amixon® ayuda a dimensionar grandes sistemas de secado mixto al vacío
Los secadores mezcladores al vacío y los reactores de síntesis de amixon® se utilizan para casi todo tipo de materiales a granel y suspensiones. Debido a las grandes superficies específicas de transferencia de calor, los aparatos amixon® también se utilizan como evaporadores.
Los secadores al vacío compactos amixon® se caracterizan por las siguientes propiedades
- excelente eficiencia energética
- movimiento muy suave del producto
- gran superficie específica de intercambio de calor
- velocidad de secado muy elevada
- calidad de mezcla ideal
- diseño especialmente higiénico
- Los aparatos amixon® también se utilizan como reactores estériles en las industrias bioquímica y farmacéutica.
¿Cómo puede ayudar amixon® a transferir los resultados de laboratorio a escala técnica?
Cuando se desarrollan nuevos productos o procesos, deben analizarse paralelamente las cuestiones de aplicación técnica. Pasar de un tubo de ensayo a una planta industrial no es trivial.
La planta piloto se utiliza para definir los parámetros del proceso que conducen a resultados igual de buenos que los obtenidos anteriormente por los investigadores en el tubo de ensayo.
amixon® es fabricante de sistemas de ingeniería de procesos y dispone de sus propias plantas piloto. Los sistemas funcionan perfectamente. Están dimensionados de tal manera que pueden utilizarse para diseñar plantas industriales a gran escala.
Prácticamente todos los procesos de mezcla/refinado y secado al vacío de materiales a granel pueden demostrarse con amixon® en el centro técnico. La presión en la cámara de mezcla puede variar entre 5 mbar y 26 bar (presión absoluta). La temperatura puede variar de bajo cero a 350 °C.
Esto permite a los clientes averiguar rápidamente lo bien y rápido que funciona una reacción de síntesis o un proceso de secado al vacío con su producto.
¿Cómo se extrapola de una planta piloto a una planta a gran escala?
Las dificultades surgen cuando la planta industrial que se va a instalar es 100 veces mayor que la máquina de proceso del centro técnico. Para las cuestiones termocinéticas, los análisis de similitud geométrica fallan. La experiencia práctica en la aplicación de cálculos termodinámicos ayuda en este caso.
amixon® ayuda con la extrapolación a máquinas de proceso que son muchas veces mayores que la planta de prueba. La precisión de nuestros métodos de cálculo ha sido demostrada una y otra vez por amixon®. Es decir, siempre que el sistema a gran escala en el entorno industrial alcance o supere el rendimiento calculado.
amixon® se complace en invitar a clientes de cerca y de lejos a participar en las pruebas y les promete de antemano muy buenos resultados. Podemos hacerlo gracias a décadas de experiencia.
Las pruebas de secado en el centro técnico de amixon® están siempre orientadas a los objetivos y proporcionan una gran ganancia de conocimientos. amixon® protege la información que comparte con usted frente a terceros. Esto significa que el intercambio de información siempre es confidencial.
Las pruebas de secado difieren de las pruebas de mezcla clásicas. El tiempo de proceso es considerablemente más largo. En el centro técnico de amixon® se registran muchos datos durante el proceso de secado. Esto está automatizado en gran medida.
Esto deja tiempo suficiente para discutir detalles constructivos. Siempre debe realizarse una visita detallada de la fábrica. Algunos clientes aprovechan el tiempo para realizar ensayos de mezcla para el proceso posterior. Otros aprovechan el tiempo para realizar pruebas de aglomeración.
¿Cómo puede calcularse el flujo de polvos en una mezcladora vertical amixon®?
Los mezcladores amixon® mezclan tridimensionalmente y producen calidades de mezcla ideales que no pueden mejorarse en la práctica. Esto se consigue gracias a que la espiral mezcladora transporta la mezcla hacia arriba sin ningún espacio muerto y permite que la mezcla fluya hacia abajo por gravedad. La corriente del productoIv puede describirse aproximadamente como sigue.
Iv: Capacidad de transporte de una espiral mezcladora vertical
φ: es el nivel de llenado
S: el paso de la hélice
n: es la frecuencia de rotación
ζ : es el coeficiente de velocidad
En este sentido, la capacidad específica de mezcla de las mezcladoras amixon® es siempre la misma, independientemente del tamaño, siempre que las relaciones geométricas sean congruentes.
amixon® dispone de varios reactores de síntesis/secadores de mezcla al vacío en Paderborn. Algunos tienen una cámara de mezcla cónica. Algunos tienen el fondo plano.
