Skystos terpės kaitinimas elektrodu

Elektrodo, naudojamo laidų šildymui II mil, šildymo būdas: vanduo, pienas, vaisių ir uogų sultys, žemė, betonas ir kt. Elektrodų šildymas plačiai paplitęs elektrodiniuose katiluose, karšto vandens ir garo katiluose, taip pat skystų ir drėgnų terpių pasterizavimo ir sterilizavimo, pašarų terminio apdorojimo procesuose.

Medžiaga dedama tarp elektrodų ir kaitinama elektros srove, einanti per medžiagą iš vieno elektrodo į kitą. Elektrodų šildymas laikomas tiesioginiu šildymu - čia medžiaga tarnauja kaip terpė, kurioje elektros energija paverčiama šiluma.

Šildymas elektrodu yra paprasčiausias ir ekonomiškiausias būdas šildyti medžiagas; tam nereikia specialių maitinimo šaltinių ar šildytuvų iš brangių lydinių.

Elektrodai tiekia srovę į šildomą terpę, o patys jie praktiškai nešildomi srovės. Elektrodai gaminami iš medžiagų, kuriose nėra deficito, dažniausiai metalų, tačiau gali būti ir nemetalinių (grafito, anglies). Kad išvengtumėte elektrolizės, naudokite tik kintamoji srovė.

Drėgnų medžiagų laidumą lemia vandens kiekis, todėl toliau elektrodų šildymas daugiausia bus svarstomas vandens šildymui, tačiau pateiktos priklausomybės taikomos ir kitoms drėgnoms terpėms šildyti.

Šildymas elektrolite

Mechaninės inžinerijos ir remonto gamyboje naudoja šildymą elektrolite... Metalo gaminys (detalė) dedamas į elektrolito vonią (5-10% tirpalas Na2CO3 ir kt.) ir prijungiamas prie nuolatinės srovės šaltinio neigiamo poliaus. Dėl elektrolizės katode išsiskiria vandenilis, o anode – deguonis. Dalį dengiantis vandenilio burbuliukų sluoksnis rodo didelę srovės varžą. Į jį išleidžiama didžioji dalis šilumos, kaitinant dalį. Prie anodo, kurio paviršiaus plotas daug didesnis, srovės tankis yra mažas. Tam tikromis sąlygomis dalis šildoma elektros iškrovomis, atsirandančiomis vandenilio sluoksnyje. Dujų sluoksnis tuo pačiu tarnauja ir kaip šilumos izoliacija, neleidžianti detalės elektrolitui atvėsti.

Šildymo elektrolite pranašumas yra didelis energijos tankis (iki 1 kW / cm2), kuris užtikrina aukštą šildymo greitį. Tačiau tai pasiekiama padidinus energijos suvartojimą.

Laidų elektros varža II mln

II tipo laidininkai vadinami elektrolitais... Jie apima vandeninius rūgščių, bazių, druskų tirpalus, taip pat įvairias skystas ir drėgmės turinčias medžiagas (pieną, šlapius pašarus, dirvą).

Galima įsigyti distiliuoto vandens elektrinė varža apie 104 omų x m ir praktiškai nelaidi elektros, o chemiškai grynas vanduo yra geras dielektrikas. „Paprastame“ vandenyje yra ištirpusių druskų ir kitų cheminių junginių, kurių molekulės vandenyje disocijuoja į jonus, suteikdamos joninį (elektrolitų) laidumą.Savitoji vandens elektrinė varža priklauso nuo druskų koncentracijos ir gali būti apytiksliai nustatoma pagal empirinę formulę

p20 = 8 x 10 / C,

kur p20 – specifinis vandens atsparumas 200 C temperatūroje, Ohm x m, C – bendra druskų koncentracija, mg/g

Atmosferiniame vandenyje ištirpusių druskų yra ne daugiau kaip 50 mg/l, upių – 500 – 600 mg/l, gruntiniame – nuo ​​100 mg/l iki kelių gramų litre. Dažniausios vandens efektyvios elektrinės varžos p20 vertės yra 10–30 omų x m.

