Устройства для закалки твердой фазой

К таким устройствам, прежде всего, следует отнести поверхностные теплообменники. Закалку с помощью теплообменников иногда называют «поверхностной», поскольку охлаждение продуктов происходит на холодной поверхности. Поверхностная закалка применяется чаще всего. Ее можно сочетать с утилизацией тепла (например, получение пара, предварительный подогрев исходных реагентов). Котлы-утилизаторы, используемые для производства пара, могут служить закалочными устройствами, если обеспечивают необходимую скорость закалки.

Соответствующие закалочные устройства состоят из вертикально или наклонно расположенных труб (рис. 11), выполненных из металла с большой теплопроводностью и имеющих круглые, эллиптические или прямоугольные сечения. Между трубами продувается охлаждаемый газ.

 

 

При необходимости трубы могут быть расположены в несколько рядов. При шахматном расположении труб наблюдается интенсивная турбулизация потока газа, что обусловливает более эффективную теплоотдачу и охлаждение газа.

Перспективной конструкцией считается конструкция, основным узлом которой являются перфорированные медные водоохлаждаемые диски (рис. 12). В данной конструкции достигнута скорость закалки dT / dt»2·10⁷ К/c (в каждом из 6 дисков диаметром 4 см и толщиной 1 см находится 33 отверстия диаметром 3.6 мм).

 

Высокая скорость закалки достигается также при непосредственном взаимодействии газового потока с дисперсной твердой фазой (с частицами микронных и субмикронных размеров). При этом возникает возможность создавать развитую поверхность нагревания в виде непрерывно движущихся частиц, а также утилизировать тепловую энергию. Такое устройство должно обеспечивать малое время пребывания частиц в зоне высоких температур во избежание их спекания. С этой точки зрения классический «кипящий слой» мало пригоден.

Более эффективным является теплообменник с проточными дисперсными теплоносителями, которые могут работать по принципам прямотока и противотока. При прямотоке (рис. 13) увеличивается длина теплообменника, а при противотоке – его диаметр. Кроме того, при прямотоке во избежание чрезмерного уноса диаметр частиц должен быть больше, чем при противотоке.

Важным преимуществом подобных теплообменников является возможность утилизировать тепловую энергию. В этом случае частицы выступают в роли промежуточного циркулирующего теплоносителя. Он циркулирует между идущим на закалку газом (верхняя камера) и вторичным (нагреваемым) теплоносителем. Теплообменник (рис. 14) состоит из двух теплообменных камер и связывающей их транспортной системы.

Недостатками таких теплообменников являются: необходимость в устройствах ввода и вывода дисперсной среды и ее транспортировка; отделение твердых частиц от газового потока; жесткие требования к частицам по термостойкости, механической прочности, химической стойкости и др.