Mezclador de tornillo sin fin.
centro técnico amixon®.
¿Existen características especiales de los procesos que tienen lugar a altas temperaturas y altas presiones?
En el centro técnico de amixon® también se pueden realizar pruebas en condiciones de proceso extremas:
- Presión del sistema en la cámara de proceso de hasta 25 bares de sobrepresión: La transferencia de calor se ve influida por el mayor grosor de las paredes del recipiente. Por otro lado, las temperaturas de la cámara de proceso pueden modificarse con extrema rapidez cambiando la presión del sistema. Si se aumenta la presión del sistema en la cámara de proceso, pueden favorecerse, por ejemplo, las reacciones gas-sólido. Por ejemplo, los procesos de difusión ....
- Calentamiento hasta 350°C: Las juntas de polímero convencionales fallan cuando las temperaturas superan permanentemente los 240 °C. En ese caso, sólo pueden utilizarse sistemas de sellado metálicos o juntas de grafito.
- Vacío fino de 1 mbar absoluto: Una presión absoluta de este tipo requiere que el aparato y todos los conductos de conexión comunicantes sean extremadamente estancos. Esto se aplica en particular al sellado del eje agitador.
¿Cómo puede visualizarse el proceso de secado mixto al vacío?
El proceso de secado de un procedimiento de prueba puede representarse en forma de diagrama, como se muestra aquí. El tiempo se representa en las abscisas. En el eje de ordenadas se representan diversas magnitudes físicas:
- La presión del sistema en la cámara de proceso,
- la masa del líquido desecado,
- la temperatura de la masa a secar y
- las temperaturas del fluido caloportador en la ida y en el retorno.
El secador mixto de vacío suele llenarse con el volumen máximo del lote antes de iniciar el proceso de secado. Por regla general, el volumen de la mezcla disminuye a medida que avanza el secado.
En raras ocasiones, el volumen de llenado permanece constante, aunque la mezcla se vuelve más seca y ligera. En casos excepcionales muy raros, puede incluso producirse un aumento de volumen durante el secado. Este aumento de volumen debe tenerse en cuenta, ya que las mezcladoras/secadoras no deben llenarse en exceso.
Vista desde arriba de un reactor amixon® de 20 m³
¿Cómo cambia la superficie de transferencia de calor a medida que disminuye el nivel de llenado?
La superficie de intercambio de calor del secador al vacío cambia con el nivel de llenado. En este caso, la cámara de mezcla consiste en un cono con un cilindro adosado. En la siguiente derivación, la superficie de transferencia de calor se calcula para el caso de que el volumen de llenado sea menor que la parte cónica del secador mezclador. En primer lugar, se calcula la altura de llenado hFK en el cono:
La superficie de transferencia de calor en el conoAF es sólo la superficie que está en contacto con la mezcla.
Si el nivel de llenado en el secador de mezcla cambia durante el proceso de secado, la superficie de contacto de la herramienta de mezcla templada también cambia. Esta situación no puede describirse como una función cerrada. amixon® mide la superficie de intercambio térmico del molde de mezcla en el sistema CAD para diferentes niveles de llenado. Los datos se tabulan e interpolan.
¿Cuál es la demanda de calor si el secador mixto de vacío es considerablemente mayor que el sistema de ensayo?
A continuación se presentan dos índices: "R" (referencia) para la planta piloto y "T" (objetivo) para la planta industrial. El tiempo de secado es el tiempo transcurrido desde el inicio de la evaporación hasta el final de la misma. Se suponen las siguientes condiciones idealizadas:
- Las condiciones del proceso en el probador son idénticas a las del aparato grande.
- La vaporización se produce a temperatura constante.
- La vaporización tiene lugar a una presión constante del sistema.
- El coeficiente de transferencia de calor es el mismo en ambos aparatos.
- La diferencia de temperatura media entre el medio calefactor y la mezcla es la misma.
El flujo de calor QR del sistema de ensayo puede determinarse a partir de la entalpía de vaporización hv a la presión de saturaciónps. De este modo, el flujo de calor a través de la superficie de contacto calentadaAT del secador grande puede calcularse del siguiente modo.
¿Cuánto dura el proceso de secado en la planta a gran escala?
Suponiendo que la densidad RO del producto húmedo en la planta de referencia y en la planta a gran escala es la misma, se puede calcular la masa del producto en la planta a gran escala si se conoce el nivel de llenado PHI.
La masa mT a vaporizar en la instalación a gran escala se encuentra en los niveles de humedad fT1 al final y fT2 al principio del secado.
