Elektrodový ohřev kapalných médií

Způsob ohřevu elektrody používané pro ohřev drátů II mil: voda, mléko, ovocné a bobulovité šťávy, půda, beton atd. Zahřívání elektrod je rozšířené v elektrodových kotlích, kotlích na horkou vodu a páru, jakož i v procesech pasterizace a sterilizace kapalných a mokrých médií, tepelného zpracování krmiva.

Materiál je umístěn mezi elektrody a zahříván elektrickým proudem procházejícím materiálem z jedné elektrody na druhou. Zahřívání elektrod je považováno za přímý ohřev – zde materiál slouží jako médium, ve kterém se elektrická energie přeměňuje na teplo.

Zahřívání elektrod je nejjednodušší a nejekonomičtější způsob ohřevu materiálů; nevyžaduje speciální napájecí zdroje ani ohřívače z drahých slitin.

Elektrody přivádějí proud do ohřívaného média a samy se proudem prakticky neohřívají. Elektrody jsou vyrobeny z nedostatkových materiálů, nejčastěji z kovů, ale mohou být i nekovové (grafit, uhlík). Abyste zabránili elektrolýze, používejte pouze střídavý proud.

Vodivost vlhkých materiálů je dána obsahem vody, proto bude v dalším uvažován ohřev elektrod především pro ohřev vody, ale uvedené závislosti jsou použitelné i pro ohřev jiných vlhkých médií.

Zahřívání v elektrolytu

Ve strojírenské a opravárenské výrobě využívají ohřev v elektrolytu... Kovový výrobek (díl) se vloží do elektrolytické lázně (5-10% roztok Na2CO3 a další) a připojí se na záporný pól zdroje stejnosměrného proudu. V důsledku elektrolýzy se na katodě uvolňuje vodík a na anodě kyslík. Vrstva vodíkových bublin pokrývající díl představuje vysoký proudový odpor. Většina tepla se uvolňuje do ní a zahřívá součást. Na anodě, která má mnohem větší povrch, je proudová hustota nízká. Za určitých podmínek je díl zahříván elektrickými výboji, které se vyskytují ve vodíkové vrstvě. Plynová vrstva zároveň slouží jako tepelná izolace, která zabraňuje ochlazování elektrolytu součásti.

Výhodou ohřevu v elektrolytu je značná hustota energie (až 1 kW / cm2), která poskytuje vysokou rychlost ohřevu. Toho je však dosaženo zvýšenou spotřebou energie.

Elektrický odpor vodičů II mil

Vodiče II typu nazývané elektrolyty... Zahrnují vodné roztoky kyselin, zásad, solí, ale i různé tekuté a vlhkost obsahující materiály (mléko, vlhké krmivo, půda).

K dispozici je destilovaná voda elektrický odpor asi 104 ohm x m a prakticky nevede elektrický proud a chemicky čistá voda je dobré dielektrikum. „Obyčejná“ voda obsahuje rozpuštěné soli a další chemické sloučeniny, jejichž molekuly se ve vodě disociují na ionty, čímž vzniká iontová (elektrolytová) vodivost.Specifický elektrický odpor vody závisí na koncentraci solí a lze jej přibližně určit empirickým vzorcem

p20 = 8 x 10 / C,

kde p20 — měrný odpor vody při 200 C, Ohm x m, C — celková koncentrace solí, mg / g

Atmosférická voda neobsahuje více než 50 mg/l rozpuštěných solí, říční voda — 500 – 600 mg/l, podzemní voda — od 100 mg/l do několika gramů na litr. Nejběžnější hodnoty efektivního elektrického odporu p20 pro vodu jsou v rozmezí 10 — 30 Ohm x m.

Elektrický odpor vodičů typu II výrazně závisí na teplotě. Při jejím zvyšování se zvyšuje stupeň disociace molekul solí na ionty a jejich pohyblivost, v důsledku čehož se zvyšuje vodivost a snižuje se odpor. Pro jakoukoli teplotu T před začátkem znatelného odpařování je měrná elektrická vodivost vody, Ohm x m -1, určena lineární závislostí

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

kde y20 — měrná vodivost vody při teplotě 20 o C, a — teplotní koeficient vodivosti rovný 0,025 — 0,035 o° C-1.

V technických výpočtech obvykle používají spíše odpor než vodivost.

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

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

Potom je voděodolnost určena vzorcem

pt = 40 p20 / (t +20)

V teplotním rozsahu 20 — 100 OS se odolnost vůči vodě zvýší 3 — 5krát, současně se změní výkon spotřebovaný sítí.To je jedna z významných nevýhod ohřevu elektrod, která vede k nadhodnocení průřezu přívodních vodičů a komplikuje výpočet instalací ohřevu elektrod.

Měrný odpor vody podléhá závislosti (1) teprve před začátkem znatelného odpařování, jehož intenzita závisí na tlaku a hustotě proudu v elektrodách. Pára není vodičem proudu a proto se odpor vody při odpařování zvyšuje. Ve výpočtech je to zohledněno koeficientem bv v závislosti na tlaku a hustotě proudu:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

kde desktop m — měrný odpor směsi voda — pára, strc — měrný odpor vody bez znatelného odpařování, a — konstanta rovna 0,925 pro vodu, k — hodnota v závislosti na tlaku v kotli (můžete vzít k = 1,5 ), J — hustota proudu na elektrodách, A / cm2.

