3. Нагрівання електричним струмом

За допомогою електричного струму можна проводити нагрівання у дуже широкому діапазоні температур, легко регулювати і точно підтримувати заданий температурний режим. Всі електричні нагрівачі прості за конструкцією, компактні та зручні у монтажі й обслуговуванні. Проте їх застосування стримується порівняно високою вартістю електроенергії.

Залежно від способу перетворення електричної енергії у теплову розрізняють нагрівання електричними опорами (омічний нагрів), індукційний нагрів, високочастотний нагрів, нагрівання електричною дугою.

Нагрівання електричним опором - найбільш розповсюджений спосіб. Електричні нагрівачі за конструктивним оформленням бувають відкриті, закриті (з доступом повітря) та герметично закриті (без доступу повітря). Найбільш

Досконалі та розповсюджені герметично закриті нагрівачі, які складаються з металевої (сталевої, латунної, мідної або алюмінієвої) трубки, всередині якої запресована в наповнювачі спіраль з ніхромового дроту (сплав, що містить 20 % хрому, ЗО...80 % нікелю і 0,5...50 % заліза). Тому їх називають трубчастими електронагрівачами або ТЕНами (рис. 5.14).

Як наповнювач між корпусом і спіраллю ТЕНа застосовують, в основному,

периклаз аоо кварцовий пісок; він служить, з одного боку, електро­ізоляцією спіралі від металевої трубки, а з другого - провідником теплоти.

За допомогою ТЕНів можна нагрівати воду, лужні та кислотні розчини, повітря, харчові жири і мінеральні масла. ТЕНи виготовляють­ся різної довжини, діаметру і конфігурації, а також різної номіналь­ної потужності. На рисунку 5.11 наведено

принципову конструктивну схему пароварильної шафи з вбудованим парогенера­тором на електричному обігріванні ТЕНами. ТЕНи широко використовуються в тепловому обладнанні підприємств громадського харчування: харчоварильних котлах, жарильних і пекарських шафах, фритюрницях, сковородах та інших апаратах. Ними обладнується теплообмінна апаратура багатьох харчових виробництв малої та середньої потужності.

Нагрівання електричною дугою проводять до температури 3000 °С у дугових печах за рахунок полум'я дуги, що виникає між електродами. Теплота від стовпа дуги передається матеріалу, що нагрівається. Вид нагріву в харчовій технології застосування не має.

4. Нагрівання проміжними теплоносіями

Проміжними називаються теплоносії, що сприймають теплоту від прямих джерел тепла і передають її матеріалам, що нагріваються. У якості проміжних теплоносіїв застосовуються гаряча і перегріта вода, мінеральні масла, високотемпературні органічні теплоносії.

Гаряча вода застосовується звичайно для нагрівання до температури не більш 100 °С. Обігрів водою застосовують в тих випадках, коли необхідно забезпечити м'які умови обігріву і коли це диктується вимогою технології виробництва. Часто для цієї мети використовують конденсат водяної пари. Гарячу воду одержують у водогрійних котлах, що обігріваються топковими газами, і парових водонагрівачах (бойлерах). Для нагрівання водою застосовують головним чином циркуляційні системи обігріву, що можуть бути з природною або примусовою циркуляцією.

Принципова схема установки з природною циркуляцією рідини показана на рисунку 5.16, а. Вода нагрівається у змійовику 3, печі 2. У результаті зменшення густини води при нагріванні вона переміщується по трубопроводу вгору до апарата 1, що обігрівається. Охолоджена вода стікає з апарата в змійовик само­пливом. Таким чином здійснюється замкнена природна циркуляція теплоносія, швидкість води не перевищує при цьому 0,1 ...0,2 м/с.

З слідує, що швидкість, а отже і продуктивність установки, зростає із збільшенням різниці висот розташування апарата, що обігрівається, і печі, збільшенням різниці густин теплоносіїв у холодному і гарячому напрямках та із зменшенням гідравлічних опорів системи.

Примусова циркуляція води між водогрійним котлом і теплообмінним апаратом (рис. 5.16, б) здійснюється насосом 5. Апаратура, що існує для примусової циркуляції води, включає окрім водогрійного котла 1 і теплообмінного апарата 2, безперервно працюючий відцентровий насос 5, розширювальний бачок 3 і збірник для води 4. Таким чином, установки з примусовою циркуляцією теплоносія складніші порівняно з системами природної циркуляції. Проте примусова циркуляція має свої переваги - теплоносій рухається через теплообмінний апарат із швидкістю 1...2 м/с, що збільшує коефіцієнт тепловіддачі від нього до стінки апарата і прискорює нагрівання продукту в ньому.

Гаряча вода як теплоносій поступається водяній парі. Коефіцієнт тепловіддачі під час нагрівання водою в багато разів нижчий за коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується (табл. 5.2). Нагрівання гарячою водою супроводжується зниженням її температури вздовж теплообмінної поверхні, то погіршує рівномірність обігріву і ускладнює регулювання температури. Означені недоліки обмежують застосування води як теплоносія.

Як теплоносій можна використати "перегріту" воду з температурою 300 °С, яка циркулює у системі та знаходиться під тиском 20 МПа. Нагрівання за допомогою такої води застосовується дуже рідко з-за високого тиску теплоносія, що пов'язане з ускладненням обладнання.

Щоб нагріти продукт до температури понад 200 °С, як теплоносій використовують висококиплячі органічні теплоносії (скорочено ВОТ) і мінеральні масла.

До найбільш розповсюджених ВОТ відносять діарилметани - дітолілметан (ДТМ) з температурою кипіння 1„ = 296 °С та з температурою замерзання Із =-36 °С, дікумілметан (ДКМ) з температурою кипіння і_к = 336 °С і з температурою замерзання и = - 24 °С, а також дифенільна суміш (даутерм-А). Вони являють собою легкорухомі рідини, не викликають корозії металів, термостійкі, дешеві. ВОТ можуть застосовуватися як в однофазному, так і у двофазному (рідина-пар) стані.

Мінеральні масла - продукти переробки нафти; температура їх кипіння знаходиться в межах від 250 до 300 °С. Застосовуються компресійні масла марок 12-М і 19-Т, циліндрові - марок 11 і 24 та циліндрові важкі - марок 38 і 52-вапор. Мінеральні масла за високих температур осмолюються і забруднюють теплообмінну поверхню апаратів, що значно знижує коефіцієнт тепловіддачі. Вони використовуються лише в однофазному (рідкому) стані.