Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Защитный карман нагревателя обычно изготавливается из труб высокого давления. Для этой цели используются горячекатаные и холоднодеформируемые трубы различных марок стали.
Герметизация защитных карманов нагревателей может осуществляться с помощью уплотнения сферы по конусу. Расчет усилий осевой вытяжки кармана нагревателя осуществляется, исходя из прочностных свойств материала трубы и условия обеспечения необходимых контактных давлений и уплотнений (не менее 50-IO5. 6-Ю5 Н-м на 1 см длины уплотнительного контактного пояса). Возможны и другие конструктивные решения герметизации внутренних нагревателей. Вытяжкой создается предварительное уплотнение затворного узла нагревателя. При появлении рабочего давления в сосуде контактные давления увеличиваются (примерно в 1,5—2,5 раза) за счет некомпенсируемой площади, находящейся под внутренним давлением, и обеспечивают надежную герметизацию затворного узла нагревателя.
Для повышения эффективности теплоотдачи ТЭНов зазоры между ТЭНами и защитным карманом можно заливать каким-нибудь металлом, например алюминием или чугуном.
При центрально-осевой односекционной схеме внутреннего нагревателя корзины с шихтой располагаются в кольцевом зазоре между карманами нагревателя и корпусом сосуда. При использовании многосекционного внутреннего нагревателя конструкция корзин может быть более сложной, чтобы обеспечить максимальное использование полезного объема нижней части реакционного объема. Для некоторых технологических процессов гидротермального синтеза бывает важным осуществление вывода сосуда из цикла по специальному режиму. Если при этом требуется ограничить скорость охлаждения или охлаждать медленно по специальной программе, то это может быть легко осуществлено с помощью нагревателей. Сложнее обстоит дело, когда требуется получить ускоренное охлаждение. В этом случае необходимо принудительное охлаждение аппарата. Самый простой способ охлаждения состоит в обдуве аппарата воздухом (например, вентиляторами). Но из-за значительной теплоизоляции аппарата и большой его теплоемкости такой способ малоэффективен.
Более интенсивное охлаждение аппарата и с меньшими затратами можно обеспечить, если осуществлять обдув (охлаждение) не всего аппарата, а собственно несущего сосуда. Для этого на наружной поверхности несущего сосуда совместно с нагревательными устройствами размещается коллектор воздушного охлаждения. Такой коллектор может быть выполнен в виде системы гер-
281 метично соединенных труб, расположенных в непосредственной близости от корпуса и подключаемой при необходимости к системе продувки (на базе вентиляционных устройств или общецеховой компрессорной системы). Сравнительно просто и удобно устанавливать коллектор охлаждения при наружном обогреве, выполненном на базе трубчатых ТЭНов. В этом случае трубки коллектора чередуются с трубками ТЭН, образуя осесимметричные, равномерно заполняющие всю поверхность и непосредственно прилегающие к корпусу сосуда системы охлаждения и обогрева. Воздушные зазоры заполняются теплоизоляцией. Возможны и другие варианты организации охлаждения аппарата (например, с использованием в качестве теплоносителя не воздуха, а специальных растворов или расплавов и т. д.).
Следует иметь в виду, что наличие системы охлаждения (особенно непосредственно на несущем сосуде) кроме интенсификации охлаждения аппарата может быть полезным для корректировки термоперепада между зонами роста и растворения. Для этого она должна быть выполнена в виде отдельно управляемых частей, соответствующих верхней и нижней зонам сосуда. Как правило, достаточно иметь систему охлаждения на верхней части корпуса сосуда совместно с обогревом этой зоны.
Регулирование внутреннего тепломассообмена
Производительность аппаратов гидротермального синтеза и качество получаемой продукции определяют такие важные технологические характеристики установки, как интенсивность тепломассообмена между зонами растворения шихты и роста кристаллов, характер температурного режима в этих зонах. В свою очередь эти характеристики аппарата связаны с конструктивными особенностями несущего сосуда, его теплоизоляцией, а также устройством и размещением внутренней технологической оснастки. Первые факторы влияют непосредственно на температурный режим в реакционной полости аппарата. Требования к характеру температурного режима аппарата зависят от типа технологического процесса. В общем случае желательно иметь по возможности более равномерное распределение температур в каждой из зон. В идеале температурное поле реакционной камеры должно было бы иметь вид двух изометрических областей с температурами растворения и роста. Практически это неосуществимо, так как для процесса гидротермального выращивания кроме обеспечения необходимых температур (и давления) в зонах необходим определенный массообмен между ними. Этот массообмен приводит к «размазыванию» изотермической картины. К тому же теплоотдача аппарата приводит к термоградиентам в различных направлениях. Реальное температурное поле в сосуде носит сложный характер и меняется как по высоте, так и по радиусу, оно нестационарно. Эта нестационарность связана как с внутренней гидродинамикой процесса (турбулентность), так и с колебаниями условий теплообмена (изменение температуры окружающего воз-282 духа, колебания подаваемой мощности). Как внутренние, так и внешние флуктуации неизбежны, однако при обычно используе-емых скоростях роста кристаллов (а значит, и интенсивности тепломассообмена), хорошей теплоизоляции и надежной стабилизации электропитания эти отклонения от стационарности незначительны и лежат в пределах 2—5 °С (в отдельных ситуациях они могут достигать 10—12 °С). Вышесказанное относится к случаю, когда технологический режим номинально стационарен. Такой подход наиболее распространен в отечественной промышленности гидротермального выращивания. За рубежом имеют распространение технологии, основанные на принудительном изменении температурного режима в процессе цикла по специальной программе.
