fs è definito nell'unità [m³/h/m²].
La velocità del vapore viene calcolata nella conduttura di ingresso e di uscita come segue:
V̇ = A_(pipe) · v = (d^2/4) · π · v ; v = (4 · V̇)/(d^2 · π)
Quali devono essere le dimensioni del condensatore per l'essiccatore industriale?
Q̇_(cond) = Q̇_(vap)
- Il vapore evaporato viene depurato nel filtro del vapore e condensato nel condensatore.
- In questo processo, il flusso termico “Q̇kond” deve essere dissipato. A tale scopo serve la superficie di condensazione raffreddata “Akond”.
- Tenendo conto del coefficiente di trasmissione termica e della differenza di temperatura media, si calcola la portata massica del fluido di raffreddamento “ṁcool”:
- Nel determinare il valore “K” occorre tenere conto del tipo di costruzione del condensatore e del fattore di fouling previsto.
Per la superficie del condensatore dello scambio termico in uno scambiatore di calore a controcorrente vale:
Q̇_(cond) = k · A_(cond) · ΔT_m
A_(cond) = Q̇_(cond)/(k · ΔT_m)
La portata massica del fluido di raffreddamento è data da:
Q̇_(cond) = ṁ_(cool) · c_p · (T_(2,cool) - T_(1,cool))
ṁ_(cool) = Q̇_(cond)/(c_p · (T_(2,cool) - T_(1,cool)))
Esemplare: Rohrbündelkondensator K. Ley GmbH & Co. KG
Q̇_(cond) = Q̇_(vap)
- Il vapore evaporato viene depurato nel filtro del vapore e condensato nel condensatore.
- In questo processo, il flusso termico “Q̇kond” deve essere dissipato. A tale scopo serve la superficie di condensazione raffreddata “Akond”.
- Tenendo conto del coefficiente di trasmissione termica e della differenza di temperatura media, si calcola la portata massica del fluido di raffreddamento “ṁcool”:
- Nel determinare il valore “K” occorre tenere conto del tipo di costruzione del condensatore e del fattore di fouling previsto.
Per la superficie del condensatore dello scambio termico in uno scambiatore di calore a controcorrente vale:
Q̇_(cond) = k · A_(cond) · ΔT_m
A_(cond) = Q̇_(cond)/(k · ΔT_m)
La portata massica del fluido di raffreddamento è data da:
Q̇_(cond) = ṁ_(cool) · c_p · (T_(2,cool) - T_(1,cool))
ṁ_(cool) = Q̇_(cond)/(c_p · (T_(2,cool) - T_(1,cool)))
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.
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 nell'impianto su larga scala se si modifica la temperatura del fluido termico?
Il trasferimento di calore durante l'evaporazione è simile a quello di uno scambiatore di calore a flusso parallelo. Ne risulta, per la differenza di temperatura media del trasferimento di calore:
ΔT_m = ((T_(2,heat) - T_(vap)) - (T_(1,heat) - T_(vap)))/ln((T_(2,heat) - T_(vap))/(T_(1,heat) - T_(vap)))
Il grande impianto di essiccazione previsto può essere utilizzato con un fluido termovettore più caldo o più freddo. In tal caso, il tempo di essiccazione varia. Queste considerazioni seguono l’analogia con il funzionamento di uno “scambiatore di calore a flusso parallelo”. Il valore di “T2,heat” può essere ottenuto solo tramite iterazione numerica. Ciò consente di approssimare una curva interessante, che permette di stimare i tempi di essiccazione a diverse temperature del fluido termovettore.
Il tempo di essiccazione modificato viene quindi calcolato come:
Q̇_(vap) = Q_(vap)/Δt_(dry)
Δt_(dry) = Q_(vap)/Q̇_(vap)
Il trasferimento di calore durante l'evaporazione è simile a quello di uno scambiatore di calore a flusso parallelo. Ne risulta, per la differenza di temperatura media del trasferimento di calore:
ΔT_m = ((T_(2,heat) - T_(vap)) - (T_(1,heat) - T_(vap)))/ln((T_(2,heat) - T_(vap))/(T_(1,heat) - T_(vap)))
Il grande impianto di essiccazione previsto può essere utilizzato con un fluido termovettore più caldo o più freddo. In tal caso, il tempo di essiccazione varia. Queste considerazioni seguono l’analogia con il funzionamento di uno “scambiatore di calore a flusso parallelo”. Il valore di “T2,heat” può essere ottenuto solo tramite iterazione numerica. Ciò consente di approssimare una curva interessante, che permette di stimare i tempi di essiccazione a diverse temperature del fluido termovettore.
Il tempo di essiccazione modificato viene quindi calcolato come:
Q̇_(vap) = Q_(vap)/Δt_(dry)
Δt_(dry) = Q_(vap)/Q̇_(vap)
Perché ci vuole più tempo a raffreddare la polvere secca che a riscaldare quella umida?
Nel calcolare il tempo di raffreddamento “Δ tT” si presume che nell’impianto di prova e nell’essiccatore industriale vigano 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 di grandi dimensioni deve essere raffreddato alla stessa temperatura finale testata nell'impianto di prova.
Analogamente al calcolo del tempo di essiccazione nell'apparecchio di destinazione, per il trasferimento di calore durante il raffreddamento vale:
k · ΔT_m = Q̇_R/A_R = Q̇_T/A_T
In questo modo è possibile calcolare il tempo di raffreddamento utilizzando le masse del prodotto nell'apparecchio di riferimento e in quello di destinazione m_R e m_T, le superfici di contatto A_R e A_T e il tempo di raffreddamento dell'apparecchio di riferimento Δt_R:
Q̇_R/A_R = Q̇_T/A_T
(m_R · c_p · ΔT_R)/(A_R · Δt_R) = (m_T · c_p · ΔT_T)/(A_T · Δt_T)
Δt_T = (m_T · A_R · Δt_R)/(A_T · m_R)
Nel calcolare il tempo di raffreddamento “Δ tT” si presume che nell’impianto di prova e nell’essiccatore industriale vigano 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 di grandi dimensioni deve essere raffreddato alla stessa temperatura finale testata nell'impianto di prova.
Analogamente al calcolo del tempo di essiccazione nell'apparecchio di destinazione, per il trasferimento di calore durante il raffreddamento vale:
k · ΔT_m = Q̇_R/A_R = Q̇_T/A_T
In questo modo è possibile calcolare il tempo di raffreddamento utilizzando le masse del prodotto nell'apparecchio di riferimento e in quello di destinazione m_R e m_T, le superfici di contatto A_R e A_T e il tempo di raffreddamento dell'apparecchio di riferimento Δt_R:
Q̇_R/A_R = Q̇_T/A_T
(m_R · c_p · ΔT_R)/(A_R · Δt_R) = (m_T · c_p · ΔT_T)/(A_T · Δt_T)
Δt_T = (m_T · A_R · Δt_R)/(A_T · m_R)
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.
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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