Zagrijavanje tekućih medija elektrodama

Metoda zagrijavanja elektrode koja se koristi za grijanje žica II mil: voda, mlijeko, sokovi od voća i bobica, tlo, beton itd. Zagrijavanje elektrodama rašireno je u elektrodnim kotlovima, kotlovima za toplu vodu i paru, kao iu postupcima pasterizacije i sterilizacije tekućih i vlažnih medija, toplinske obrade stočne hrane.

Materijal se postavlja između elektroda i zagrijava električnom strujom koja prolazi kroz materijal od jedne elektrode do druge. Zagrijavanje elektrode smatra se izravnim zagrijavanjem - ovdje materijal služi kao medij u kojem se električna energija pretvara u toplinu.

Grijanje elektrodama je najjednostavniji i najekonomičniji način zagrijavanja materijala; ne zahtijeva posebna napajanja niti grijače od skupih legura.

Elektrode opskrbljuju strujom medij koji se zagrijava, a same se praktički ne zagrijavaju strujom. Elektrode se izrađuju od nedeficitarnih materijala, najčešće metala, ali mogu biti i nemetalne (grafit, ugljik). Kako biste izbjegli elektrolizu, koristite samo naizmjenična struja.

Vodljivost vlažnih materijala određena je sadržajem vode, stoga će se u nastavku zagrijavanje elektrode razmatrati uglavnom za grijanje vode, ali dane ovisnosti su primjenjive i za zagrijavanje drugih vlažnih medija.

Zagrijavanje u elektrolitu

U strojogradnji i remontnoj proizvodnji koriste zagrijavanje u elektrolitu... Metalni proizvod (dio) stavlja se u kupelj elektrolita (5-10% otopina Na2CO3 i dr.) i spaja na negativni pol izvora istosmjerne struje. Kao rezultat elektrolize, vodik se oslobađa na katodi, a kisik na anodi. Sloj mjehurića vodika koji prekriva dio predstavlja visok otpor struje. Većina topline se oslobađa u njega, zagrijavajući dio. Na anodi, koja ima mnogo veću površinu, gustoća struje je mala. Pod određenim uvjetima, dio se zagrijava električnim pražnjenjima koja se javljaju u sloju vodika. Plinski sloj istovremeno služi kao toplinska izolacija, sprječavajući hlađenje elektrolita dijela.

Prednost zagrijavanja u elektrolitu je značajna gustoća energije (do 1 kW / cm2), što osigurava visoku brzinu zagrijavanja. Međutim, to se postiže povećanom potrošnjom energije.

Električni otpor žica II mil

Vodiči II vrste nazivaju se elektroliti... Oni uključuju vodene otopine kiselina, baza, soli, kao i različite tekućine i materijale koji sadrže vlagu (mlijeko, mokra hrana, tlo).

Dostupna je destilirana voda električni otpor oko 104 ohm x m i praktički ne provodi struju, a kemijski čista voda je dobar dielektrik. "Obična" voda sadrži otopljene soli i druge kemijske spojeve čije se molekule u vodi disociraju na ione dajući ionsku (elektrolitsku) vodljivost.Specifični električni otpor vode ovisi o koncentraciji soli i može se približno odrediti empirijskom formulom

p20 = 8 x 10 / C,

gdje p20 — specifični otpor vode na 200 C, Ohm x m, C — ukupna koncentracija soli, mg / g

Atmosferska voda ne sadrži više od 50 mg / l otopljenih soli, riječna voda - 500 - 600 mg / l, podzemna voda - od 100 mg / l do nekoliko grama po litri. Najčešće vrijednosti efektivnog električnog otpora p20 za vodu su u rasponu 10 — 30 Ohm x m.

Električni otpor vodiča tipa II značajno ovisi o temperaturi. Povećanjem se povećava stupanj disocijacije molekula soli na ione i njihova pokretljivost, zbog čega se povećava vodljivost, a smanjuje otpor. Za bilo koju temperaturu T prije početka primjetnog isparavanja, specifična električna vodljivost vode, Ohm x m -1, određena je linearnom ovisnošću

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

gdje je y20 — specifična vodljivost vode pri temperaturi od 20 o C, a — temperaturni koeficijent vodljivosti jednak 0,025 — 0,035 o ° C-1.

U inženjerskim izračunima obično koriste otpor, a ne vodljivost.

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

i njegovu pojednostavljenu ovisnost p (t), uzimajući a = 0,025 o° C-1.

Tada se vodootpornost određuje formulom

pt = 40 p20 / (t +20)

U temperaturnom rasponu od 20 do 100 OS otpornost na vodu povećava se 3 do 5 puta, dok se u isto vrijeme mijenja snaga koju troši mreža.Ovo je jedan od značajnih nedostataka grijanja elektroda, što dovodi do precjenjivanja poprečnog presjeka opskrbnih žica i komplicira proračun instalacija grijanja elektroda.

Specifični otpor vode pokorava se ovisnosti (1) tek prije početka zamjetnog isparavanja, čiji intenzitet ovisi o tlaku i gustoći struje u elektrodama. Para nije vodič struje pa se otpor vode povećava tijekom isparavanja. U izračunima se to uzima u obzir koeficijentom bv ovisno o tlaku i gustoći struje:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

gdje desktop m — specifični otpor smjese voda — para, strc — specifični otpor vode bez primjetnog isparavanja, a — konstanta jednaka 0,925 za vodu, k — vrijednost ovisno o tlaku u kotlu (možete uzeti k = 1,5 ), J — gustoća struje na elektrodama, A / cm2.

