Elektródový ohrev kvapalného média

Spôsob ohrevu elektródy používanej na ohrev drôtov II mil: voda, mlieko, ovocné a bobuľové šťavy, pôda, betón atď. Ohrev elektród je rozšírený v elektródových kotloch, kotloch na horúcu vodu a paru, ako aj v procesoch pasterizácie a sterilizácie tekutých a mokrých médií, tepelného spracovania krmiva.

Materiál je umiestnený medzi elektródami a zahrievaný elektrickým prúdom prechádzajúcim materiálom z jednej elektródy na druhú. Ohrev elektródy sa považuje za priamy ohrev - tu materiál slúži ako médium, v ktorom sa elektrická energia premieňa na teplo.

Ohrev elektród je najjednoduchší a najhospodárnejší spôsob ohrevu materiálov; nevyžaduje špeciálne napájacie zdroje ani ohrievače vyrobené z drahých zliatin.

Elektródy dodávajú prúd do média, ktoré sa má ohrievať, a samotné sa prúdom prakticky neohrievajú. Elektródy sú vyrobené z nedefektných materiálov, najčastejšie kovov, ale môžu byť aj nekovové (grafit, uhlík). Aby ste predišli elektrolýze, používajte iba striedavý prúd.

Vodivosť mokrých materiálov je určená obsahom vody, preto bude v ďalšom uvažovaný ohrev elektródou hlavne pre ohrev vody, ale uvedené závislosti sú použiteľné aj pre ohrev iných mokrých médií.

Zahrievanie v elektrolyte

V strojárskej a opravárenskej výrobe využívajú ohrev v elektrolyte... Kovový výrobok (diel) sa vloží do elektrolytického kúpeľa (5-10% roztok Na2CO3 a iné) a pripojí sa na záporný pól zdroja jednosmerného prúdu. V dôsledku elektrolýzy sa na katóde uvoľňuje vodík a na anóde kyslík. Vrstva vodíkových bublín pokrývajúca diel predstavuje vysoký prúdový odpor. Väčšina tepla sa uvoľňuje do nej, čím sa časť zahrieva. Na anóde, ktorá má oveľa väčšiu plochu, je prúdová hustota nízka. Za určitých podmienok sa časť zahrieva elektrickými výbojmi, ktoré sa vyskytujú vo vodíkovej vrstve. Plynová vrstva zároveň slúži ako tepelná izolácia, ktorá zabraňuje ochladzovaniu elektrolytu dielca.

Výhodou ohrevu v elektrolyte je značná hustota energie (až 1 kW / cm2), ktorá poskytuje vysokú rýchlosť ohrevu. To sa však dosiahne zvýšenou spotrebou energie.

Elektrický odpor vodičov II mil

Vodiče II typu nazývané elektrolyty... Patria sem vodné roztoky kyselín, zásad, solí, ako aj rôzne tekuté a vlhkosť obsahujúce materiály (mlieko, vlhké krmivo, pôda).

K dispozícii je destilovaná voda elektrický odpor asi 104 ohm x m a prakticky nevedie elektrinu a chemicky čistá voda je dobré dielektrikum. „Obyčajná“ voda obsahuje rozpustené soli a iné chemické zlúčeniny, ktorých molekuly sa vo vode disociujú na ióny, čím vzniká iónová (elektrolytová) vodivosť.Špecifický elektrický odpor vody závisí od koncentrácie solí a dá sa približne určiť empirickým vzorcom

p20 = 8 x 10 / C,

kde p20 — špecifický odpor vody pri 200 C, Ohm x m, C — celková koncentrácia solí, mg / g

Atmosférická voda obsahuje najviac 50 mg/l rozpustených solí, riečna voda — 500 – 600 mg/l, podzemná voda — od 100 mg/l do niekoľkých gramov na liter. Najbežnejšie hodnoty efektívneho elektrického odporu p20 pre vodu sú v rozsahu 10 — 30 Ohm x m.

Elektrický odpor vodičov typu II výrazne závisí od teploty. Pri jeho zvyšovaní sa zvyšuje stupeň disociácie molekúl solí na ióny a ich pohyblivosť, v dôsledku čoho sa zvyšuje vodivosť a znižuje sa odpor. Pre akúkoľvek teplotu T pred začiatkom citeľného vyparovania je špecifická elektrická vodivosť vody, Ohm x m -1, určená lineárnou závislosťou.

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

kde y20 — merná vodivosť vody pri teplote 20 o C, a — teplotný koeficient vodivosti rovný 0,025 — 0,035 o° C-1.

V inžinierskych výpočtoch zvyčajne používajú skôr odpor ako vodivosť.

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

a jeho zjednodušená závislosť p (t), pričom a = 0,025 o° C-1.

Potom je odolnosť voči vode určená vzorcom

pt = 40 p20 / (t +20)

V rozsahu teplôt 20 — 100 OS sa odolnosť voči vode zvyšuje 3 — 5-krát, súčasne sa mení výkon spotrebovaný sieťou.Toto je jedna z významných nevýhod ohrevu elektród, čo vedie k nadhodnoteniu prierezu napájacích vodičov a komplikuje výpočet inštalácií ohrevu elektród.

Špecifický odpor vody podlieha závislosti (1) len pred začiatkom citeľného vyparovania, ktorého intenzita závisí od tlaku a prúdovej hustoty v elektródach. Para nie je vodičom prúdu a preto sa odpor vody pri vyparovaní zvyšuje. Vo výpočtoch sa to berie do úvahy koeficientom bv v závislosti od tlaku a hustoty prúdu:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

kde desktop m — merný odpor zmesi voda — para, strc — merný odpor vody bez viditeľného vyparovania, a — konštanta rovná 0,925 pre vodu, k — hodnota v závislosti od tlaku v kotle (môžete vziať k = 1,5 ), J — hustota prúdu na elektródach, A / cm2.

