2.2.8.3. Високочастотне нагрівання

Для нагрівання діелектриків (пластмаса, гума, дерево тощо) використовують струми високої частоти. Матеріал, який підлягає нагріванню, розміщають між пластинами конденсатора. Під дією змінного електричного поля молекули діелект­рика коливаються з частотою електричного поля. В результаті внутрішнього тертя, яке виникає між молекулами, виділяється тепло. Кількість виділеного тепла пропорційна до квадрата напруги і до частоти струму. Нагрівання здійснюють струмами високої частоти, що дорівнює 0,5106–10010⁶ Гц за напруженості електричного поля 1000–2000 вольт/см. Діелектричне нагрівання має багато переваг: безпосереднє виділення тепла по усій товщині матеріалу, що забез­печує його рівномірне нагрівання, високу його швидкість, можливість нагрівання окремих ділянок матеріалів, легкість регулювання процесу нагрівання тощо.

2.2.8.4. Дугові печі

В дугових печах застосовують нагрівання електричною дугою до температур 1500–3000 С. Електрична дуга виникає в газоподібному середовищі. Ці печі переважно застосовують для плавлення металів, одержання карбіду кальцію і фосфору. Недоліком цього методу є великий температурний перепад і неможливість рівномірного нагрівання.

2.3. Охолодження

2.3.1. Охолодження до звичайних температур

Для охолодження до звичайних температур (10–30 С) найчастіше викорис­товують недорогі та доступні охолоджувальні агенти, такі як повітря та вода. Вода має більшу теплоємність, вищі коефіцієнти тепловіддачі і дає змогу здійснювати охолодження до нижчих температур, ніж повітря.

Як холодильні агенти використовують річну, озерну або артезіанську (одержану з підземних свердловин) воду. Якщо за місцевими умовами вода є дефіцитною і її транспортування пов’язане з великими капітальними витратами, то охолодження здійснюють зворотною водою. У цьому випадку відпрацьовану воду охолоджують частковим випарюванням у відкритих басейнах, а найчасті­ше – в градирнях змішуванням з потоком повітря, після чого знову використо­вують як холодильний агент.

Температура охолодження залежить від початкової температури води. Річна та озерна вода залежно від пори року має температуру 4–24 С, артезіанська 8–15 С, а зворотна – приблизно 30 С. Температура води, яка виходить з теплообмінників, не повинна перевищувати 40–50 С з метою зменшення розчинених у воді солей, які забруднюють поверхню теплообміну апаратів.

Щоб забезпечити надійну роботу теплообмінної апаратури протягом року, необхідно під час її проектування приймати як розрахункову початкову температуру води за найбільш несприятливих (літніх) умов.

Охолодження водою та повітрям здійснюють в різних теплообмінниках через стінку, або безпосереднім контактуванням холодильного агента з матеріа­лами, які охолоджуються.

Кожухотрубний теплообмінник, в якому охолодження здійснюється через стінку, показано на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Теплообмінник для охолодження теплоносія водою

Вода, якою охолоджується матеріал, подається в нижню частину тепло­обмінника і виводиться з верхньої, теплоносій, який підлягає охолодженню, подається у верхню частину трубного простору і виводиться через нижню. За такого напрямку руху теплоносіїв конвективні потоки, які виникають внаслідок зміни густин, під час зміни температур збігаються з напрямком потоків.

Якщо температура охолоджуваного середовища перевищує температуру кипіння води за атмосферного тиску, охолодження здійснюють під час часткового випаровування води, зменшуючи в такий спосіб витрату води на охолодження. Для такого випаровувального охолодження використовують зрошувальні холодиль­ники, градирні та інші теплообмінні апарати, а утворену пару використовують як низькотемпературний теплоносій.

Витрати охолодженої води W в кг/кг визначають з теплового балансу

(2.13)

звідки

, (2.14)

де G – кількість матеріалу, який підлягає охолодженню, кг/г; с – питома теплоємність теплоносія, Дж/(кгС); t_n i t_k – початкова і кінцева температури охолоджувальної води, °С; Q_втр.– втрати тепла в оточуюче середовище; с₂ – питома теплоємність води, Дж/кгС.