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低温冷却

 

低温冷却利用极低的温度,通常使用液态氮(-196 °C)。在机械制造中,当金属工件需要进行可拆卸的压合时,就会使用这种技术。这样,轴-轮毂连接或精密插接连接就可以无公差地连接或拆卸。在机床部件的组装中,也会使用这种技术。

在工艺技术中,低温冷却也起着重要作用。

  1. 当粉末混合物的颗粒被液体油脂包裹时,就会使用这种技术。下一步,将粉末在混合器中进行低温冷却,使其恢复流动性。
  2. 当粉末、悬浮液或糊状物需要在低温状态下加工时,也会使用低温冷却技术。药品活性成分、生物技术发酵产品或食品原料有时会进行速冻,以保持其结构和活性。由此产生的低温“粉末/颗粒”随后可进行混合、压制或冷冻干燥。

在这两种情况下,使用 amixon® 混合技术都是有益的。由于混合过程温和,能量消耗极低。

为了使这种混合过程在低温状态下可重复进行,必须对与产品接触的混合器部件进行相应的预冷。冷却通常是通过向混合室喷射液态氮来实现的。氮气会立即蒸发,并从设备中吸收大量热量。因此,在短时间内即可达到所需的工艺温度。

出于能源效率和成本节约的原因,对混合器/反应器进行高质量的隔热处理至关重要。amixon® 工艺设备的设计使其能够可靠、轻柔且经济地执行低温处理过程。它们使用寿命长。根据产品和行业的不同,典型批量大小在 200 至 3000 升之间。

如果要将 1 千克不锈钢(1.4404)从 +20 摄氏度冷却到 -60 摄氏度,液体氮的用量大致计算如下:

1.4404 不锈钢的比热容约为 0.5 kJ/kg·K。我们可以计算出冷却板材所需的能量 Q:

Q = m × c × ΔT

其中:

  • Q 是所需能量
  • m 是板材的质量(1 千克)
  • c 是比热容(0.5 kJ/kg·K)
  • ΔT 是温差(+20°C 至 -60°C,即 80 K)。

Q = 1 千克 × 0.5 千焦/千克·开尔文 × 80 开尔文 = 40 千焦

现在,我们需要计算吸收该能量所需的液态氮量。液态氮的潜热约为 199 千焦/千克。

所需液态氮的质量可按以下公式计算:

m = Q / L

其中

  • m 是液态氮的质量
  • Q 是所需能量(40 kJ)
  • L 是液态氮的潜热(199 kJ/kg)。

在理想条件下,所需液态氮的量为:

m = 40 kJ / 199 kJ/kg ≈ 0.201 kg

该值只是近似值,因为未考虑损失和其他可能影响该过程的因素。此外,该计算还假设氮气完全蒸发,并吸收了全部潜热,而不会进一步加热气态氮气。