Pri normálnom tlaku je efekt vyparovania účinný pri teplotách nad 75 °C. Pre parné kotly koeficient b dosahuje hodnotu 1,5.

Elektródové systémy a ich parametre

Elektródový systém — sústava elektród, ktoré sú určitým spôsobom spojené medzi sebou a do napájacej siete, určené na dodávanie prúdu do vyhrievaného prostredia.

Parametre elektródových systémov sú: počet fáz, tvar, veľkosť, počet a materiál elektród, vzdialenosť medzi nimi, elektrický obvod spojenia («hviezda», «trojuholník», zmiešané spojenie atď.).

Pri výpočte elektródových systémov sa určujú ich geometrické parametre, ktoré zabezpečujú uvoľnenie daného výkonu vo vykurovanom prostredí a vylučujú možnosť abnormálnych režimov.

Napájanie trojfázového elektródového systému v zapojení do hviezdy:

P = U2l/Rf = 3Uf/Re

Napájanie trojfázového elektródového systému s trojuholníkovým pripojením:

P = 3U2l/Re

Pri danom napätí Ul výkonovej elektródovej sústavy P je určený fázový odpor Rf, čo je odpor výhrevného telesa uzavretého medzi elektródami tvoriacimi fázu. Tvar a veľkosť tela závisí od tvaru, veľkosti a vzdialenosti medzi elektródami. Pre najjednoduchší elektródový systém s plochými elektródami každá b, výška h a vzdialenosť medzi nimi:

Rf = pl / S = pl / (bh)

kde l, b, h — geometrické parametre planparalelného systému.

Pre zložité systémy sa závislosť Re na geometrických parametroch nezdá byť tak jednoduché vyjadriť. Vo všeobecnom prípade môže byť vyjadrený ako Rf = s x ρ, kde c je koeficient určený geometrickými parametrami elektródového systému (dá sa určiť z referenčných kníh).

Rozmery elektród na zabezpečenie požadovanej hodnoty Rf je možné vypočítať, ak je známy analytický popis elektrického poľa medzi elektródami, ako aj závislosť p od faktorov, ktoré ho určujú (teplota, tlak a pod.).

Geometrický koeficient elektródového systému sa zistí ako k = Re h / ρ

Výkon akéhokoľvek trojfázového elektródového systému môže byť vyjadrený ako P = 3U2h / (ρ k)

Okrem toho je dôležité zabezpečiť spoľahlivosť elektródového systému, aby sa vylúčilo poškodenie produktu a elektrické prerušenie medzi elektródami. Tieto podmienky sú splnené obmedzením intenzity poľa v medzielektródovom priestore, prúdovou hustotou na elektródach a správnou voľbou materiálu elektród.

Prípustná sila elektrického poľa v medzielektródovom priestore je obmedzená požiadavkou zabrániť elektrickému prierazu medzi elektródami a narušiť prevádzku inštalácií. Prípustné napätie Eadd polia sa vyberajú podľa dielektrickej pevnosti Epr polia sa vyberajú podľa dielektrickej pevnosti Epr materiálu, pričom sa berie do úvahy bezpečnostný faktor: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Hodnota Edon určuje vzdialenosť medzi elektródami:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

kde Jadd — prípustná hustota prúdu na elektródach, ρt je odpor vody pri prevádzkovej teplote.

Podľa skúseností z konštrukcie a prevádzky elektródových ohrievačov vody sa hodnota Edon berie v rozmedzí (125 ... 250) x 102 W / m, minimálna hodnota zodpovedá odporu vody pri teplote 20 О. Pri menej ako 20 Ohm x m je maximálny odpor vody pri teplote 20 OC viac ako 100 Ohm x m.

Prípustná prúdová hustota je obmedzená z dôvodu možnosti kontaminácie vykurovaného prostredia škodlivými produktmi elektrolýzy na elektródach a rozkladu vody na vodík a kyslík, ktoré v zmesi tvoria výbušný plyn.

Prípustná prúdová hustota je určená vzorcom:

Jadd = Edop / ρT,

kde ρt je odolnosť voči vode pri konečnej teplote.

Maximálna hustota prúdu:

Jmax = kn AzT / C,

kde, kn = 1,1 ... 1,4 — koeficient zohľadňujúci nerovnomernosť prúdovej hustoty na povrchu elektródy, Azt je sila pracovného prúdu tečúceho z elektródy pri konečnej teplote, C je plocha aktívny povrch elektródy.

Vo všetkých prípadoch musia byť splnené nasledujúce podmienky:

ДжаNS pridať

Materiály elektród musia byť elektrochemicky neutrálne (inertné) vzhľadom na vyhrievané prostredie. Je neprijateľné vyrábať elektródy z hliníka alebo pozinkovanej ocele. Najlepšie materiály pre elektródy sú titán, nehrdzavejúca oceľ, elektrický grafit, grafitizované ocele. Pri ohreve vody pre technologické potreby sa používa obyčajná (čierna) uhlíková oceľ. Takáto voda nie je vhodná na pitie.

Nastavenie výkonu elektródového systému je možné zmenou hodnôt U a R... Najčastejšie sa pri nastavovaní výkonu elektródových systémov uchyľuje k zmene pracovnej výšky elektród (oblasť aktívneho povrchu elektród) zavedením dielektrických tienenia medzi elektródy alebo zmenou geometrického koeficientu elektródového systému (určeného podľa referenčných kníh v závislosti od schém elektródových systémov).