Nestemäisten väliaineiden elektrodilämmitys

Menetelmä lankojen lämmittämiseen käytettävän elektrodin lämmittämiseen II mil: vesi, maito, hedelmä- ja marjamehut, maa, betoni jne. Elektrodilämmitys on yleistä elektrodikattiloissa, kuuman veden ja höyryn kattiloissa sekä nestemäisten ja märkien väliaineiden pastörointi- ja sterilointiprosesseissa, rehun lämpökäsittelyssä.

Materiaali asetetaan elektrodien väliin ja lämmitetään sähkövirralla, joka kulkee materiaalin läpi elektrodista toiseen. Elektrodien lämmitystä pidetään suorana lämmityksenä - tässä materiaali toimii väliaineena, jossa sähköenergia muunnetaan lämmöksi.

Elektrodilämmitys on yksinkertaisin ja taloudellisin tapa lämmittää materiaaleja; se ei vaadi erityisiä virtalähteitä tai kalliista seoksista valmistettuja lämmittimiä.

Elektrodit syöttävät virtaa lämmitettävään väliaineeseen, eivätkä ne itse käytännössä lämmitä virralla. Elektrodit valmistetaan ei-puutteellisista materiaaleista, useimmiten metalleista, mutta ne voivat olla myös ei-metallisia (grafiitti, hiili). Käytä vain elektrolyysin välttämiseksi vaihtovirta.

Märkien materiaalien johtavuus määräytyy vesipitoisuuden mukaan, joten seuraavassa tarkastellaan elektrodien lämmitystä pääasiassa veden lämmittämiseen, mutta annetut riippuvuudet pätevät myös muiden märkien väliaineiden lämmittämiseen.

Lämmitys elektrolyytissä

Kone- ja korjaustuotannossa käytetään lämmitystä elektrolyytissä... Metallituote (osa) laitetaan elektrolyyttihauteeseen (5-10 % liuos Na2CO3 ym.) ja kytketään tasavirtalähteen negatiiviseen napaan. Elektrolyysin seurauksena katodilla vapautuu vetyä ja anodilla happea. Osaa peittävä vetykuplien kerros edustaa suurta virranvastusta. Suurin osa lämmöstä vapautuu siihen lämmittäen osaa. Anodilla, jonka pinta-ala on paljon suurempi, virrantiheys on pieni. Tietyissä olosuhteissa osaa lämmitetään vetykerroksessa esiintyvillä sähköpurkauksilla. Kaasukerros toimii samalla lämmöneristeenä, joka estää osan elektrolyytin jäähtymisen.

Elektrolyytin lämmittämisen etuna on merkittävä energiatiheys (jopa 1 kW / cm2), mikä tarjoaa korkean lämmitysnopeuden. Tämä saavutetaan kuitenkin lisääntyneen virrankulutuksen ansiosta.

Johtojen sähkövastus II milj

Johtimet II tyyppiä kutsutaan elektrolyytiksi... Niihin kuuluvat happojen, emästen, suolojen vesiliuokset sekä erilaiset nestemäiset ja kosteutta sisältävät materiaalit (maito, märkärehu, maaperä).

Tislattua vettä on saatavilla sähköinen vastus noin 104 ohm x m ja käytännössä ei johda sähköä, ja kemiallisesti puhdas vesi on hyvä eriste. "Tavallinen" vesi sisältää liuenneita suoloja ja muita kemiallisia yhdisteitä, joiden molekyylit dissosioituvat vedessä ioneiksi antaen ionin (elektrolyytti) johtavuuden.Veden ominaissähkövastus riippuu suolojen pitoisuudesta ja se voidaan määrittää likimäärin empiirisellä kaavalla

p20 = 8 x 10/C,

jossa p20 — veden ominaisvastus 200 C:ssa, ohm x m, C — suolojen kokonaispitoisuus, mg/g

Ilmakehän vesi sisältää liuenneita suoloja enintään 50 mg/l, jokivesi - 500 - 600 mg/l, pohjavesi - 100 mg/l useisiin grammiin litrassa. Yleisimmät veden tehollisen sähkövastuksen p20 arvot ovat välillä 10 - 30 ohm x m.