II tipo laidininkų elektros varža labai priklauso nuo temperatūros. Jam didėjant, didėja druskos molekulių disociacijos į jonus laipsnis ir jų judrumas, dėl to didėja laidumas ir mažėja varža. Bet kokiai temperatūrai T prieš prasidedant pastebimam garavimui, savitasis vandens elektrinis laidumas, Ohm x m -1, nustatomas pagal tiesinę priklausomybę.

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

čia y20 — savitasis vandens laidumas esant 20 o C temperatūrai, a — temperatūros laidumo koeficientas lygus 0,025 — 0,035 o° C-1.

Inžineriniuose skaičiavimuose jie dažniausiai naudoja atsparumą, o ne laidumą.

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

ir jos supaprastinta priklausomybė p (t), imant a = 0,025 o° C-1.

Tada atsparumas vandeniui nustatomas pagal formulę

pt = 40 p20 / (t +20)

Temperatūros diapazone 20 - 100 OS atsparumas vandeniui padidėja 3 - 5 kartus, tuo pačiu metu keičiasi ir tinklo suvartojama galia.Tai yra vienas iš reikšmingų elektrodų šildymo trūkumų, dėl kurių pervertinamas maitinimo laidų skerspjūvis ir apsunkinamas elektrodų šildymo įrenginių skaičiavimas.

Specifinė vandens varža priklausomybei (1) paklūsta tik prieš prasidedant pastebimam garavimui, kurio intensyvumas priklauso nuo slėgio ir srovės tankio elektroduose. Garai nėra srovės laidininkas, todėl garuojant didėja vandens varža. Atliekant skaičiavimus, į tai atsižvelgiama pagal koeficientą bv, priklausantį nuo slėgio ir srovės tankio:

darbalaukio pcm = strv b = pv a e k J

kur darbastalis m — specifinis mišinio atsparumas vanduo — garai, strc — savitasis vandens atsparumas be pastebimo garavimo, a — konstanta lygi 0,925 vandeniui, k — vertė, priklausanti nuo slėgio katile (galite paimti k = 1,5 ), J — srovės tankis ant elektrodų, A / cm2.

Esant normaliam slėgiui, garavimo efektas yra veiksmingas aukštesnėje nei 75 °C temperatūroje. Garo katilams koeficientas b siekia 1,5.

Elektrodų sistemos ir jų parametrai

Elektrodų sistema - elektrodų rinkinys, tam tikru būdu sujungtas vienas su kitu ir prie maitinimo tinklo, skirtas tiekti srovę į šildomą aplinką.

Elektrodų sistemų parametrai yra šie: fazių skaičius, forma, dydis, elektrodų skaičius ir medžiaga, atstumas tarp jų, elektros grandinė jungtys („žvaigždė“, „delta“, mišrus ryšys ir kt.).

Skaičiuojant elektrodų sistemas, nustatomi jų geometriniai parametrai, kurie užtikrina tam tikros galios išsiskyrimą šildomoje aplinkoje ir pašalina nenormalių režimų galimybę.

Trifazių elektrodų sistemos tiekimas žvaigždutėje:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Trifazių elektrodų sistemos tiekimas su trikampio jungtimi:

P = 3U2l / Re

Esant tam tikrai įtampai Ul galios elektrodų sistema P nustatoma pagal fazės varžą Rf, kuri yra šildymo korpuso, uždaro tarp fazę sudarančių elektrodų, varža. Kūno forma ir dydis priklauso nuo formos, dydžio ir atstumo tarp elektrodų. Paprasčiausiai elektrodų sistemai su plokščiais elektrodais kiekvienas b, aukštis h ir atstumas tarp jų:

Rf = pl / S = pl / (bh)

čia, l, b, h — plokštumos lygiagrečios sistemos geometriniai parametrai.

