Нагревание и охлаждение
Нагрев и охлаждение являются основными термическими этапами технологического процесса. Они служат для целенаправленного изменения температуры сыпучих материалов, жидкостей или паст с целью достижения определенных качеств продукта, стабильности хранения или условий реакции. В смесителях amixon® теплопередача может происходить при нагревании (например, сушка, реакция) или охлаждении (например, стабилизация продукта, уплотнение агломератов).
Количество поступающего или отводимого тепла описывается теплоемкостью. Простое базовое уравнение для нагрева или охлаждения тела:
Q = m · c_p · (T_2 − T_1)
- Q: Количество тепла [Дж]
- m: Масса [кг]
- c_p: удельная теплоемкость [Дж/(кг·К)]
- T₁: начальная температура [°C или K]
- T₂: конечная температура [°C или K]
В непрерывных процессах используются тепловые потоки. Для стационарных состояний можно записать:
Q_(dot) = m_(dot) · c_p · (T_(out) − T_(in))
- Q_(dot): тепловая мощность [Вт]
- m_(dot): массовый расход [кг/с]
- T_(in): температура на входе
- T_(out): температура на выходе
Техническая реализация нагрева и охлаждения осуществляется с помощью теплообменных поверхностей. Типичными примерами являются двухстенные емкости, кожухонагреватели, внутренние нагревательные или охладительные регистры или терморегулируемые инструменты. Простой баланс теплопередачи выглядит следующим образом:
Q_(dot) = U · A · (T_(medium) − T_(Produkt_mittel))
- U: общий коэффициент теплопередачи [Вт/(м²·К)]
- A: эффективная площадь теплообмена [м²]
- T_(medium): температура теплоносителя или хладагента
T_(средняя температура продукта): средняя температура продукта
В смесителях движение продукта сильно влияет на теплообмен. Интенсивное трехмерное смешивание уменьшает температурные градиенты и обеспечивает равномерное распределение температуры продукта. Одновременно с этим увеличивается конвективная часть теплообмена на стенке. Таким образом, сыпучие материалы, пасты или суспензионные системы можно эффективно и бережно нагревать или охлаждать.
Для продуктов, чувствительных к температуре, важно контролировать температуру. К ним относятся:
- умеренные различия в температуре между средой и продуктом
- короткое время выдержки при критических температурах
- равномерное распределение тепловой энергии в партии
Смесители amixon® могут быть оснащены нагреваемыми или охлаждаемыми стенками смесительной камеры и, при необходимости, инструментами с регулируемой температурой. Таким образом, нагрев или охлаждение можно легко совместить с процессом смешивания. Это позволяет сократить количество этапов процесса, снизить потери энергии и обеспечить воспроизводимые температурные профили во всем объеме продукта.