アミクソン・ドライヤーとリアクターにおける有価物を含む液体の蒸発と濃縮

沸騰して蒸発する液体

SinConvex®（シン・コンベックス）ミキシングツール

液体からの有価物の分離

多くの場合、残った固体は蒸発と真空乾燥によって分離したい貴重な物質である。時にはその逆もある：気化媒体は貴重な物質となり、冷却によって液体に凝縮される。

原則として、真空混合乾燥機での熱乾燥は、乾燥する材料があらかじめ機械的に除湿されている場合にのみ、経済的に実行可能である。機械的除湿には、例えば、ろ過ナットシェ、チャンバー型フィルタープレス、真空メンブレンフィルター、遠心分離機などが使用される。液体の中には、溶液と懸濁液の両方の性質を持つものがある。機械的に除湿することはできず、蒸発によって濃くする必要がある。

ヴェポライザーのスターラーが問題を起こすことがある

不連続蒸発器は加熱可能な真空密閉容器である。オプションでヒーター付き器具を追加することもできる。より効果的に熱を供給するため、液体攪拌 機が設置されている。このような液体攪拌機は、物質と熱の交換を改善する。しかし、液体の粘度が高くなるにつれて、混合効率は低下する。場合によっては、液体は粘性や粘着性を帯びたり、チューインガムや湿った砂のような流動性を帯びることもある。これは液体攪拌 機をブロックし、損傷させる可能性がある。amixon®は、このような流動性の悪い分散液を撹拌・混合するための特殊なSinConvex®およびSinConcave® Helixミキシングツールを開発しました。

amixon®の真空ミキシング・ドライヤーは、粘塑性懸濁液/液体の混合、気化、増粘、乾燥も可能です。

amixon® Helix ミキシングツールは、効率的な熱交換のために大きな表面積で加熱することも可能です。

気化器ボイラー内の液体用攪拌機

円筒形アミクソン真空ミキサー乾燥機/蒸発器、使用可能容積10 m³の場合

コストメリットがある：1台のamixon®装置で3つのプロセス

有毒 物質や高価な物質の処理には、物質がシステムから漏れないようにする封じ込めソリューションが必要である。このようなシステムは小型でコンパクトであればあるほど良い。また、できるだけ多くの工程を1つのシステムで実施できると有利である。このような多目的システムは、例えば湿潤時に腐食性の高い物質の場合にも有利である。 腐食性または 研磨性濡れるとどちらの場合も、閉鎖的でコンパクトなシステムで、できるだけ多くの工程を実施することが目的である。

それなら、蒸発と乾燥の両方に真空ミキサー乾燥機を使うのは理にかなっている。蒸発プロセスを経済的に運転するためには、蒸気圧の値が必要である。これらは温度と濃度曲線に依存する。

蒸気圧の測定

塩と微細に分散した固体を含む複合液体の蒸気圧を以下に示す。このプロセスの目的は、複雑な懸濁液／溶液に含まれる固形成分と液体成分を分離することである。コンポーネントは以下の通り：水、酢酸鉄、塩化カルシウム、過マンガン酸カルシウム、クロム、炭酸ナトリウム、塩化ナトリウム、フッ化ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、二酸化ケイ素、金属石鹸、...

アイソテニスコープ法

蒸気圧を測定する自動化システムは、今日すでに利用可能かもしれない。とはいえ、実験的なセットアップを見るのは興味深い。ここで蒸気圧は等天秤容器を使って測定される。この試験セットアップにより、絶対圧がわずか数mbarでも蒸気圧を正確に測定することができる。

分析される液体/懸濁液は、サイフォンとサンプル容器内に配置される。液体はバリア媒体の役割を果たす。サイフォンと容器の両方が温度調節容器内にあり、容易に見ることができる。バルブ(a)と(b)は、サイフォン内の2つのミニシンクが同じレベルになるように真空度を調整するために使用される。このようにして設定されたシステム圧力は、それぞれの液体の蒸気圧である。サスペンションの温度が変化すると数値が変化する。懸濁液の濃度が変わると値も変わる。

1)ウォータージェットポンプ、2)ウルフボトル、3)スロットルバルブa、4)スロットルバルブb、5)圧力計、6)サイフォンチューブ、7)試料容器、8)チューブクーラー、9)温度計、10)水浴温度調節器

蒸発試験の測定値

蒸留水と懸濁液の比較

それぞれの測定値は、圧力計1と2の校正によって決定される。真空ポンプの上流には、真空を安定させるためのウルフボトルが設置されている。アイソテニスコープ容器上部の冷却コイルは、シール媒体の再凝縮に使用される。

蒸気圧曲線の計算

クラウジウス・クラペイロンの簡易式は、液体の蒸気圧の温度依存性を修正度方程式として記述したものである。クラウジウス-クラペイロンの公式を明確に示す、適切な図を用いて実験をグラフ化した。ケルビンの温度は、横軸に逆数（1000倍）でプロットされる。圧力を縦軸に対数でプロットすると、液体の蒸気圧は平行度に見える。度数の勾配は液体のエンタルピーの尺度である。

p:蒸気圧 T：絶対温度 Δvap * H：気化のエンタルピー R：普遍気体定数。

この図を基に、3つの興味深い観察ができる：

懸濁液には何種類の液体が含まれていますか？ この例では、測定点のコースが比較的直線的であることから、この懸濁液の液相が単一の液体のみで構成されていることがわかる。
どんな液体ですか？ 直線の勾配は濃度に関係なく水と同じなので、水である可能性が非常に高い。
蒸発から真空乾燥に移行する固形分濃度は？ 懸濁液の濃度が高くなるにつれて、蒸気圧が低下していくのがわかるだろう。システム圧力が295mbarのとき、12％懸濁液はすでに70℃で気化している。気化の際、圧力は144mbarまで下げなければならない。蒸発は固形分80～85質量％程度で終了する。その後、湿った固体分散液の乾燥が始まる。

この場合、適用する蒸発エネルギーは簡単に決定できる。供給される熱量は、70℃の水の気化熱と同程度である。つまり約2333kJ/kgである。これは当初、熱が放射によって失われるという事実を無視していた。

蒸発、濃縮、高効率真空混合乾燥

バッチ式蒸発器も真空混合乾燥機も、高充填レベルで運転すれば非常に効率的である。この場合、アミクソン・ミキシングドライヤーは、蒸発中に懸濁液が一定レベル以下になると、繰り返し充填される。これは何段階にもわたって、あるいは連続的に起こる。固形物濃度は上昇し続ける。したがって、連続的な気化プロセスである。器具の最大充填量に達したときのみ終了する。固形物の最終乾燥も高充填レベルで行われる。

つまり、蒸発と乾燥が1台のコンパクトな装置で簡単に行えるのです。 コンパクトな装置.同じ装置は、乾燥した材料を冷却するためにも使用できる。固形物のバッチは、その後、袋、大きな袋、またはバルクコンテナに充填される。

ベーパーフィルター、コンデンサー、ヒートジェネレーター、アジテーター／ミキサードライブの寸法など、周辺システムコンポーネントの設計については、後日さらにブログで紹介する予定だ。