Нагрівання електричним струмом

З допомогою електричного струму нагрів можна здійснювати в дуже широкому діапазоні температур, точно витримуючи і легко регулюючи температуру нагріву у відповідності до технологічного режиму. Крім того, електричні нагрівальні пристрої відрізняються простотою, компактністю і зручні в обслуговуванні.

Проте застосування електричного струму для нагрівання відносно дороге.

У залежності від способу перетворення електричної енергії в теплоту розрізняють нагрівання електричним опором (омічний нагрів), індукційний нагрів, високочастотний нагрів, а також нагрівання електричною дугою.

а) нагрівання електричним опором:

нагрів здійснюється в електричних печах опору, тепло, яке виділяється при проходженні електричного струму через нагрівальні елементи, що зроблені із матеріалу з великим омічним опором, передається стінкам апарату, що обігрівається.

б) індукційне нагрівання:

цей спосіб нагрівання електричним струмом оснований на використанні теплового ефекту, викликаного вихревими струмами Фуко, які виникають у товщі стінок стального апарата під дією змінного електричного струму.

Такий спосіб нагріву забезпечує рівномірність нагріву в межах до 400°С, точно регулюється, проте є дуже дорогим.

в) високочастотне (мікрохвильове) нагрівання:

такий спосіб застосовується для нагрівання матеріалів, що не проводять електричний струм, тому його ще називають діелектричним. Принцип високочастотного нагрівання заключається в тому, що молекули матеріалу, що знаходяться в змінному електричному полі, починають коливатися з частотою поля і при цьому розігріваються. Температура легко регулюється, але обладнання досить складне і має низький к.к.д.

г) нагрівання електричною дугою:

здійснюється в дугових печах, де електрична енергія перетворюється в тепло за рахунок полум’я дуги, яка виникає між електродами. Над матеріалом, який нагрівається або розміщують два електроди, або над ним установлюють один електрод, а сам матеріал виконує роль другого електрода. Електрична дуга дозволяє зосередити велику електричну потужність у малому об’ємі, при цьому вдається досягнути стану плазми. Температурний інтервал 1500-3000°С.

Охолодження

Охолодження до звичайних температур

Для охолодження до звичайних температур (приблизно до 10-30°С) найбільш широко використовують доступні і дешеві охолоджуючі агенти – воду і повітря. В порівнянні з повітрям вода відрізняється більшою теплоємністю, більш високим коефіцієнтом тепловіддачі, здійснює охолодження до більш низьких температур.

Коли температура охолоджуваної речовини вища від температури кипіння води за атмосферного тиску, охолодження проводять при частковому випаровуванні води, що дозволяє знизити витрати води. Такий спосіб охолодження називається випарювальним охолодженням.

Охолодження до низьких температур

Для охолодження до температур нижче 0°С використовують холодильні агенти, що є парами низькокиплячих рідин (амоніак), зріджені гази(СО₂, етан) та холодильні росоли. Ці агенти використовуються в спеціальних холодильних установках, де при їх використовуванні тепло віднімається від оточуючого середовища.

Штучне охолодження

Ряд процесів хімічної технології проводять за температур, значно нижчих, ніж ті, що можна одержати, використовуючи в якості охолоджуючих агентів повітря, воду і лід.

До числа процесів, що здійснюються при штучному охолодженні, відносяться деякі процеси абсорбції, кристалізації, розділення газів, сублімаційної сушки. Великого значення набувають холодильні процеси в металургії, електротехніці, електроніці, ядерній, ракетній, вакуумній та інших галузях техніки.

Штучне охолодження завжди зв’язане з переносом тепла від тіла з більш низькою температурою до тіла з більш високою температурою. Такий перенос, у відповідності до другого закону термодинаміки, потребує затрати енергії. Тому сповіщення енергії системі є необхідною умовою одержання холоду.

Умовно розрізняють:

1) помірне охолодження (діапазон температур від кімнатних до -100°С);

2) глибоке охолодження (до температур нижче -100°С);

У свою чергу, одержання температур нижче (-100°С) умовно класифікується наступним чином:

а) техніка глибокого охолодження (від -100 ° С до -218 ° С)

б) кріогенна техніка (від 40 ° до 0,3 ° К)

в) техніка ультранизьких температур (до 0,00002 ° К)

Способи одержання температур вище 2 ° К знайшли технічне застосування. Одержання більш низьких температур відноситься до сфери лабораторної техніки.

Використання температур, що відповідають глибокому охолодженню, дозволяє розділяти газові суміші шляхом їх часткового або повного зрідження і одержувати багато технічно важливих газів, наприклад динітроген, диоксиген, дигідроген, етен тощо.