El tiempo de secado en el sistema a gran escala es entonces
¿De qué tamaño debe ser el sistema de calefacción de la secadora grande?
El siguiente diagrama muestra los puntos de consumo individuales. Cada consumidor debe recibir un suministro suficiente de la energía térmica extrapolada. El factor de diseño S se utiliza para calcular el flujo de calor en el sistema de calefacción. Se basa en el flujo de calor Qvap necesario para la vaporización.
El flujo másico del medio de transferencia de calor Qvap resulta de la capacidad calorífica específica cp, la temperatura de entrada del medio de transferencia de calor T1,heat y la temperatura de salida del medio de transferencia de calor T2,heat. El fluido térmico debe distribuirse de forma que todos los consumidores reciban el suministro adecuado. Esto significa que todas las zonas de la cámara de proceso deben calentarse uniformemente. Debe evitarse la condensación. Los productos húmedos deben calentarse en la misma medida en que se disipa la energía del vapor. La temperatura de la mezcla corresponde a la temperatura de vaporización del vacío aplicado.
reactor experimental amixon Material 2.4605 (aleación 59).
Filtro de vapor de diseño farmacéutico. 4 cartuchos filtrantes metálicos. Instalación lateral.
¿Qué tamaño debe tener el filtro de vapor del secador grande?
Estimación de la superficie filtrante necesaria en función de la carga filtrante admisible fs
Con el caudal volumétrico dV/dt, el caudal másico dm/dt y la densidad ro del vapor.
La velocidad del gas bruto cargado de polvo v es
La carga superficial del filtro fs se define en la unidad [m³/h/m²].
¿Qué tamaño debe tener el condensador de la secadora grande?
El vapor vaporizado se limpia en el filtro de vapor y se licua en el condensador. El flujo de calor Qkond debe disiparse. Para ello se utiliza la superficie de condensación refrigerada Akond.
El caudal másico del medio refrigerante mcool se calcula teniendo en cuenta el coeficiente de transferencia de calor y la diferencia de temperatura media:
Para determinar el valor K, hay que tener en cuenta el diseño del condensador y el factor de ensuciamiento previsto.
Ejemplar: Condensador de haz tubular K. Ley GmbH & Co. KG
Una línea recta idealiza el caudal másico del condensado
¿Qué se pretende cuando el caudal másico medido del condensado se promedia mediante una línea recta? Esta aproximación aproximada permite la comparación con un intercambiador de calor de flujo paralelo de funcionamiento continuo. Los efectos de la modificación de los parámetros del proceso pueden calcularse con una aproximación muy buena.
Esto corresponde a la primera fase de secado tras el calentamiento del producto.
¿Cuánto dura el proceso de secado en el sistema a gran escala si se modifica la temperatura del fluido térmico?
.... si el sistema de secado funciona con un medio de transferencia de calor más caliente o más frío. Esta consideración es análoga al funcionamiento de un intercambiador de calor de flujo paralelo:
T2,heat sólo puede iterarse numéricamente.
Esto permite aproximar una curva interesante. Permite estimar los tiempos de secado a diferentes temperaturas del medio de transferencia de calor.
¿Por qué se tarda más en enfriar la pólvora seca que en calentar la húmeda?
Al estimar el tiempo de enfriamiento DELTA tT, se supone que prevalecen las mismas condiciones en la instalación de ensayo y en el secadero grande. Esto se aplica tanto al coeficiente de transferencia de calor como a la diferencia media de temperatura entre el medio de transferencia de calor y la temperatura del producto.
En la planta a gran escala, el producto se enfriará a la misma temperatura final a la que se probó en la planta piloto.
¿Qué llama la atención del enfriamiento de la mezcla en este diagrama?
A continuación se muestra un proceso de enfriamiento típico. El enfriamiento del polvo seco lleva más tiempo que el calentamiento del polvo húmedo. Esto tiene dos explicaciones:
- Un líquido conduce el calor mucho mejor que la mayoría de los sólidos.
- La película líquida que rodea a una partícula húmeda puede humedecer la pared de transferencia de calor. Esto favorece la transferencia de calor. En cambio, una partícula seca sólo toca la superficie atemperada en determinados puntos.
En este caso, el secador se calentó con una diferencia de temperatura muy elevada. El aceite térmico estaba caliente a unos 120°C al principio. En este caso, primero debe enfriarse todo el depósito de aceite térmico en el flujo del sistema. Como resultado, el polvo seco se enfría con una histéresis pronunciada.
Si se utilizara agua como medio de transferencia de calor, el proceso de enfriamiento se aceleraría.
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