Elektroduppvärmning av flytande media

Metod för uppvärmning av en elektrod som används för uppvärmning av trådar II mil: vatten, mjölk, frukt- och bärjuice, jord, betong, etc. Elektroduppvärmning är utbredd i elektrodpannor, pannor för varmvatten och ånga, såväl som i processerna för pastörisering och sterilisering av flytande och våta medier, värmebehandling av foder.

Materialet placeras mellan elektroderna och värms upp av en elektrisk ström som passerar genom materialet från en elektrod till den andra. Elektroduppvärmning anses vara direkt uppvärmning - här fungerar materialet som ett medium där elektrisk energi omvandlas till värme.

Elektroduppvärmning är det enklaste och mest ekonomiska sättet att värma material; det kräver inga speciella strömförsörjningar eller värmare gjorda av dyra legeringar.

Elektroderna levererar ström till mediet som ska värmas, och de själva värms praktiskt taget inte upp av strömmen. Elektroder är gjorda av icke-bristmaterial, oftast metaller, men de kan också vara icke-metalliska (grafit, kol). För att undvika elektrolys, använd endast växelström.

Konduktiviteten hos våta material bestäms av vattenhalten, därför kommer elektroduppvärmning i det följande att övervägas huvudsakligen för uppvärmning av vatten, men de givna beroendena är även tillämpliga för uppvärmning av andra våta medier.

Uppvärmning i en elektrolyt

Inom maskinteknik och reparationsproduktion använder de uppvärmning i en elektrolyt... Metallprodukten (del) placeras i ett elektrolytbad (5-10% lösning Na2CO3 och andra) och ansluts till likströmskällans negativa pol. Som ett resultat av elektrolys frigörs väte vid katoden och syre vid anoden. Skiktet av vätebubblor som täcker delen representerar ett högt strömmotstånd. Det mesta av värmen släpps ut i den och värmer delen. Vid anoden, som har en mycket större yta, är strömtätheten låg. Under vissa förhållanden värms delen upp av elektriska urladdningar som uppstår i väteskiktet. Gasskiktet fungerar samtidigt som värmeisolering, vilket förhindrar att delens elektrolyt svalnar.

Fördelen med uppvärmning i elektrolyten är en betydande energitäthet (upp till 1 kW / cm2), vilket ger en hög uppvärmningshastighet. Detta uppnås dock genom ökad strömförbrukning.

Elektriskt motstånd för ledningar II mil

Ledare II typ som kallas elektrolyter... De inkluderar vattenlösningar av syror, baser, salter, samt olika flytande och fukthaltiga material (mjölk, våtfoder, jord).

Destillerat vatten finns tillgängligt elektrisk resistans ca 104 ohm x m och leder praktiskt taget inte elektricitet, och kemiskt rent vatten är ett bra dielektrikum. "Vanligt" vatten innehåller lösta salter och andra kemiska föreningar vars molekyler dissocierar i vatten till joner, vilket ger jonisk (elektrolyt) ledningsförmåga.Vattens specifika elektriska resistans beror på koncentrationen av salter och kan ungefärligen bestämmas med den empiriska formeln

p20 = 8 x 10 / C,

där p20 — specifik motståndskraft för vatten vid 200 C, Ohm x m, C — total koncentration av salter, mg/g

Atmosfäriskt vatten innehåller inte mer än 50 mg/l lösta salter, flodvatten — 500 — 600 mg/l, grundvatten — från 100 mg/l till flera gram per liter. De vanligaste värdena för effektivt elektriskt motstånd p20 för vatten ligger i intervallet 10 - 30 Ohm x m.

Elektriskt motstånd hos typ II-ledare beror avsevärt på temperaturen. När den ökar ökar graden av dissociation av saltmolekyler till joner och deras rörlighet, vilket resulterar i att konduktiviteten ökar och motståndet minskar. För varje temperatur T före början av märkbar avdunstning, bestäms den specifika elektriska ledningsförmågan för vatten, Ohm x m -1, av det linjära beroendet

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

där y20 — specifik ledningsförmåga för vatten vid en temperatur av 20 o C, a — temperaturkonduktivitetskoefficient lika med 0,025 — 0,035 o° C-1.

I tekniska beräkningar använder de vanligtvis resistans snarare än konduktivitet.

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

och dess förenklade beroende p(t), med a = 0,025 o° C-1.

Därefter bestäms vattenmotståndet av formeln

pt = 40 p20 / (t +20)

I temperaturintervallet 20 - 100 OS ökar vattenmotståndet 3 - 5 gånger, samtidigt ändrar ström som förbrukas av nätverket.Detta är en av de betydande nackdelarna med elektroduppvärmning, vilket leder till en överskattning av matningsledningarnas tvärsnitt och komplicerar beräkningen av elektroduppvärmningsinstallationer.

Det specifika motståndet hos vatten lyder beroendet (1) endast före början av märkbar avdunstning, vars intensitet beror på trycket och strömtätheten i elektroderna. Ånga är inte en ledare av ström och därför ökar vattenresistansen under avdunstning. I beräkningarna tas detta med i beräkningen av koefficienten bv beroende på trycket och strömtätheten:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

där skrivbordet m — specifik resistans för blandningen vatten — ånga, strc — specifik resistans för vatten utan märkbar avdunstning, a — en konstant lika med 0,925 för vatten, k — värde beroende på trycket i pannan (du kan ta k = 1,5 ), J — strömtäthet på elektroderna, A / cm2.

