極低温冷却
極低温冷却は、主に液体窒素（−196 °C）を使用して、極低温を利用します。機械製造では、金属製の工作物を分解可能なプレス複合体に組み込む場合にこの技術が使用されます。これにより、シャフトとハブの接続部や精密な差し込み接続部を、公差なく接合または分解することができます。この技術は、工作機械部品の組み立てにも使用されています。
プロセス技術においても、極低温冷却は重要な役割を果たしています。
- この技術は、粉末混合物の粒子が液体脂肪でコーティングされている場合に使用されます。次のステップでは、ミキサー内で粉末が極低温冷却され、流動性が回復します。
- 極低温冷却は、粉末、懸濁液、ペーストを極低温状態で処理する必要がある場合にも使用されます。医薬品有効成分、バイオテクノロジー発酵製品、食品原料は、その構造と活性を維持するために、ショック冷凍されることがあります。こうして生成された極低温の「粉末/顆粒」は、その後、混合、圧縮、または凍結乾燥することができます。
どちらの場合も、amixon® の混合技術を利用すると有利です。穏やかな混合により、投入されるエネルギーは最小限に抑えられます。
このような極低温状態での混合プロセスを再現性高く行うためには、ミキサーの製品と接触する部分も、適宜予冷する必要があります。冷却は、通常、混合室に液体窒素を噴霧することで行われます。これにより、窒素は瞬時に蒸発し、装置から大量の熱を奪います。その結果、短時間で所望の処理温度に到達します。
エネルギー効率とコスト削減の観点から、ミキサー/反応器の高品質な断熱は極めて重要です。amixon® プロセス装置は、極低温処理プロセスを確実、穏やかに、経済的に実行するように設計されています。これらの装置は長寿命です。 典型的なバッチサイズは、製品や業界によって 200 リットルから 3000 リットルです。
1 kg のステンレス鋼 (1.4404) を +20°C から -60°C まで冷却する場合の液体窒素の量を概算で計算します。
ステンレス鋼 1.4404 の比熱容量は約 0.5 kJ/kg·K です。プレートを冷却するために必要なエネルギー Q は、以下の式で計算できます。
Q = m × c × ΔT
ここで
- Q は必要なエネルギー
- m はプレートの質量（1 kg）
- c は比熱容量（0.5 kJ/kg・K）
- ΔT は温度差（+20°C から -60°C、つまり 80 K）
Q = 1 kg × 0.5 kJ/kg・K × 80 K = 40 kJ
次に、このエネルギーを吸収するために必要な液体窒素の量を計算する必要があります。液体窒素の潜熱は約 199 kJ/kg です。
必要な液体窒素の質量は、次のように計算できます。
m = Q / L
ここで
- m は液体窒素の質量、
- Q は必要なエネルギー（40 kJ）、
- L は液体窒素の潜熱（199 kJ/kg）です。
理想的な条件の場合、必要な液体窒素の量は次のようになります。
m = 40 kJ / 199 kJ/kg ≈ 0.201 kg
この値は、損失やプロセスに影響を与えるその他の要因が考慮されていないため、あくまで概算です。また、この計算は、窒素が完全に蒸発し、気体状の窒素がさらに加熱されることなく、全潜熱を吸収することを前提としています。