Tyypin II johtimien sähkövastus riippuu merkittävästi lämpötilasta. Sen kasvaessa suolamolekyylien dissosioitumisaste ioneiksi ja niiden liikkuvuus lisääntyy, minkä seurauksena johtavuus kasvaa ja vastus pienenee. Jokaiselle lämpötilalle T ennen havaittavan haihtumisen alkamista veden ominaissähkönjohtavuus, Ohm x m -1, määräytyy lineaarisen riippuvuuden perusteella.

yt = y20 [1 + a (t-20)],

jossa y20 — veden ominaisjohtavuus lämpötilassa 20 o C, a — lämpötilan johtavuuskerroin 0,025 — 0,035 o C-1.

Teknisissä laskelmissa he käyttävät yleensä resistanssia johtavuuden sijaan.

pt = 1/yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)

ja sen yksinkertaistettu riippuvuus p (t), jolloin a = 0,025 o° C-1.

Sitten vedenkestävyys määritetään kaavalla

pt = 40 p20 / (t +20)

Lämpötila-alueella 20 - 100 OS vedenkestävyys kasvaa 3 - 5 kertaa, samalla aika muuttaa verkon kuluttamaa tehoa.Tämä on yksi elektrodilämmityksen merkittävistä haitoista, mikä johtaa syöttöjohtojen poikkileikkauksen yliarviointiin ja vaikeuttaa elektrodien lämmityslaitteistojen laskemista.

Veden ominaisvastus noudattaa riippuvuutta (1) vain ennen havaittavan haihtumisen alkamista, jonka intensiteetti riippuu elektrodien paineesta ja virrantiheydestä. Höyry ei johda virtaa ja siksi veden vastus kasvaa haihtuessaan. Laskelmissa tämä otetaan huomioon kertoimella bv riippuen paineesta ja virrantiheydestä:

pöytätietokoneen pcm = strv b = pv a e k J

missä työpöytä m — seoksen ominaisvastus vesi — höyry, strc — veden ominaisvastus ilman havaittavaa haihtumista, a — vakio, joka on 0,925 vedelle, k — arvo, joka riippuu kattilan paineesta (voit ottaa k = 1,5 ), J — elektrodien virrantiheys, A / cm2.

Normaalipaineessa haihdutusvaikutus on tehokas yli 75 °C:n lämpötiloissa. Höyrykattiloissa kerroin b saavuttaa arvon 1,5.

Elektrodijärjestelmät ja niiden parametrit

Elektrodijärjestelmä - joukko elektrodeja, jotka on liitetty tietyllä tavalla toisiinsa ja virransyöttöverkkoon ja jotka on suunniteltu syöttämään virtaa lämmitettyyn ympäristöön.

Elektrodijärjestelmien parametrit ovat: vaiheiden lukumäärä, muoto, koko, elektrodien lukumäärä ja materiaali, niiden välinen etäisyys, virtapiiri liitännät ("tähti", "kolmio", sekayhteys jne.).

Elektrodijärjestelmiä laskettaessa määritetään niiden geometriset parametrit, jotka varmistavat tietyn tehon vapautumisen lämmitetyssä ympäristössä ja sulkevat pois epänormaalien tilojen mahdollisuuden.

Kolmivaiheisen elektrodijärjestelmän syöttö tähtiliitännässä:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Kolmivaiheisen elektrodijärjestelmän toimittaminen kolmiokytkennällä:

P = 3U2l / Re

Tietyllä jännitteellä Ul tehoelektrodijärjestelmän P määrää vaiheresistanssi Rf, joka on vaiheen muodostavien elektrodien väliin suljetun lämmityskappaleen vastus. Rungon muoto ja koko riippuvat muodosta, koosta ja elektrodien välisestä etäisyydestä. Yksinkertaisimmassa elektrodijärjestelmässä litteillä elektrodeilla kukin b, korkeus h ja niiden välinen etäisyys:

Rf = pl / S = pl / (bh)

jossa l, b, h — taso-rinnakkaisjärjestelmän geometriset parametrit.

