При смешивании реактивных порошковых систем решающее значение имеет точное управление температурой, чтобы контролировать кинетику реакции, качество продукта и безопасность процесса. В зависимости от реактивности системы, размера загрузки и желаемого температурного профиля доступны различные технические варианты нагрева и охлаждения.

Системы с двойной рубашкой (косвенный нагрев/охлаждение)

Самый распространённый метод — применение двустенных смесительных ёмкостей, через рубашку которых циркулирует теплоноситель.

Типичными средами являются:

• вода для умеренных диапазонов температур,
• термомасло для высоких технологических температур,
• рассол или смеси гликоль-вода для охлаждения ниже 0 °C,
• пар для быстрого нагрева, например на этапах сушки или стерилизации.

Так можно как надёжно отводить экзотермическую теплоту реакции, так и целенаправленно предварительно нагревать порошковые компоненты, например для управления вязкостью или активации реакций твёрдых веществ.

Термостатируемые мешалки и внутренние поверхности теплопередачи

Поскольку теплопередача через стенку ёмкости при больших объёмах ограничена, валы и инструменты мешалки можно выполнить полыми и пропускать через них теплоноситель.

Дополнительно возможны:

• внутренние теплообменные трубы или пластины,
• термостатируемые донные зоны для предотвращения конденсации.

Преимущество этого решения заключается в прямой теплопередаче в ядре продукта. Это улучшает термическую однородность, сокращает время процесса и позволяет отводить или вносить большие количества тепла при высокой скорости перемешивания.

Прямой электрический нагрев

Для чрезвычайно высоких температур применяются электрические нагревательные манжеты или нагревательные маты. Так называемые низковольтные обогревающие спутники применяются также тогда, когда силосы или трубопроводы нужно поддерживать тёплыми.

Это решение сравнительно простое, недорогое и подходит для применений с ограниченной потребностью в тепле.

Продувка газом и термостатирование газа

Термостатируемые газовые потоки направляются через смесительную камеру и передают тепло непосредственно движущемуся сыпучему материалу. Предварительно нагретые или охлаждённые инертные газы, такие как азот, выполняют при этом две задачи одновременно: устанавливают желаемый уровень температуры и удерживают низкое содержание кислорода, что важно для безопасности при реактивных или взрывоопасных пылях. Теплопередача при этом меньше, чем у методов, связанных с поверхностью, зато она действует непосредственно на поверхность частиц и быстро регулируется. Поэтому термостатирование газа часто применяется дополнительно к термостатированию через двойную рубашку или инструмент, например для отвода пиков реакции или одновременного удаления влаги.

Вакуумная выпарная охлаждение

Если в системе присутствуют влага или растворитель, наложением вакуума можно понизить точку кипения жидкой фазы.

Эффект

Испарение жидкой фазы отбирает тепло у смешиваемого материала (энтальпия испарения). Возникает эффективное щадящее охлаждение, подходящее для термочувствительных продуктов. Эта форма выпарного охлаждения может одновременно использоваться для сушки и настройки содержания остаточной влаги.

Криогенное охлаждение

Для сильно экзотермических процессов или очень низких технологических температур применяется прямая подача криогенных сред, таких как жидкий азот (LN₂) или CO₂, в смесительную камеру.

Свойства:

• очень быстрое шоковое охлаждение за счёт энтальпии испарения,
• возможность одновременно удерживать систему инертной и тем самым повышать взрывобезопасность при реактивных пылях.

Этот метод особенно подходит для процессов помола-смешивания и для систем с высокой способностью к выделению тепла.

Радиационный нагрев

Реже тепло вносится через инфракрасные излучатели, направленные на поверхность движущегося сыпучего материала. Энергия действует бесконтактно и без термического теплоносителя, но достигает только верхнего слоя частиц; поэтому предпосылкой является достаточное перемешивание. Метод применяется прежде всего при тонких слоях, при чувствительных поверхностных реакциях и там, где следует избегать контура теплоносителя.

Важные критерии выбора для расчёта процесса

Выбор подходящего варианта нагрева и охлаждения — часто также сочетания нескольких методов — зависит прежде всего от:

• энтальпии реакции и энергии активации системы,
• требуемой скорости нагрева или охлаждения,
• удельной теплоёмкости и теплопроводности сыпучего материала,
• температурной чувствительности сырья и желаемого температурного окна,
• требований безопасности (например, ATEX, предотвращение теплового разгона),
• размера загрузки, геометрии и доступных поверхностей теплопередачи,
• экономических аспектов и аспектов энергоэффективности.