Riscaldamento e raffreddamento
Il riscaldamento e il raffreddamento sono fasi fondamentali dei processi termici nell'ingegneria dei processi. Servono a modificare in modo mirato la temperatura di materiali sfusi, liquidi o paste per ottenere determinate qualità del prodotto, stabilità di stoccaggio o condizioni di reazione. Nei miscelatori amixon® il trasferimento di calore può avvenire durante il riscaldamento (ad es. essiccazione, reazione) o durante il raffreddamento (ad es. stabilizzazione del prodotto, consolidamento degli agglomerati).
La quantità di calore immessa o dissipata è descritta dalla capacità termica. Una semplice equazione di base per il riscaldamento o il raffreddamento di un corpo è:
Q = m · c_p · (T_2 − T_1)
- Q: quantità di calore [J]
- m: Massa [kg]
- c_p: capacità termica specifica [J/(kg·K)]
- T₁: temperatura iniziale [°C o K]
- T₂: temperatura finale [°C o K]
Nei processi continui si lavora con flussi di calore. Per gli stati stazionari si può scrivere:
Q_(dot) = m_(dot) · c_p · (T_(out) − T_(in))
- Q_(dot): potenza termica [W]
- m_(dot): flusso di massa [kg/s]
- T_(in): temperatura di ingresso
- T_(out): temperatura di uscita
Il riscaldamento e il raffreddamento vengono realizzati tecnicamente tramite superfici di scambio termico. Esempi tipici sono i contenitori a doppia parete, i riscaldatori a camicia, i registri di riscaldamento o raffreddamento interni o gli utensili temperati. Un semplice bilancio di scambio termico è il seguente:
Q_(dot) = U · A · (T_(medium) − T_(Produkt_mittel))
- U: coefficiente di trasferimento termico totale [W/(m²·K)]
- A: superficie effettiva di trasferimento termico [m²]
- T_(medium): temperatura del mezzo di riscaldamento o raffreddamento
T_(media del prodotto): temperatura media del prodotto
Nei miscelatori, il movimento del prodotto influenza notevolmente il trasferimento di calore. Una miscelazione intensiva e tridimensionale riduce i gradienti di temperatura e genera una distribuzione uniforme della temperatura del prodotto. Allo stesso tempo, aumenta la percentuale convettiva del trasferimento di calore sulla parete. In questo modo è possibile riscaldare o raffreddare in modo efficiente e delicato materiali sfusi, paste o sistemi in sospensione.
Per i prodotti sensibili alla temperatura è importante un controllo accurato della temperatura. Tra questi figurano:
- Differenze di temperatura moderate tra il mezzo e il prodotto
- brevi tempi di permanenza a temperature critiche
- Distribuzione uniforme del calore nel batch
I miscelatori amixon® possono essere dotati di pareti della camera di miscelazione riscaldabili o raffreddabili e, se necessario, di utensili termoregolabili. In questo modo è possibile combinare elegantemente il riscaldamento o il raffreddamento con il processo di miscelazione. Ciò consente di risparmiare fasi di processo, ridurre le perdite di energia e garantire profili di temperatura riproducibili nell'intero volume del prodotto.