Електродно нагряване на течни среди

Метод за нагряване на електрод използвани за отоплителни проводници II мил: вода, мляко, плодови и ягодоплодни сокове, почва, бетон и др. Електродното отопление е широко разпространено в електродни бойлери, котли за гореща вода и пара, както и в процесите на пастьоризация и стерилизация на течни и влажни среди, термична обработка на фуражи.

Материалът се поставя между електродите и се нагрява с електрически ток, преминаващ през материала от един електрод към другия. Нагряването с електрод се счита за директно нагряване — тук материалът служи като среда, в която електрическата енергия се превръща в топлина.

Електродното отопление е най -простият и икономичен начин за нагряване на материали; не изисква специални захранвания или нагреватели, изработени от скъпи сплави.

Електродите подават ток към средата, която трябва да се нагрява, а самите те практически не се нагряват с тока. Електродите са изработени от недефицитни материали, най-често от метали, но могат да бъдат и неметални (графит, въглерод). За да се избегне електролизата, се използват само променлив ток.

Проводимостта на мокрите материали се определя от водното съдържание, следователно, по -нататък, електродното нагряване ще се разглежда главно за нагряване на вода, но дадените зависимости са приложими и за нагряване на други влажни среди.

Нагряване в електролит

В машиностроенето и ремонтното производство те използват нагряване в електролит… Металният продукт (част) се поставя в електролитна баня (5-10% разтвор) Na2CO3 и други) и свързани към отрицателния полюс на източника на постоянен ток. В резултат на електролизата се отделя водород на катода и кислород на анода. Слоят от водородни мехурчета, покриващи частта, представлява висока устойчивост на ток. По -голямата част от топлината се отделя в него, загрявайки частта. При анода, който има много по -голяма повърхност, плътността на тока е ниска. При определени условия частта се нагрява от електрически разряди, които възникват в слоя водород. Газовият слой в същото време служи като топлоизолация, предотвратявайки охлаждането на електролита на частта.

Предимството на нагряването в електролита е значителна енергийна плътност (до 1 kW / cm2), която осигурява висока скорост на нагряване. Това обаче се постига чрез повишена консумация на енергия.

Електрическо съпротивление на проводниците II мил

Диригенти II вид наречен електролити… Те включват водни разтвори на киселини, основи, соли, както и различни течни и влагосъдържащи материали (мляко, мокър фураж, почва).

Дестилирана вода има електрическо съпротивление около 104 ома x m и практически не провежда електрически ток, а химически чистата вода е добър диелектрик. «Обикновената» вода съдържа разтворени соли и други химични съединения, чиито молекули се дисоциират във вода на йони, придавайки йонна (електролитна проводимост). Специфичното електрическо съпротивление на водата зависи от концентрацията на соли и може приблизително да се определи чрез емпиричната формула

стр20 = 8 x 10 / С,

където стр20 — специфично съпротивление на водата при 200 С, Ом х m, С — обща концентрация на соли, mg / g

Атмосферната вода съдържа не повече от 50 mg / l разтворени соли, речната вода — 500 — 600 mg / l, подземните води — от 100 mg / l до няколко грама на литър. Най -често срещаните ценности приефективно електрическо съпротивление стр20 за вода са в диапазона 10 — 30 Ohm x m.

Електрическо съпротивление на проводниците II вид зависи значително от температурата. С увеличаването му се увеличава степента на дисоциация на солените молекули на йони и тяхната подвижност, в резултат на което проводимостта се увеличава, а съпротивлението намалява. За всякаква температура T преди началото на забележимо изпаряване, специфичната електрическа проводимост на водата, Ом x m -1, се определя от линейната зависимост

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

където y20 — специфична проводимост на водата при температура 20 o C, a — температурен коефициент на проводимост, равен на 0,025 — 0,035 o° С-1.

При техническите изчисления те обикновено използват съпротивление, а не проводимост.

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

и нейната опростена зависимост p (t), приемане а = 0,025 o° С-1.

Тогава съпротивлението на водата се определя по формулата

pt = 40 p20 / (t +20)

В температурния диапазон 20 — 100 ОС увеличаване на съпротивлението на водата 3 — 5 пъти, същото време променя консумираната от мрежата мощност. Това е един от съществените недостатъци на отоплението на електрода, което води до надценяване на напречното сечение на захранващите проводници и усложнява изчисляването на отоплителните инсталации на електрода.

Специфичното съпротивление на водата се подчинява на зависимост (1) само преди началото на забележимо изпаряване, чиято интензивност зависи от налягането и плътността на тока в електродите. Парата не е проводник на ток и следователно съпротивлението на водата се увеличава по време на изпаряване. При изчисленията това се взема предвид от коефициента бв зависимост от налягането и плътността на тока:

настолен компютърм = стрv b = pv a e k J

където настолен компютърm — специфично съпротивление на сместа вода — пара, стрc — специфично съпротивление на водата без забележимо изпаряване, а — константа, равна на 0,925 за вода, к — стойност в зависимост от налягането в котела (можете да вземете k = 1,5), J — плътност на тока върху електродите, A / cm2.

