Elektrodeoppvarming av flytende medier

Metode for oppvarming av en elektrode som brukes til oppvarming av ledninger II mil: vann, melk, frukt- og bærjuice, jord, betong, etc. Elektrodeoppvarming er utbredt i elektrodekjeler, kjeler for varmt vann og damp, samt i prosessene med pasteurisering og sterilisering av flytende og våte medier, varmebehandling av fôr.

Materialet plasseres mellom elektrodene og varmes opp av en elektrisk strøm som går gjennom materialet fra den ene elektrode til den andre. Elektrodeoppvarming regnes som direkte oppvarming - her fungerer materialet som et medium der elektrisk energi omdannes til varme.

Elektrodeoppvarming er den enkleste og mest økonomiske måten å varme materialer på; det krever ikke spesielle strømforsyninger eller varmeovner laget av dyre legeringer.

Elektrodene leverer strøm til mediet som skal varmes opp, og de selv blir praktisk talt ikke oppvarmet av strømmen. Elektroder er laget av ikke-mangelfulle materialer, oftest metaller, men de kan også være ikke-metalliske (grafitt, karbon). For å unngå elektrolyse, bruk kun vekselstrøm.

Konduktiviteten til våte materialer bestemmes av vanninnholdet, derfor vil elektrodeoppvarming i det følgende bli vurdert hovedsakelig for oppvarming av vann, men de gitte avhengighetene er også anvendelige for oppvarming av andre våte medier.

Oppvarming i en elektrolytt

I maskinteknikk og reparasjonsproduksjon bruker de oppvarming i en elektrolytt... Metallproduktet (del) legges i et elektrolyttbad (5-10 % løsning Na2CO3 og andre) og kobles til den negative polen til likestrømskilden. Som et resultat av elektrolyse frigjøres hydrogen ved katoden og oksygen ved anoden. Laget av hydrogenbobler som dekker delen representerer en høy strømmotstand. Det meste av varmen slippes ut i den, og varmer opp delen. Ved anoden, som har mye større overflate, er strømtettheten lav. Under visse forhold varmes delen opp av elektriske utladninger som oppstår i hydrogenlaget. Gasslaget fungerer samtidig som termisk isolasjon, og forhindrer at delens elektrolytt avkjøles.

Fordelen med oppvarming i elektrolytten er en betydelig energitetthet (opptil 1 kW / cm2), som gir høy oppvarmingshastighet. Dette oppnås imidlertid gjennom økt strømforbruk.

Elektrisk motstand av ledninger II mil

Ledere II-type kalt elektrolytter... De inkluderer vandige løsninger av syrer, baser, salter, samt ulike væske- og fuktighetsholdige materialer (melk, våtfôr, jord).

Destillert vann er tilgjengelig elektrisk motstand ca 104 ohm x m og leder praktisk talt ikke strøm, og kjemisk rent vann er et godt dielektrikum. "Vanlig" vann inneholder oppløste salter og andre kjemiske forbindelser hvis molekyler dissosieres i vann til ioner, og gir ionisk (elektrolytt) ledningsevne.Den spesifikke elektriske motstanden til vann avhenger av konsentrasjonen av salter og kan tilnærmet bestemmes av den empiriske formelen

p20 = 8 x 10 / C,

hvor p20 — spesifikk motstand av vann ved 200 C, Ohm x m, C — total konsentrasjon av salter, mg/g

Atmosfærisk vann inneholder ikke mer enn 50 mg/l oppløste salter, elvevann - 500 - 600 mg/l, grunnvann - fra 100 mg/l til flere gram per liter. De vanligste verdiene for effektiv elektrisk motstand p20 for vann er i området 10 - 30 Ohm x m.

Elektrisk motstand til ledere av type II avhenger betydelig av temperaturen. Når den øker, øker graden av dissosiasjon av saltmolekyler til ioner og deres mobilitet, som et resultat av at ledningsevnen øker og motstanden reduseres. For enhver temperatur T før starten av merkbar fordampning, bestemmes den spesifikke elektriske ledningsevnen til vann, Ohm x m -1, av den lineære avhengigheten

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

hvor y20 — spesifikk ledningsevne for vann ved en temperatur på 20 o C, a — temperatur konduktivitetskoeffisient lik 0,025 — 0,035 o° C-1.

I tekniske beregninger bruker de vanligvis motstand fremfor ledningsevne.

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

og dens forenklede avhengighet p (t), tar a = 0,025 o° C-1.

Deretter bestemmes vannmotstanden av formelen

pt = 40 p20 / (t +20)

I temperaturområdet 20 - 100 OS øker vannmotstanden 3 - 5 ganger, samtidig endrer strømmen som forbrukes av nettverket.Dette er en av de betydelige ulempene med elektrodeoppvarming, noe som fører til en overvurdering av tverrsnittet til forsyningsledningene og kompliserer beregningen av elektrodevarmeinstallasjoner.

Den spesifikke motstanden til vann adlyder avhengighet (1) bare før starten av merkbar fordampning, hvis intensitet avhenger av trykket og strømtettheten i elektrodene. Damp er ikke en strømleder og derfor øker motstanden til vann under fordampning. I beregningene er dette tatt i betraktning av koeffisienten bv avhengig av trykk og strømtetthet:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

hvor desktop m — spesifikk motstand av blandingen vann — damp, strc — spesifikk motstand av vann uten merkbar fordampning, a — en konstant lik 0,925 for vann, k — verdi avhengig av trykket i kjelen (du kan ta k = 1,5 ), J — strømtetthet på elektrodene, A / cm2.