Monimutkaisissa järjestelmissä Re:n riippuvuus geometrisista parametreista ei näytä olevan niin helppoa ilmaista. Yleisessä tapauksessa se voidaan esittää muodossa Rf = s x ρ, missä c on elektrodijärjestelmän geometristen parametrien määräämä kerroin (voidaan määrittää hakuteoksista).

Elektrodien mitat vaaditun arvon Rf varmistamiseksi voidaan laskea, jos tunnetaan elektrodien välisen sähkökentän analyyttinen kuvaus sekä riippuvuus p sen määräävistä tekijöistä (lämpötila, paine jne.).

Elektrodijärjestelmän geometrinen kerroin saadaan kaavasta k = Re h / ρ

Minkä tahansa kolmivaiheisen elektrodijärjestelmän teho voidaan esittää muodossa P = 3U2h / (ρ k)

Lisäksi on tärkeää varmistaa elektrodijärjestelmän luotettavuus, jotta vältetään tuotevauriot ja sähkökatkot elektrodien välillä. Nämä ehdot täyttyvät rajoittamalla kentänvoimakkuutta elektrodien välisessä tilassa, elektrodien virrantiheyttä ja oikealla elektrodimateriaalin valinnalla.

Sähkökentän sallittua voimakkuutta elektrodien välisessä tilassa rajoittaa vaatimus estää elektrodien välinen sähkökatko ja häiritä asennusten toimintaa. Sallittu jännitys Eadd Kentät valitaan dielektrisen lujuuden Epr mukaan kentät valitaan materiaalin dielektrisen lujuuden Epr mukaan ottaen huomioon turvatekijä: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Edon-arvo määrittää elektrodien välisen etäisyyden:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

missä Jadd — elektrodien sallittu virrantiheys, ρt on veden vastus käyttölämpötilassa.

Elektrodivedenlämmittimien suunnittelusta ja toiminnasta saadun kokemuksen mukaan Edonin arvo otetaan alueella (125 ... 250) x 102 W / m, vähimmäisarvo vastaa veden vastusta lämpötilassa 20 °C. О. Alle 20 ohmia x m, maksimi on veden vastus 20 OC:n lämpötilassa yli 100 ohmia x m.

Sallittu virrantiheys on rajoitettu, koska lämmitetty ympäristö voi saastua haitallisilla elektrolyysituotteilla elektrodeissa ja veden hajoamisessa vedyksi ja hapeksi, jotka muodostavat seoksessa räjähtävän kaasun.

Sallittu virrantiheys määritetään kaavalla:

Jadd = Edop / ρT,

missä ρt on vedenkestävyys loppulämpötilassa.

Suurin virrantiheys:

Jmax = kn AzT / C,

jossa kn = 1,1 ... 1,4 — kerroin, jossa otetaan huomioon virrantiheyden epätasaisuus elektrodin pinnalla, Azt on elektrodista tulevan käyttövirran voimakkuus loppulämpötilassa, C on elektrodin pinta-ala elektrodin aktiivinen pinta.

Kaikissa tapauksissa seuraavan ehdon on täytyttävä:

ДжаNS lisää

Elektrodimateriaalien tulee olla sähkökemiallisesti neutraaleja (inerttejä) kuumennetun ympäristön suhteen. Ei ole hyväksyttävää valmistaa elektrodeja alumiinista tai galvanoidusta teräksestä. Parhaat materiaalit elektrodeiksi ovat titaani, ruostumaton teräs, sähkögrafiitti, grafitoidut teräkset. Vettä lämmitettäessä teknisiin tarpeisiin käytetään tavallista (mustaa) hiiliterästä. Tällainen vesi ei sovellu juotavaksi.

Elektrodijärjestelmän tehon säätäminen mahdollista U- ja R-arvoja muuttamalla... Useimmiten elektrodijärjestelmien tehoa säädettäessä turvaudutaan elektrodien työkorkeuden (aktiivisen alueen) muutokseen. elektrodien pinta) asettamalla dielektriset näytöt elektrodien väliin tai muuttamalla elektrodijärjestelmän geometrista kerrointa (määritetty viitekirjoilla elektrodijärjestelmien kaavioista riippuen).