При нормално налягане ефектът на изпаряване е ефективен при температури над 75 ОВ. За парните котли коефициентът б достига стойност 1,5.

Електродни системи и техните параметри

Електродна система — набор от електроди, свързани по определен начин помежду си и с захранващата мрежа, предназначени за подаване на ток към нагрятата среда.

Параметрите на електродните системи са: брой фази, форма, размер, брой и материал на електродите, разстояние между тях, електрическа верига връзки («звезда», «делта», смесена връзка и т.н.).

При изчисляване на електродни системи се определят техните геометрични параметри, които осигуряват освобождаването на дадена мощност в нагрятата среда и изключват възможността за анормални режими.

Захранване на трифазна електродна система в звездна връзка:

P = U2l / Rf = 3Uf / Rе

Захранване на трифазна електродна система с делта връзка:

P = 3U2l / Rе

При дадено напрежение Uл захранване електродна система P се определя от фазовото съпротивление Rf, което е съпротивлението на нагревателното тяло, затворено между електродите, които образуват фазата. Формата и размерът на тялото зависи от формата, размера и разстоянието между електродите. За най -простата електродна система с плоски електроди всеки б, височина з и разстоянието между тях:

Rf = pl / S = pl / (bh)

където, л, б, з — геометрични параметри на плоскопаралелната система.

За сложни системи, зависимост Rе от геометрични параметри не изглежда толкова лесно да се изрази. В общия случай може да се представи като Rf = s x ρ, където c е коефициент, определен от геометричните параметри на електродната система (може да се определи от справочниците).

Размери на електродите за осигуряване на необходимата стойност Rф, може да се изчисли, ако е известно аналитичното описание на електрическото поле между електродите, както и зависимостта стр от факторите, които го определят (температура, налягане и др.).

Геометричният коефициент на електродната система се намира като k = Rе h / ρ

Силата на всяка трифазна електродна система може да бъде представена като P = 3U2h / (ρ k)

Освен това е важно да се гарантира надеждността на електродната система, да се изключат повреди на продукта и електрически срив между електродите. Тези условия са изпълнени чрез ограничаване на силата на полето в междуелектродното пространство, плътността на тока върху електродите и правилния избор на материала на електрода.

Допустимата сила на електрическото поле в междуелектродното пространство е ограничена от изискването за предотвратяване на електрически срив между електродите и нарушаване на работата на инсталациите. Допустимо напрежение Eдобавете полетата се избират според диелектричната якост Епр полетата се избират според диелектричната якост Epr на материала, като се вземе предвид коефициента на безопасност: Edop = Epr / (1.5 … 2)

Стойността на Edon определя разстоянието между електродите:

l = U / Edop = U / (Дждобавете ρT),

където Jadd — допустима плътност на тока върху електродите, ρt е съпротивлението на водата при работна температура.

Според опита на проектирането и експлоатацията на електродни бойлери, стойността на Edon се приема в диапазона (125 … 250) x 102 W / m, минималната стойност съответства на съпротивлението на водата при температура 20 ОПри по -малко от 20 Ohm x m максимумът е съпротивлението на водата при температура 20 ОС повече от 100 Ohm x m.

Допустимата плътност на тока е ограничена поради възможността от замърсяване на нагрятата среда с вредни продукти на електролиза при електродите и разлагане на вода във водород и кислород, които образуват експлозивен газ в сместа.

Допустимата плътност на тока се определя по формулата:

Jadd = Edop / ρT,

където ρt е съпротивлението на водата при крайната температура.

Максимална плътност на тока:

Jmax = kн АзT / С,

където, кn = 1,1 … 1,4 — коефициент, отчитащ неравномерността на плътността на тока по повърхността на електрода, Азt е силата на работния ток, протичащ от електрода при крайна температура, С е площта на активната повърхност на електрода.

Във всички случаи трябва да бъде изпълнено следното условие:

ДжаNS добавете

Материалите за електроди трябва да бъдат електрохимично неутрални (инертни) по отношение на нагрятата среда. Неприемливо е да се правят електроди от алуминий или поцинкована стомана. Най -добрите материали за електроди са титан, неръждаема стомана, електрически графит, графитирани стомани. При нагряване на вода за технологични нужди се използва обикновена (черна) въглеродна стомана. Такава вода не е подходяща за пиене.

Регулиране на мощността на електродната система възможно при промяна на стойностите U и R… Най -често при регулиране на мощността на електродните системи прибягват до промяна на работната височина на електродите (площта на активната повърхност на електродите) чрез въвеждане на диелектрични екрани между електродите или промяна на геометричния коефициент на електродната система (определено от справочници в зависимост от схемите на електродните системи).