Przy mieszaniu reaktywnych układów proszkowych precyzyjne zarządzanie termiczne jest decydujące dla sterowania kinetyką reakcji, jakością produktu i bezpieczeństwem procesu. Zależnie od reaktywności układu, wielkości wsadu i pożądanego profilu temperatury dostępne są różne techniczne warianty ogrzewania i chłodzenia.

Układy z płaszczem podwójnym (ogrzewanie i chłodzenie pośrednie)

Najczęstszą metodą jest zastosowanie zbiorników mieszalnika o podwójnej ściance, przez których płaszcz krąży nośnik ciepła.

Typowymi czynnikami są:

• woda dla umiarkowanych zakresów temperatury
• olej termalny dla wysokich temperatur procesu
• solanka lub mieszaniny glikolu z wodą do chłodzenia poniżej 0 °C
• para do szybkiego nagrzewania, na przykład przy krokach suszenia lub sterylizacji

Dzięki temu można zarówno niezawodnie odprowadzać egzotermiczne ciepło reakcji, jak i celowo podgrzewać komponenty proszkowe, na przykład w celu sterowania lepkością albo aktywacji reakcji w fazie stałej.

Termostatowane mieszadła i wewnętrzne powierzchnie wymiany ciepła

Ponieważ wymiana ciepła przez ściankę zbiornika jest przy dużych objętościach ograniczona, wały mieszadeł i mieszadła mogą być wykonane jako wydrążone i przepływane czynnikiem termostatującym.

Dodatkowo możliwe są:

• wewnętrzne rury lub płyty wymiennika ciepła
• termostatowane obszary dna dla uniknięcia kondensacji

Zaleta tego rozwiązania leży w bezpośredniej wymianie ciepła w rdzeniu produktu. Poprawia to jednorodność termiczną, skraca czasy procesu i pozwala na odprowadzanie lub wprowadzanie dużych ilości ciepła przy dużej szybkości wymieszania.

Bezpośrednie ogrzewanie elektryczne

Dla wyjątkowo wysokich temperatur stosowane są elektryczne opaski grzejne lub maty grzejne. Tak zwane grzanie towarzyszące niskoprądowe stosowane jest również wtedy, gdy silosy lub rurociągi muszą być utrzymywane w cieple.

Rozwiązanie to jest w porównaniu proste, tanie i nadaje się do zastosowań o ograniczonym zapotrzebowaniu na ciepło.

Przedmuch gazem i termostatowanie gazem

Termostatowane strumienie gazu prowadzone są przez komorę mieszania i przenoszą ciepło bezpośrednio na poruszany materiał. Wstępnie podgrzane lub schłodzone gazy obojętne, takie jak azot, spełniają przy tym dwa zadania jednocześnie: ustawiają pożądany poziom temperatury i utrzymują niską zawartość tlenu, co przy pyłach reaktywnych lub wybuchowych ma znaczenie dla bezpieczeństwa. Przejmowanie ciepła jest mniejsze niż w metodach związanych z powierzchnią, działa jednak bezpośrednio na powierzchnię cząstek i daje się szybko regulować. Dlatego termostatowanie gazem stosowane jest często uzupełniająco do termostatowania płaszczem podwójnym lub narzędziami, na przykład do odprowadzania szczytów reakcji albo do jednoczesnego usuwania wilgoci.

Chłodzenie przez odparowanie wspierane próżnią

Jeżeli w układzie występuje wilgoć lub rozpuszczalnik, przez przyłożenie próżni można obniżyć temperaturę wrzenia fazy ciekłej.

Efekt

Odparowanie fazy ciekłej odbiera mieszaninie ciepło (entalpia parowania). Powstaje efektywne, łagodne chłodzenie, które nadaje się do produktów wrażliwych na temperaturę. Ta forma chłodzenia przez odparowanie może być jednocześnie wykorzystana do suszenia i do nastawienia zawartości wilgoci resztkowej.

Chłodzenie kriogeniczne

Przy silnie egzotermicznych procesach lub bardzo niskich temperaturach procesu stosowane jest bezpośrednie wprowadzanie czynników kriogenicznych, takich jak ciekły azot (LN₂) albo CO₂, do komory mieszania.

Właściwości:

• bardzo szybkie chłodzenie szokowe dzięki entalpii parowania
• możliwość jednoczesnego utrzymania układu w stanie obojętnym i tym samym zwiększenia bezpieczeństwa przeciwwybuchowego przy pyłach reaktywnych

Metoda ta nadaje się w szczególności do procesów mielenia i mieszania oraz do układów o dużej zdolności wydzielania ciepła.

Ogrzewanie promieniowaniem

Rzadziej ciepło wprowadzane jest przez promienniki podczerwieni skierowane na powierzchnię poruszanego materiału. Energia działa bezstykowo i bez termicznego nośnika, osiąga jednak tylko najwyższą warstwę cząstek; wystarczające przetłaczanie jest dlatego warunkiem. Metodę stosuje się przede wszystkim przy cienkich warstwach, przy wrażliwych reakcjach powierzchniowych i tam, gdzie należy uniknąć obiegu nośnika ciepła.

Ważne kryteria wyboru dla projektowania procesu

Wybór odpowiedniego wariantu ogrzewania i chłodzenia – często również połączenia kilku metod – zależy w szczególności od:

• entalpii reakcji i energii aktywacji układu
• wymaganej szybkości nagrzewania lub chłodzenia
• właściwej pojemności cieplnej i przewodności cieplnej materiału sypkiego
• wrażliwości surowców na temperaturę i pożądanego okna temperaturowego
• wymagań bezpieczeństwa (na przykład ATEX, unikanie ucieczki termicznej)
• wielkości wsadu, geometrii i dostępnych powierzchni wymiany ciepła
• względów ekonomicznych i związanych z efektywnością energetyczną