Za normálního tlaku je efekt odpařování účinný při teplotách nad 75 °C. U parních kotlů dosahuje koeficient b hodnoty 1,5.

Elektrodové systémy a jejich parametry

Elektrodový systém — soubor elektrod, spojených určitým způsobem mezi sebou a do napájecí sítě, určených k napájení vytápěného prostředí.

Parametry elektrodových systémů jsou: počet fází, tvar, velikost, počet a materiál elektrod, vzdálenost mezi nimi, elektrický obvod spojení («hvězda», «trojúhelník», smíšené zapojení atd.).

Při výpočtu elektrodových systémů se zjišťují jejich geometrické parametry, které zajišťují uvolnění daného výkonu ve vytápěném prostředí a vylučují možnost abnormálních režimů.

Napájení třífázového elektrodového systému v zapojení do hvězdy:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Napájení třífázového elektrodového systému s trojúhelníkovým připojením:

P = 3U2l / Re

Při daném napětí Ul výkonového elektrodového systému P je určen fázový odpor Rf, což je odpor topného tělesa uzavřeného mezi elektrodami tvořícími fázi. Tvar a velikost tělesa závisí na tvaru, velikosti a vzdálenosti mezi elektrodami. Pro nejjednodušší elektrodový systém s plochými elektrodami každá b, výška h a vzdálenost mezi nimi:

Rf = pl / S = pl / (bh)

kde l, b, h — geometrické parametry planparalelního systému.

U komplexních systémů se závislost Re na geometrických parametrech nezdá tak snadno vyjádřitelná. V obecném případě může být reprezentován jako Rf = s x ρ, kde c je koeficient určený geometrickými parametry elektrodového systému (lze určit z referenčních knih).

Rozměry elektrod pro zajištění požadované hodnoty Rf lze vypočítat, pokud je znám analytický popis elektrického pole mezi elektrodami a také závislost p na faktorech, které jej určují (teplota, tlak atd.).

Geometrický koeficient elektrodového systému se zjistí jako k = Re h / ρ

Výkon libovolného třífázového elektrodového systému lze vyjádřit jako P = 3U2h / (ρ k)

Kromě toho je důležité zajistit spolehlivost elektrodového systému, aby se vyloučilo poškození produktu a elektrický průraz mezi elektrodami. Tyto podmínky jsou splněny omezením intenzity pole v mezielektrodovém prostoru, proudovou hustotou na elektrodách a správnou volbou materiálu elektrody.

Přípustná síla elektrického pole v mezielektrodovém prostoru je omezena požadavkem zabránit elektrickému průrazu mezi elektrodami a narušit provoz instalací. Přípustné napětí Eadd pole se volí podle dielektrické pevnosti Epr pole se vybírají podle dielektrické pevnosti Epr materiálu s přihlédnutím k bezpečnostnímu faktoru: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Hodnota Edon určuje vzdálenost mezi elektrodami:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

kde Jadd — přípustná hustota proudu na elektrodách, ρt je odpor vody při provozní teplotě.

Podle zkušeností z konstrukce a provozu elektrodových ohřívačů vody je hodnota Edon brána v rozmezí (125 ... 250) x 102 W / m, minimální hodnota odpovídá odporu vody o teplotě 20 О. Při méně než 20 Ohm x m je maximální odpor vody při teplotě 20 OC větší než 100 Ohm x m.

Přípustná proudová hustota je omezena z důvodu možnosti kontaminace zahřátého prostředí škodlivými produkty elektrolýzy na elektrodách a rozkladu vody na vodík a kyslík, které tvoří ve směsi výbušný plyn.

Přípustná proudová hustota je určena vzorcem:

Jadd = Edop / ρT,

kde ρt je odolnost proti vodě při konečné teplotě.

Maximální proudová hustota:

Jmax = kn AzT / C,

kde, kn = 1,1 ... 1,4 — koeficient zohledňující nerovnoměrnost hustoty proudu na povrchu elektrody, Azt je síla pracovního proudu tekoucího z elektrody při konečné teplotě, C je plocha aktivní povrch elektrody.

Ve všech případech musí být splněna následující podmínka:

ДжаNS přidat

Materiály elektrod musí být elektrochemicky neutrální (inertní) vzhledem k ohřívanému prostředí. Je nepřípustné vyrábět elektrody z hliníku nebo pozinkované oceli. Nejlepší materiály pro elektrody jsou titan, nerezová ocel, elektrický grafit, grafitizované oceli. Při ohřevu vody pro technologické potřeby se používá obyčejná (černá) uhlíková ocel. Taková voda není vhodná k pití.

Úprava výkonu elektrodového systému možná změnou hodnot U a R... Nejčastěji se při nastavování výkonu elektrodových systémů uchýlí ke změně pracovní výšky elektrod (plocha aktivní povrch elektrod) zavedením dielektrických stínění mezi elektrody nebo změnou geometrického koeficientu elektrodového systému (určeného referenčními knihami v závislosti na schématech elektrodových systémů).