Sudėtingose ​​sistemose Re priklausomybė nuo geometrinių parametrų neatrodo taip lengva išreikšti. Bendruoju atveju jis gali būti pavaizduotas kaip Rf = s x ρ, kur c yra koeficientas, nustatomas pagal elektrodų sistemos geometrinius parametrus (gali būti nustatytas iš žinynų).

Elektrodų matmenys, užtikrinantys reikiamą reikšmę Rf, gali būti apskaičiuojami, jei žinomas elektrinio lauko tarp elektrodų analitinis aprašymas, taip pat priklausomybė p nuo jį lemiančių veiksnių (temperatūra, slėgis ir kt.).

Elektrodų sistemos geometrinis koeficientas randamas kaip k = Re h / ρ

Bet kurios trifazės elektrodų sistemos galia gali būti pavaizduota kaip P = 3U2h / (ρ k)

Be to, svarbu užtikrinti elektrodų sistemos patikimumą, išvengti gaminio pažeidimo ir elektros gedimo tarp elektrodų. Šios sąlygos tenkinamos ribojant lauko stiprumą tarpelektrodinėje erdvėje, srovės tankį ant elektrodų ir teisingai parinkus elektrodo medžiagą.

Leistinas elektrinio lauko stiprumas tarpelektrodų erdvėje ribojamas reikalavimo neleisti elektros skilimui tarp elektrodų ir sutrikdyti įrenginių darbą. Leistinas įtempis Eadd Laukai parenkami pagal dielektrinį stiprumą Epr laukai parenkami pagal medžiagos dielektrinį stiprumą Epr, atsižvelgiant į saugos koeficientą: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Edono vertė nustato atstumą tarp elektrodų:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

čia Jadd – leistinas srovės tankis ant elektrodų, ρt – vandens varža darbinėje temperatūroje.

Remiantis elektrodinių vandens šildytuvų projektavimo ir eksploatavimo patirtimi, Edono vertė imama diapazone (125 ... 250) x 102 W / m, mažiausia vertė atitinka vandens atsparumą 20 ° C temperatūroje. О. Esant mažesniam nei 20 omų x m, didžiausias yra vandens atsparumas esant 20 OC temperatūrai daugiau nei 100 omų x m.

Leistinas srovės tankis yra ribojamas dėl galimybės užteršti šildomą aplinką kenksmingais elektrolizės produktais prie elektrodų ir vandens skilimo į vandenilį ir deguonį, kurie mišinyje sudaro sprogias dujas.

Leistinas srovės tankis nustatomas pagal formulę:

Jadd = Edop / ρT,

čia ρt – atsparumas vandeniui galutinėje temperatūroje.

Didžiausias srovės tankis:

Jmax = kn AzT / C,

čia, kn = 1,1 ... 1,4 — koeficientas, atsižvelgiant į srovės tankio netolygumus elektrodo paviršiuje, Azt yra darbinės srovės, tekančios iš elektrodo, stipris galutinėje temperatūroje, C plotas aktyvusis elektrodo paviršius.

Visais atvejais turi būti įvykdyta ši sąlyga:

ДжаNS pridūrė

Elektrodų medžiagos turi būti elektrochemiškai neutralios (inertiškos) šildomos aplinkos atžvilgiu. Nepriimtina elektrodus gaminti iš aliuminio arba cinkuoto plieno. Geriausios medžiagos elektrodams yra titanas, nerūdijantis plienas, elektrinis grafitas, grafitizuoti plienai. Šildant vandenį technologinėms reikmėms naudojamas įprastas (juodasis) anglinis plienas. Toks vanduo netinka gerti.

Elektrodų sistemos galios reguliavimas galimas keičiant U ir R reikšmes... Dažniausiai, reguliuojant elektrodų sistemų galią, imamasi keisti elektrodų darbinį aukštį (aktyviosios zonos plotą). elektrodų paviršius) tarp elektrodų įvedant dielektrinius ekranus arba keičiant elektrodų sistemos geometrinį koeficientą (nustatomas žinynais, atsižvelgiant į elektrodų sistemų diagramas).