Pri normalnom tlaku, učinak isparavanja učinkovit je pri temperaturama iznad 75 °C. Za parne kotlove koeficijent b doseže vrijednost od 1,5.

Sustavi elektroda i njihovi parametri

Sustav elektroda — skup elektroda, povezanih na određeni način jedna s drugom i s električnom mrežom, namijenjenih opskrbi strujom grijanog okoliša.

Parametri sustava elektroda su: broj faza, oblik, veličina, broj i materijal elektroda, razmak između njih, strujni krug veze («zvijezda», «trokut», mješoviti spoj itd.).

Pri proračunu elektrodnih sustava određuju se njihovi geometrijski parametri koji osiguravaju oslobađanje zadane snage u zagrijanoj okolini i isključuju mogućnost abnormalnih načina rada.

Napajanje trofaznog sustava elektroda u spoju zvijezda:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Opskrba trofaznog elektrodnog sustava s trokutnim spojem:

P = 3U2l / Re

Pri zadanom naponu Ul energetski sustav elektroda P određen je faznim otporom Rf, koji je otpor grijaćeg tijela zatvorenog između elektroda koje tvore fazu. Oblik i veličina tijela ovisi o obliku, veličini i udaljenosti između elektroda. Za najjednostavniji elektrodni sustav s ravnim elektrodama, svaki b, visina h i razmak između njih:

Rf = pl / S = pl / (bh)

gdje su l, b, h geometrijski parametri planparalelnog sustava.

Za složene sustave, ovisnost Re o geometrijskim parametrima nije tako lako izraziti. U općem slučaju, može se prikazati kao Rf = s x ρ, gdje je c koeficijent određen geometrijskim parametrima sustava elektroda (može se odrediti iz referentnih knjiga).

Dimenzije elektroda za osiguranje tražene vrijednosti Rf, mogu se izračunati ako je poznat analitički opis električnog polja između elektroda, kao i ovisnost p o čimbenicima koji ga određuju (temperatura, tlak itd.).

Geometrijski koeficijent sustava elektroda nalazi se kao k = Re h / ρ

Snaga bilo kojeg trofaznog sustava elektroda može se prikazati kao P = 3U2h / (ρ k)

Osim toga, važno je osigurati pouzdanost sustava elektroda, isključiti oštećenje proizvoda i električni kvar između elektroda. Ti se uvjeti zadovoljavaju ograničenjem jakosti polja u međuelektrodnom prostoru, gustoćom struje na elektrodama i pravilnim izborom materijala elektrode.

Dopuštena jakost električnog polja u međuelektrodnom prostoru ograničena je zahtjevom da se spriječi električni proboj između elektroda i poremeti rad instalacija. Dopušteno naprezanje Eadd polja su odabrana prema dielektričnoj čvrstoći Epr polja su odabrana prema dielektričnoj čvrstoći Epr materijala, uzimajući u obzir faktor sigurnosti: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Vrijednost Edon određuje udaljenost između elektroda:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

gdje je Jadd - dopuštena gustoća struje na elektrodama, ρt je otpor vode na radnoj temperaturi.

Prema iskustvu dizajna i rada elektrodnih grijača vode, vrijednost Edon se uzima u rasponu (125 ... 250) x 102 W / m, minimalna vrijednost odgovara otporu vode na temperaturi od 20 O. Na manje od 20 Ohm x m, najveći je otpor vode na temperaturi od 20 OC veći od 100 Ohm x m.

Dopuštena gustoća struje ograničena je zbog mogućnosti onečišćenja zagrijanog okoliša štetnim produktima elektrolize na elektrodama i razgradnje vode na vodik i kisik koji u smjesi stvaraju eksplozivan plin.

Dopuštena gustoća struje određena je formulom:

Jadd = Edop / ρT,

gdje je ρt otpor vode na konačnoj temperaturi.

Maksimalna gustoća struje:

Jmax = kn AzT / C,

gdje je kn = 1,1 ... 1,4 - koeficijent koji uzima u obzir neravnomjernost gustoće struje na površini elektrode, Azt je jakost radne struje koja teče iz elektrode na konačnoj temperaturi, C je područje aktivnu površinu elektrode.

U svim slučajevima mora biti ispunjen sljedeći uvjet:

DžaNS dodati

Materijali elektroda moraju biti elektrokemijski neutralni (inertni) u odnosu na grijanu okolinu. Neprihvatljivo je izrađivati ​​elektrode od aluminija ili pocinčanog čelika. Najbolji materijali za elektrode su titan, nehrđajući čelik, električni grafit, grafitizirani čelici. Pri zagrijavanju vode za tehnološke potrebe koristi se obični (crni) ugljični čelik. Takva voda nije za piće.

Podešavanje snage elektrodnog sustava moguće promjenom U i R vrijednosti... Najčešće se pri podešavanju snage elektrodnog sustava pribjegava promjeni radne visine elektroda (površina aktivnog površina elektroda) uvođenjem dielektričnih zastora između elektroda ili promjenom geometrijskog koeficijenta elektrodnog sustava (određuje se priručnicima ovisno o dijagramima elektrodnih sustava).