提高热处理能源效率

加工和材料炼油可以涉及大量的单位操作来达到可销售的高价高级材料。热处理是材料制造过程中最能量的密集部分。亚博网站下载热处理有很多机会，以节省成本和生态影响。广泛讨论了通过批量加工的连续热处理的显着节能优势。提出了用于将来考虑的示例过程。

商业过程

流程类型

具体的起始材料和靶产物将热处理作为几种广泛类型的一种：煅烧和热解，烧结和合成中的一种。

• 煅烧和热解过程涉及固体的热处理，以产生固体和气体反应产物。关键处理涉及高效的热传递到固体床和气体管理中以控制大气并提取可凝聚的气体。
• 煅烧的一个例子是在下面的式（1）中除去结合的水和二氧化碳，而热解可以是惰性气氛中的聚合物的分解，留下碳质固体和可冷凝气体。
• n₂（CO._3.）_3.•2小时₂oànd.₂O._3.+ 3CO₂+ 2H.₂O（1）
• 烧结工艺最常涉及零件的热处理，但也可适用于松散团聚的粉末，目的是增加零件的密度和强度。关键的加工问题是均匀的温度控制和气氛控制。
• 合成方法可以是固体固体或气体固体复合反应，以产生新的固体材料。钥匙加工Con-Cerns高效热传递到固体床和气体管理中以控制过程气氛或挥发物。

物质流量

对于这些处理类型中的每一种，材料通过热过程的流动将衡量熔炉类型是可能的。材料将如何通过热处理单元运输？如果材料是粉末，则如果散装粉末在整个过程中自由流动，则存在低能量优势。如果粉末是粘性的，它可以防止使用这种高传热和均匀的加工单元，例如旋转管或垂直管炉。

商业量

基于新先进材料的潜在应用，市场需要根据未来的商业工厂产能进行调整。亚博网站下载在商业规模所需的材料的体积可以强烈地影响商业过程的形式。例如，在一个高温过程中，在试点生产规模下，陶瓷管旋转炉适合于生产能力，在商业生产规模下，将需要实施一个全新的炉型。原因在于可伸缩性。

最高温度

炉的最高设计温度，与它是否曾经在那里运行无关，意味着制造商将使用能够在该高温下连续运行的材料。亚博网站下载绝缘材料的温度等级越高，其成本越高，绝缘性能越低。

产品质量

原材料的源头和质量对处理步骤的数量和类型产生了影响。例如，采用稀土氧化物的萃取，煅烧和分离。制造和炉设计的进步可以降低与较大直径的石英工艺管相关的风险，但是陶瓷管可能永远不会在较大的Di-Amets中获得。最终纯度应由最终用途申请决定，有时要求不可避免。使用惰性，惰性气体具有特定用途，但不应该是默认的。

连续加工

住宿时间

实验室的能力扩大到测试生产，试验生产，然后商业生产通常引入新的过程限制，以前的尺度未观察到：由于温度均匀，峰值温度和质量扩散，动力率限制。停留时间也有助于在可能的炉子类型中的框架。在非常短的停留时间，小于1分钟，稀释相垂直滴反应器可能是合适的。在短时间内距离旋转管炉或密集相移动床垂直反应器是理想的。对于较长的停留时间，该过程通常限于隧道炉。

辅助流程组件

如上所述，有时施加的长周期时间和材料流动性能可以快速限制可用的炉类型。在kWh / kg产品方面，仅加热工艺材料和大气的操作将低于任何其他产品。采用传统的加热方法，电阻和碳氢化合物烧制，没有产品载体的炉是最佳的：例如旋转管或垂直管炉。

重复使用的大气和副产品

具有连续炉，可以以复杂的，良好的综合方式配置气体处理系统来恢复热量。能够实现以下溶液的连续炉的关键特征是具有稳定气体组合物的不间断气流。稳定的气体流动和组合物能够使气体回收，例如在还原过程中的氢气的再循环，或者能量回收，例如通过氧化挥发性有机化合物，然后氧化热交换器

模型和示例

逆流气增强传热模型

开发了以下模型以扩展上述逆流过程气体的上述热传递概念。该模型采用直径为10米的旋转管炉，加热长度10米，在1150°C下操作，具有1000kg / h的固体，具有1000 j / kg-k的比。考虑粗略粒径约为200微米。这种尺寸的Parti-cles通过在材料床内流动的过程气体流动，增强气体固体热传递。整体气体到固体传热系数为50 w / m²-k被认为是。预计这将与细腻，不自由流动的粉末显着降低。

下面的图1和2说明了相对的固体和气流的平衡和不平衡质量倍率倍增的情况。图2具有平衡案例的两倍。的温度炉设定值，固体和气体绘制距离炉内入口的距离。

气体的大量质量速率倍增量将能够更快地冷却和预热固体产物。然而，与图1中的170kW相比，在图2中，反应所需的能量较高。它还在图1中的170 kW中沿着沿炉子的长度调解固体材料的温度控制。在具有复杂温度型材的过程开发的情况下，温度控制的损失更加明显。

图1和2。绘图说明当反应操作时，通过显着的气体质量率大量质量率控制炉内固体材料的温度曲线难以控制难题。

图像信用：哈珀

图3中的反电流策略非常好。固体材料更紧密地保持在炉子上E.设定点。然而，如图4所示，具有许多温度控制区域的复杂斜坡速率，其中斜坡，保持，斜坡和保持可能是具有高逆流气体的不暗示。

金属氧化物减少样品

对于特定金属氧化物降低的小生产操作，反应时间和氢气要求如此高，因此决定该方法应在批量流体床炉中生产。在放大测试中，研究了减少氧化物的替代方式。气体固体相互作用是至关重要的，因此具有升降机的旋转管炉以类似的气体流速进行测试。这些材料均匀地关闭每个升降机，与逆流过程气氛混合，但停留时间要求将旋转管炉的极限推动超过2小时。另外，由于气流中的显着粉末夹带，反应气体的Quani率引起了低产率。

图3.和4。图表说明了与施加的复杂温度曲线相比，炉中固体和气体温度曲线对固体和气体温度分布的影响，并浸泡。

图像信用：哈珀

图5。目标反应完成是产物中氧/金属原子的比例从2-1.75的比例降低。

图像信用：哈珀

结论

热过程是商业厂中的能量主要消费者。在开发过程中，必须探讨商业规模工厂的形式。即使在实验室规模，如果气体量，温度斜率和施工材料的影响可能不是至关重要的，它们也应该考虑到结束。亚博网站下载

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