Высокотемпературные процессы и аппараты

Повышение температуры влияет на равновесие и скорость химико-технологических процессов, происходящих как в кинетической, так и в диффузионной области. Поэтому регулирование температурного режима процесса является наиболее универсальным средством увеличения скорости процесса, повышения выхода продукта.

Печи.

Высокотемпературные процессы осуществляются в печах различных типов, контактных аппаратах, автоклавах, выпарных аппаратах, котлах, топках и др. Основной аппаратурой для проведения высокотемпературных процессов являются промышленные печи. Промышленная печь – это аппарат, в котором вырабатывается тепло, используемое для тепловой обработки материалов в самой печи. Тепло в ней выделяется за счет горения топлива или протекания экзотермических реакций или же за счет превращения электрической энергии в тепловую. Особенностью промышленных печей является совмещение в одном агрегате реакционного аппарата (осуществление производственного процесса) и энергетического устройства (выделение и использование тепла). В соответствии с этим к промышленной печи предъявляются и технологические и энергетические требования:

1)наиболее интенсивная передача тепла от источника энергии к нагреваемому материалу или реакционной смеси;

2)наиболее высокий коэффициент использования тепла, сводя к минимуму тепловые потери и применяя различные способы регенерации тепла;

3)максимальный выход продуктов при высоком их качестве;

4)простота и прочность конструкции;

5)устойчивость в работе;

6)механизация и автоматизация работы печи.

Разнообразие применяемых в промышленности высокотемпературных процессов привело к большому количеству различных типов и конструкций используемых печей. Промышленные печи классифицируются по различным признакам: по отраслям производства, по источнику тепловой энергии, по способу нагрева, по способу загрузки, по технологическому назначению.

По источнику тепловой энергии различают:

1.Топливные печи, использующие твердое, жидкое и газообразное топливо.

2.Электрические печи, в которых источником тепла является электрическая энергия.

3.Печи, в которых необходимая температура достигается за счет тепла происходящей реакции.

По способу нагрева различают:

1.Печи прямого нагрева, в которых источник тепловой энергии находится в непосредственном соприкосновении с нагреваемым материалом, в которых тепловая энергия выделяется в нагреваемом материале, в которых тепло от источника тепловой энергии передается к нагреваемому материалу посредством нагретого воздуха или топочных газов, в которых значительная часть тепловой энергии передается излучением раскаленных твердых тел

2.Печи косвенного нагрева, в которых тепло от источника тепловой энергии передается нагреваемому материалу через стенки.

Для интенсификации процессов массо - и теплопередачи в этих печах применяют следующие приемы:

– увеличение движущей силы теплопередачи повышением температуры теплоносителя и применением противотока теплоносителя и нагреваемого материала;

– увеличение поверхности теплообмена измельчением нагреваемого материала и перемешиванием его в потоке теплоносителя, распылением или взвешиванием материала в потоке газа;

– увеличением коэффициента теплоотдачи использованием тепла излучения стен и свода печей, увеличением коэффициента теплопроводности при расплавлении нагреваемого материала.

По технологическому назначению различают печи для удаления влаги из твердых материалов, которые называют сушилками, нагревательные печи для нагрева материала без изменения его агрегатного состояния, плавильные печи для расплавления обрабатываемого материала, обжиговые печи для обжига минерального сырья и изделий из него, печи пиролиза для термической переработки топлива без доступа воздуха.

В химической технологии рассматривают печи, предназначенные для осуществления химико-технологических процессов. Печи классифицируют по принципу работы и устройства:

– шахтные (доменные – выплавка чугуна, газификация твердого топлива);

– полочные (обжиг колчедана, железных руд);

– с распылением твердого материала (сушка материалов);

– кипящего (взвешенного) слоя (обжиг колчедана, сушка зернистых материалов, газификация и пиролиз, полукоксование угля, торфа);

– барабанные, вращающиеся (восстановление сульфатов, сушка руд, минералов, солей, разложение, спекание, плавление фосфатов с добавками и т. д.);

– туннельные (обжиг огнеупоров, плавка серной руды, пиролиз древесины);

– камерные (обжиг керамики, получение соляной кислоты, разложение магнезиальных солей и т.п.);

– трубчатые (перегонка нефти и нефтепродуктов, крекинг нефти, пиролиз углеводородов);

– ванные (выплавка стали мартеновским способом, плавка едкого натрия);

– электрические (варка кварцевого стекла, переплавка металлов и сплавов, получение искусственного графита и т.д.).

С точки рения технологии особенно важно проследить приемы, обеспечивающие перемешивание реагентов в печи и увеличение поверхности их соприкосновения.

В современных печах максимальная интенсификация процессов массо - и теплообмена должна сочетаться с возможно более высоким тепловым к.п.д. и наилучшим качеством продукции.