1.2.2. Нагрівання гарячою водою

Гаряча вода як нагріваючий агент має недоліки в порівнянні з насиченою водяною парою. Коефіцієнт тепловіддачі від гарячої води, як і від будь-якої іншої рідини, нижче, ніж коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується. Крім того, температура гарячої води знижується уздовж поверхні теплообміну, що погіршує рівномірність нагрівання й утрудняє його регулювання. Гарячу воду використовують для нагрівання до t  100C. Для температур > 100С гріючим агентом використовують воду, що знаходиться під надлишковим тиском.

1.2.3. Нагрівання топковими газами

Димові, чи топкові, гази відносяться числа найбільш давно застосовуваних гріючих агентів. Вони дозволяють здійснити нагрівання до температур, що досягають 1000-1100С, при незначному надлишковому тиску в теплообміннику.

Найбільш істотним недоліком топкових газів є:

• нерівномірність нагрівання;

• труднощі регулювання температури обігріву;

• низькі коефіцієнти тепловіддачі від газу до стінки [ 35-60 Вт/(м²град)];

• можливість забруднення матеріалів, що нагріваються, продуктами неповного згоряння палива;

• значні перепади температур між топковими газами і середовищем, що нагрівається, створюють "жорсткі" умови нагрівання, що неприпустимо для багатьох продуктів і може викликати їх перегрів.

Через відносно низьку питому теплоємність топкових газів їхні об'ємні витрати великі і транспортування вимагає значних витрат. Тому топкові гази використовують безпосередньо на місце їх отримання.

Топкові гази одержують, спалюючи в топках печей тверде, рідке чи газоподібне паливо.

Найбільш дешевим й ефективним паливом є природні гази. Крім того, економічно доцільне застосування як гріючих агентів відходячих газів деяких хімічних і інших виробництв; температура цих газів досить висока іноді досягає 500-600С.

1.2.4. 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.