Ved normalt trykk er fordampningseffekten effektiv ved temperaturer over 75 °C. For dampkjeler når koeffisienten b en verdi på 1,5.

Elektrodesystemer og deres parametere

Elektrodesystem - et sett med elektroder, koblet på en bestemt måte til hverandre og til strømforsyningsnettverket, designet for å levere strøm til det oppvarmede miljøet.

Parametrene til elektrodesystemer er: antall faser, form, størrelse, antall og materiale på elektrodene, avstand mellom dem, elektrisk krets forbindelser («stjerne», «delta», blandet forbindelse, etc.).

Ved beregning av elektrodesystemer bestemmes deres geometriske parametere, som sikrer frigjøring av en gitt kraft i det oppvarmede miljøet og utelukker muligheten for unormale moduser.

Levere et trefaset elektrodesystem i stjernekobling:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Levere et trefaset elektrodesystem med deltaforbindelse:

P = 3U2l / Re

Ved en gitt spenning bestemmes Ul effektelektrodesystem P av fasemotstanden Rf, som er motstanden til varmelegemet lukket mellom elektrodene som danner fasen. Formen og størrelsen på kroppen avhenger av formen, størrelsen og avstanden mellom elektrodene. For det enkleste elektrodesystemet med flate elektroder hver b, høyde h og avstanden mellom dem:

Rf = pl / S = pl / (bh)

hvor, l, b, h — geometriske parametere for det plan-parallelle systemet.

For komplekse systemer virker ikke avhengigheten til Re av geometriske parametere så lett å uttrykke. I det generelle tilfellet kan det representeres som Rf = s x ρ, hvor c er en koeffisient bestemt av de geometriske parameterne til elektrodesystemet (kan bestemmes fra referansebøker).

Dimensjoner på elektrodene for å sikre den nødvendige verdien Rf, kan beregnes dersom den analytiske beskrivelsen av det elektriske feltet mellom elektrodene er kjent, samt avhengigheten p av faktorene som bestemmer det (temperatur, trykk, etc.).

Den geometriske koeffisienten til elektrodesystemet er funnet som k = Re h / ρ

Kraften til ethvert trefaset elektrodesystem kan representeres som P = 3U2h / (ρ k)

I tillegg er det viktig å sikre påliteligheten til elektrodesystemet, for å utelukke produktskade og elektrisk sammenbrudd mellom elektrodene. Disse betingelsene oppfylles ved å begrense feltstyrken i interelektroderommet, strømtettheten på elektrodene og riktig valg av elektrodemateriale.

Den tillatte styrken til det elektriske feltet i interelektroderommet er begrenset av kravet om å forhindre elektrisk sammenbrudd mellom elektrodene og forstyrre driften av installasjonene. Tillatt spenning Eadd feltene velges i henhold til den dielektriske styrken Epr feltene velges i henhold til den dielektriske styrken Epr til materialet, tar hensyn til sikkerhetsfaktoren: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Edon-verdien bestemmer avstanden mellom elektrodene:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

der Jadd — tillatt strømtetthet på elektrodene, ρt er motstanden til vann ved driftstemperatur.

I henhold til erfaringen med design og drift av elektrodevannvarmere, er verdien av Edon tatt i området (125 ... 250) x 102 W / m, minimumsverdien tilsvarer motstanden til vann ved en temperatur på 20 О. Ved mindre enn 20 Ohm x m er maksimum motstanden til vann ved en temperatur på 20 OC mer enn 100 Ohm x m.

Den tillatte strømtettheten er begrenset på grunn av muligheten for forurensning av det oppvarmede miljøet med skadelige produkter av elektrolyse ved elektrodene og dekomponering av vann til hydrogen og oksygen, som danner en eksplosiv gass i blandingen.

Den tillatte strømtettheten bestemmes av formelen:

Jadd = Edop / ρT,

hvor ρt er vannmotstanden ved slutttemperaturen.

Maksimal strømtetthet:

Jmax = kn AzT / C,

hvor, kn = 1,1 ... 1,4 — en koeffisient som tar hensyn til ujevnheten i strømtettheten på overflaten av elektroden, Azt er styrken til arbeidsstrømmen som strømmer fra elektroden ved slutttemperaturen, C er arealet av den aktive overflaten til elektroden.

I alle tilfeller må følgende vilkår være oppfylt:

ДжаNS legge til

Elektrodematerialer må være elektrokjemisk nøytrale (inerte) med hensyn til det oppvarmede miljøet. Det er uakseptabelt å lage elektroder av aluminium eller galvanisert stål. De beste materialene for elektroder er titan, rustfritt stål, elektrisk grafitt, grafitisert stål. Ved oppvarming av vann til teknologiske behov brukes vanlig (svart) karbonstål. Slikt vann er ikke egnet til å drikke.

Justering av kraften til elektrodesystemet mulig ved å endre U- og R-verdiene... Som oftest, når de justerer kraften til elektrodesystemene, tyr de til å endre arbeidshøyden til elektrodene (området til de aktive) overflaten til elektrodene) ved å innføre dielektriske skjermer mellom elektrodene eller endring av den geometriske koeffisienten til elektrodesystemet (bestemt av referansebøker avhengig av diagrammene til elektrodesystemene).