Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Следует также учитывать, что при внутреннем обогреве термонапряжения в корпусе частично компенсируют напряжения от рабочего давления, а при наружном — добавляются к ним, так что допустимое рабочее давление для одного и того же несущего сосуда будет выше при внутреннем обогреве, чем при наружном. Величина различия в уровнях этих давлений зависит от толсто-стенности корпуса несущего сосуда и удельной мощности вводимой через единицу длины стенки корпуса. Так, при толстостенно-сти 2 и удельной вводимой мощности 15—20 кВт/м снижение допустимого давления при переходе с внутреннего на наружный обогрев составляет 25—30 %, т. е. весьма значительную величину.
В отечественной практике крупногабаритные промышленные аппараты гидротермального синтеза, как правило, оснащаются внутренним обогревом, хотя в ряде случаев применяется и наружный. Для лабораторных и малогабаритных аппаратов чаще используется наружный обогрев.
Рассмотренные способы обогрева относятся к основному обогреву аппарата, который обеспечивает необходимый температурный режим в течении всего технологического цикла. Обычно аппараты гидротермального синтеза, особенно промышленные крупногабаритные, снабжаются также дополнительным обогревом. Если основной обогрев осуществляется преимущественно в нижней части несущего сосуда, чтобы обеспечить требуемый технологический перепад, то дополнительные нагревательные устройства размещаются в верхней половине аппарата. Основной их функцией является создание при необходимости «обратного» термоперепада между зонами реакционной камеры. Кроме того, дополнительный нагрев используется для ускорения разогрева несущего сосуда в начальной стадии технологического цикла. Поскольку в отличие от основного обогрева дополнительный функционирует только на отдельных непродолжительных этапах цикла, целесообразно во всех случаях выполнять его по наружной схеме, чтобы не занимать рабочий объем неработающим оборудованием.
Бывают технологические ситуации, когда требуется максимально интенсивный разогрев технологической среды, а длитель-
279 ность рабочей части цикла соизмерима с временем разогрева. В этом случае целесообразно использовать внутренний обогрев как в нижней, так и в верхней части реакционной камеры аппарата.
Рассмотренные схемы обогрева несущего сосуда аппарата гидротермального синтеза кристаллов не являются чем-то раз и навсегда заданным для данного аппарата. В процессе эксплуатации тип обогрева может перестраиваться в соответствии с производственной целесообразностью. При этом эффективную помощь в анализе и выборе оптимального варианта реконструкции обогрева сосуда может оказать теплотехническое моделирование. Схема обогрева учитывается в этих моделях введением в соответствующие элементарные зоны соответствующих мощностей объемного тепловыделения.
При реализации любой схемы наружного обогрева следует особое внимание уделить хорошей теплоизоляции нагревательных устройств и в первую очередь исключить или свести к минимуму конвективный воздухообмен в полости между наружной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью теплоизоляции, в которой размещаются наружные электронагреватели.
Кроме открытых нагревателей для наружного обогрева могут использоваться разнообразные типы закрытых, в частности трубчатые или другого профиля, теплоэнергонагреватели (ТЭН) различных марок. Использование серийно выпускаемых ТЭН дает возможность сравнительно просто решить задачу организации наружной теплоизоляции и устранения воздушной конвекции в зоне обогрева. Секции ТЭНов устанавливаются в непосредственном контакте с наружной поверхностью корпуса в окружном или осевом направлениях, свободное пространство между ними легко заполняется любым подходящим теплоизоляционным материалом.
Осуществление внутреннего обогрева технологически более сложное дело, чем наружного, поскольку внутренние нагреватели должны работать в условиях воздействий высоких температур и давлений. К тому же рабочие растворы гидротермального синтеза всегда электролиты. Последнее обстоятельство делает практически неприемлемым контакт токопроводящей части нагревателя с технологической средой. Наиболее удобным и технологичным решением является установка нагревателей внутрь защитных цилиндрических карманов, способных выдерживать рабочее давление и герметично присоединяемых к нижней крышке. В качестве собственно нагревательных элементов используют обычно трубчатые ТЭНы.
Защитный карман может быть общим для всех ТЭНов, а может использоваться секционная схема, когда имеется несколько групп ТЭНов, каждая в своем защитном кармане. В первом случае нагревательный узел располагается по оси сосуда, во втором— секции нагревателя располагаются осесимметрично. Преимуществом первой схемы является минимальное количество технологических вводов через нижнюю крышку, что повышает надеж-280 ность ее герметичности. В этом случае минимальны потери полезного объема. Вторая схема позволяет более равномерно прогревать зону растворения, а также дает возможность водоизменять в определенных пределах картину температурного поля в реакционной полости сосуда. Число секций внутреннего нагревателя может быть различным, но обычно нецелесообразно делать их более 9—12.
