Ogrzewanie i chłodzenie
Podgrzewanie i chłodzenie to podstawowe etapy procesów termicznych w inżynierii procesowej. Służą one do celowej zmiany temperatury materiałów sypkich, cieczy lub past w celu uzyskania określonych właściwości produktu, stabilności przechowywania lub warunków reakcji. W mieszalnikach amixon® wymiana ciepła może odbywać się podczas ogrzewania (np. suszenie, reakcja) lub chłodzenia (np. stabilizacja produktu, utwardzanie aglomeratów).
Ilość dostarczonego lub odprowadzonego ciepła opisuje się za pomocą pojemności cieplnej. Proste równanie podstawowe dotyczące ogrzewania lub chłodzenia ciała wygląda następująco:
Q = m · c_p · (T_2 − T_1)
- Q: Ilość ciepła [J]
- m: Masa [kg]
- c_p: pojemność cieplna właściwa [J/(kg·K)]
- T₁: temperatura początkowa [°C lub K]
- T₂: temperatura końcowa [°C lub K]
W procesach ciągłych wykorzystuje się strumienie ciepła. Dla stanów stacjonarnych można zapisać:
Q_(dot) = m_(dot) · c_p · (T_(out) − T_(in))
- Q_(dot): moc cieplna [W]
- m_(dot): przepływ masowy [kg/s]
- T_(in): temperatura wejściowa
- T_(out): temperatura na wylocie
Techniczna realizacja procesu ogrzewania i chłodzenia odbywa się za pomocą powierzchni wymiany ciepła. Typowymi przykładami są zbiorniki dwuścienne, ogrzewanie płaszcza, wewnętrzne rejestry grzewcze lub chłodzące lub narzędzia temperaturowe. Prosty bilans wymiany ciepła wygląda następująco:
Q_(dot) = U · A · (T_(medium) − T_(Produkt_mittel))
- U: całkowity współczynnik przenikania ciepła [W/(m²·K)]
- A: efektywna powierzchnia wymiany ciepła [m²]
- T_(medium): temperatura czynnika grzewczego lub chłodzącego
T_(średnia temperatura produktu): średnia temperatura produktu
W mieszalnikach ruch produktu ma duży wpływ na wymianę ciepła. Intensywne, trójwymiarowe mieszanie zmniejsza gradienty temperatury i zapewnia równomierny rozkład temperatury produktu. Jednocześnie zwiększa konwekcyjną część wymiany ciepła na ściance. Dzięki temu można efektywnie i delikatnie podgrzewać lub schładzać produkty sypkie, pasty lub zawiesiny.
W przypadku produktów wrażliwych na temperaturę ważne jest kontrolowanie temperatury. Należą do nich:
- umiarkowane różnice temperatur między medium a produktem
- krótki czas przebywania w krytycznych temperaturach
- równomierny rozkład ciepła w partii
Mieszalniki amixon® mogą być wyposażone w ogrzewane lub chłodzone ścianki komory mieszania oraz, w razie potrzeby, w narzędzia z regulacją temperatury. Dzięki temu ogrzewanie lub chłodzenie można elegancko połączyć z procesem mieszania. Pozwala to zaoszczędzić etapy procesu, zmniejszyć straty energii i zapewnić powtarzalne profile temperatury w całej objętości produktu.