Vid normalt tryck är förångningseffekten effektiv vid temperaturer över 75 °C. För ångpannor når koefficienten b ett värde på 1,5.

Elektrodsystem och deras parametrar

Elektrodsystem — en uppsättning elektroder, anslutna på ett visst sätt till varandra och till strömförsörjningsnätverket, utformade för att leverera ström till den uppvärmda miljön.

Parametrarna för elektrodsystem är: antal faser, form, storlek, antal och material av elektroder, avstånd mellan dem, elektrisk krets anslutningar («stjärna», «delta», blandad anslutning, etc.).

Vid beräkning av elektrodsystem bestäms deras geometriska parametrar, vilket säkerställer frigörandet av en given kraft i den uppvärmda miljön och utesluter möjligheten till onormala lägen.

Leverera trefaselektrodsystem i stjärnanslutning:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Leverera ett trefaselektrodsystem med deltaanslutning:

P = 3U2l / Re

Vid en given spänning bestäms Ul effektelektrodsystem P av fasresistansen Rf, vilket är motståndet hos värmekroppen som är stängd mellan elektroderna som bildar fasen. Formen och storleken på kroppen beror på formen, storleken och avståndet mellan elektroderna. För det enklaste elektrodsystemet med platta elektroder vardera b, höjd h och avståndet mellan dem:

Rf = pl / S = pl / (bh)

där, l, b, h — geometriska parametrar för det planparallella systemet.

För komplexa system verkar beroendet av Re av geometriska parametrar inte så lätt att uttrycka. I det allmänna fallet kan det representeras som Rf = s x ρ, där c är en koefficient som bestäms av de geometriska parametrarna för elektrodsystemet (kan bestämmas från referensböcker).

Mått på elektroderna för att säkerställa det erforderliga värdet Rf, kan beräknas om den analytiska beskrivningen av det elektriska fältet mellan elektroderna är känd, liksom beroendet p av de faktorer som bestämmer det (temperatur, tryck, etc.).

Den geometriska koefficienten för elektrodsystemet hittas som k = Re h / ρ

Effekten hos vilket trefaselektrodsystem som helst kan representeras som P = 3U2h / (ρ k)

Dessutom är det viktigt att säkerställa tillförlitligheten hos elektrodsystemet, för att utesluta produktskador och elektriskt haveri mellan elektroderna. Dessa villkor uppfylls genom att begränsa fältstyrkan i interelektrodutrymmet, strömtätheten på elektroderna och rätt val av elektrodmaterial.

Den tillåtna styrkan hos det elektriska fältet i interelektrodutrymmet begränsas av kravet att förhindra elektriskt genombrott mellan elektroderna och störa driften av installationerna. Tillåten spänning Eadd fälten väljs enligt den dielektriska hållfastheten Epr fälten väljs enligt materialets dielektriska hållfasthet Epr, med hänsyn tagen till säkerhetsfaktorn: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Edon-värdet bestämmer avståndet mellan elektroderna:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

där Jadd — tillåten strömtäthet på elektroderna, ρt är vattenresistansen vid driftstemperatur.

Enligt erfarenheten av design och drift av elektrodvattenvärmare tas värdet på Edon i intervallet (125 ... 250) x 102 W / m, minimivärdet motsvarar vattenresistansen vid en temperatur på 20 О. Vid mindre än 20 Ohm x m är det maximala motståndet för vatten vid en temperatur på 20 OC mer än 100 Ohm x m.

Den tillåtna strömtätheten är begränsad på grund av möjligheten för förorening av den uppvärmda miljön med skadliga produkter av elektrolys vid elektroderna och sönderdelning av vatten till väte och syre, som bildar en explosiv gas i blandningen.

Den tillåtna strömtätheten bestäms av formeln:

Jadd = Edop / ρT,

där ρt är vattenmotståndet vid sluttemperaturen.

Maximal strömtäthet:

Jmax = kn AzT/C,

där kn = 1,1 ... 1,4 — en koefficient som tar hänsyn till ojämnheten i strömtätheten på elektrodens yta, Azt är styrkan på arbetsströmmen som flyter från elektroden vid sluttemperaturen, C är arean av elektrodens aktiva yta.

I alla fall måste följande villkor vara uppfyllt:

ДжаNS tillägg

Elektrodmaterial måste vara elektrokemiskt neutrala (inerta) med avseende på den uppvärmda miljön. Det är oacceptabelt att tillverka elektroder av aluminium eller galvaniserat stål. De bästa materialen för elektroder är titan, rostfritt stål, elektrisk grafit, grafiterade stål. Vid uppvärmning av vatten för tekniska behov används vanligt (svart) kolstål. Sådant vatten är inte lämpligt att dricka.

Justering av kraften på elektrodsystemet är möjligt genom att ändra U- och R-värdena... Oftast, när man justerar effekten på elektrodsystemen, tillgriper de att ändra arbetshöjden på elektroderna (ytan för den aktiva elektrodernas yta) genom att införa dielektriska skärmar mellan elektroderna eller genom att ändra den geometriska koefficienten för elektrodsystemet (bestäms av referensböcker beroende på diagrammen över elektrodsystemen).