Нагрівання високотемпературними теплоносіями

Розглянуті нижче теплоносії звичайно одержують тепло від топкових газів чи електричного струму, передають його матеріалу, що нагрівається, і є, таким чином, як і водяна пара, проміжними теплоносіями. Вони забезпечують рівномірність обігріву і безпечні умови роботи.

Як гріючий агент перегріта вода використовується при тисках, що досягають критичного [ 22,1 МН/м²(225 ат) ] значення, якому відповідає температура 374°С.

Тому за допомогою перегрітої води можливе нагрівання матеріалів до температур, що не перевищують приблизно 350°С. Однак обігрів перегрітою водою зв'язаний із застосуванням високих тисків, що значно ускладнює нагрівальну установку і підвищує вартість її експлуатації.

Для нагрівання перегрітою водою й іншими рідкими теплоносіями використовуються установки з примусовою і природною циркуляцією.

Мінеральні олії є одним з найстаріших проміжних теплоносіїв, використовується для рівномірного нагрівання різних продуктів. Як гріючі агенти застосовуються олії, що відрізняються найбільш високою температурою спалаху до 310°С (циліндричне, компресорне, циліндричне важке). Тому верхня межа нагрівання оліями обмежена температурами 250 - 300°С.

Олії є найбільш дешевими органічними високотемпературними теплоносіями. Однак у них є істотні недоліки. Крім відносно невисоких температур застосування, мінеральні олії мають низькі коефіцієнти тепловіддачі, які знижуються ще більше при термічному розкладанні й окислюванні олій.

До групи високотемпературних органічних теплоносіїв (скорочено ВОД) відносяться органічні речовини: гліцерин, етиленгликоль, нафталін і його замісники, а також деякі похідні ароматичних вуглеводнів (дифеніл, дифеніловий ефір і ін.) продукти хлорування дифенілу і поліфенолів.

Найбільше промислове застосування одержала дифенілова суміш, що складається з 26.5% дифенілу і 73.5% дифенілового ефіру. Вона володіє великою термічною стійкістю і більш низькою температурою плавлення (+12.3°С), чим її складові компоненти. Її температура кипіння при атмосферному тиску 258°С.

Основною її перевагою є можливість одержання високих температур без застосування високих тисків.

Недолік - мала теплота пароутворення. Однак у дифенільної суміші цей недолік у значній мірі компенсується більшою, ніж у води щільністю пари, у результаті чого при випарі чи конденсації суміші кількість тепла, що виділяється на одиницю об'єму пари, виявляється близьким до відповідного значення для води.

У пароподібному стані дифенільна суміш застосовується для нагрівання до 380°С. При більш високих температурах відбувається помітне її розкладання.

У хімічній технології часто приходиться нагрівати до температур, що перевищують гранично припустимі температури для ВОД. У таких випадках для рівномірного нагрівання використовуються неорганічні рідкі теплоносії - розплавлені солі і рідкі метали.

З різних неорганічних солей і їхніх сплавів, застосовуваних для нагрівання до високих температур, найбільше практичне значення має нітрит-нітратна суміш, що містить 40% азотистокислого натрію, 7% азотнокислого натрію, 53% азотокислого калію. Ця суміш застосовується для нагрівання при атмосферному тиску до 500-540°С.

Нітрит-нітратна суміш є сильним окислюючим агентом. Тому по розуміннях вибухонебезпечності не допускається її контакт при високих температурах з речовинами органічного походження, а також зі стружкою й обпилюваннями чорних і деяких кольорових металів (алюмінію, магнію).

Для нагрівання до 400-800°С й вище, високотемпературними теплоносіями можуть бути ефективно використані ртуть, а також натрій, калій, свинець і ін. легкоплавкі метали і їх сплави. Ці теплоносії відрізняються великою щільністю, термічною стійкістю, гарною теплопровідністю і високим коефіцієнтом тепловіддачі.

Більшість металевих теплоносіїв вогне- і вибухонебезпечні і практично не діють на маловуглецеві і леговані сплави. Виключення складають калій і натрій, що відрізняються надзвичайною активністю, вимагають застосування неіржавіючих сталей і займаються зі швидкістю вибуху.

Пари металевих теплоносіїв вкрай отруйні. Тому нагрівальні установки з застосуванням металевих теплоносіїв повинні бути абсолютно герметичні і забезпечені могутньою приточно-витяжною вентиляцією.

1.2.5. Нагрівання електричним струмом

За допомогою електричного струму нагрів можна робити в дуже широкому діапазоні температур, точно підтримуючи і легко регулюючи температуру нагрівання відповідно до заданих технологічних режимів. Крім того, електричні нагрівачі відрізняються простотою, компактністю і зручні для обслуговування.

Однак застосування електричного струму відносно дороге. У залежності від способу перетворення електричної енергії в тепло розрізняють нагрівання електричним опором, індукційне нагрівання, високочастотне нагрівання, а також - електричною дугою.

Нагрівання електричним опором дозволяє досягти температур 1000-1100°С.

Індуктивне нагрівання - використання теплового ефекту, викликуваного вихровими струмами Фуко, що виникають у товщі стінок сталевого апарата під впливом перемінного електричного поля.

Індуктивне нагрівання до температури ~400°С.

Високочастотне нагрівання - для нагрівання матеріалів, що не проводять електричний струм (діелектриків). Принцип полягає в тому, що молекули матеріалу, поміщені в перемінне електричне поле, починають коливатися з частотою поля і при цьому поляризуються. Коливальна енергія часток витрачається на подолання тертя між молекулами діелектрика і перетворюється в тепло безпосередньо в масі матеріалу, що нагрівається.

Такий обігрів застосовується для нагрівання пластичних мас перед їх пресуванням, для сушіння деяких матеріалів і ін. цілей. Температура легко і точно регулюється, і процес нагрівання може бути цілком автоматизований.

Однак цей спосіб обігріву вимагає досить складної апаратури і КПД нагрівальних установок низькій.

Дуговий спосіб - нагрів здійснюється в дугових печах, де енергія перетворюється в тепло за рахунок полум'я дуги, що створюють між електродами.

Одержують температуру 1500-3000°С

Застосовується для одержання карбіду кальцію, фосфору і т.д.