Elektrodeopvarmning af flydende medier

Fremgangsmåde til opvarmning af en elektrode, der bruges til opvarmning af ledninger II mil: vand, mælk, frugt- og bærjuice, jord, beton osv. Elektrodeopvarmning er udbredt i elektrodekedler, kedler til varmt vand og damp, såvel som i processerne til pasteurisering og sterilisering af flydende og våde medier, varmebehandling af foder.

Materialet placeres mellem elektroderne og opvarmes af en elektrisk strøm, der går gennem materialet fra den ene elektrode til den anden. Elektrodeopvarmning betragtes som direkte opvarmning - her fungerer materialet som et medium, hvor elektrisk energi omdannes til varme.

Elektrodeopvarmning er den enkleste og mest økonomiske måde at opvarme materialer på; det kræver ikke specielle strømforsyninger eller varmelegemer lavet af dyre legeringer.

Elektroderne leverer strøm til mediet, der skal opvarmes, og de selv opvarmes praktisk talt ikke af strømmen. Elektroder er lavet af ikke-mangelfulde materialer, oftest metaller, men de kan også være ikke-metalliske (grafit, kul). For at undgå elektrolyse, brug kun vekselstrøm.

Konduktiviteten af ​​våde materialer er bestemt af vandindholdet, derfor vil elektrodeopvarmning i det følgende overvejes hovedsageligt til opvarmning af vand, men de givne afhængigheder er også anvendelige til opvarmning af andre våde medier.

Opvarmning i en elektrolyt

I maskinteknik og reparationsproduktion bruger de opvarmning i en elektrolyt... Metalproduktet (del) anbringes i et elektrolytbad (5-10% opløsning Na2CO3 m.fl.) og forbindes med den negative pol på jævnstrømskilden. Som følge af elektrolyse frigives brint ved katoden og oxygen ved anoden. Laget af brintbobler, der dækker delen, repræsenterer en høj strømmodstand. Det meste af varmen frigives ind i det og opvarmer delen. Ved anoden, som har et meget større overfladeareal, er strømtætheden lav. Under visse forhold opvarmes delen af ​​elektriske udladninger, der opstår i brintlaget. Gaslaget fungerer samtidig som termisk isolering, der forhindrer delens elektrolyt i at afkøle.

Fordelen ved opvarmning i elektrolytten er en betydelig energitæthed (op til 1 kW / cm2), som giver en høj opvarmningshastighed. Dette opnås dog gennem øget strømforbrug.

Elektrisk modstand af ledninger II mil

Ledere II type kaldet elektrolytter... De omfatter vandige opløsninger af syrer, baser, salte samt forskellige flydende og fugtholdige materialer (mælk, vådfoder, jord).

Destilleret vand er tilgængeligt elektrisk modstand omkring 104 ohm x m og leder praktisk talt ikke elektricitet, og kemisk rent vand er et godt dielektrikum. "Almindelig" vand indeholder opløste salte og andre kemiske forbindelser, hvis molekyler dissocierer i vand til ioner, hvilket giver ionisk (elektrolyt) ledningsevne.Vands specifikke elektriske modstand afhænger af koncentrationen af ​​salte og kan tilnærmelsesvis bestemmes af den empiriske formel

p20 = 8 x 10 / C,

hvor p20 — specifik modstand af vand ved 200 C, Ohm x m, C — total koncentration af salte, mg/g

Atmosfærisk vand indeholder ikke mere end 50 mg/l opløste salte, flodvand — 500 — 600 mg/l, grundvand — fra 100 mg/l til flere gram pr. liter. De mest almindelige værdier for effektiv elektrisk modstand p20 for vand er i området 10 - 30 Ohm x m.

Elektrisk modstand af type II ledere afhænger væsentligt af temperaturen. Efterhånden som den øges, øges graden af ​​dissociation af saltmolekyler til ioner og deres mobilitet, som følge heraf øges ledningsevnen og modstanden falder. For enhver temperatur T før starten af ​​mærkbar fordampning, er den specifikke elektriske ledningsevne af vand, Ohm x m -1, bestemt af den lineære afhængighed

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

hvor y20 — specifik ledningsevne for vand ved en temperatur på 20 o C, a — temperaturkonduktivitetskoefficient lig med 0,025 — 0,035 o° C-1.

I tekniske beregninger bruger de normalt modstand frem for ledningsevne.

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

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

Derefter bestemmes vandmodstanden af ​​formlen

pt = 40 p20 / (t +20)

I temperaturområdet 20 - 100 OS stiger vandmodstanden 3 - 5 gange, samtidig ændrer den strøm, der forbruges af netværket.Dette er en af ​​de væsentlige ulemper ved elektrodeopvarmning, hvilket fører til en overvurdering af forsyningsledningernes tværsnit og komplicerer beregningen af ​​elektrodevarmeinstallationer.

Den specifikke modstand af vand adlyder afhængighed (1) kun før starten af ​​mærkbar fordampning, hvis intensitet afhænger af trykket og strømtætheden i elektroderne. Damp er ikke en strømleder, og derfor øges vandets modstand under fordampning. I beregningerne tages der højde for dette af koefficienten bv afhængig af tryk og strømtæthed:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

hvor desktop m — specifik modstand af blandingen vand — damp, strc — specifik modstand af vand uden mærkbar fordampning, a — en konstant lig med 0,925 for vand, k — værdi afhængig af trykket i kedlen (du kan tage k = 1,5 ), J — strømtæthed på elektroderne, A / cm2.

Ved normalt tryk er fordampningseffekten effektiv ved temperaturer over 75 °C. For dampkedler når koefficienten b en værdi på 1,5.

Elektrodesystemer og deres parametre

Elektrodesystem - et sæt elektroder, forbundet på en bestemt måde til hinanden og til strømforsyningsnetværket, designet til at levere strøm til det opvarmede miljø.

Parametrene for elektrodesystemer er: antal faser, form, størrelse, antal og materiale af elektroder, afstand mellem dem, elektriske kredsløb forbindelser («stjerne», «delta», blandet forbindelse osv.).

Ved beregning af elektrodesystemer bestemmes deres geometriske parametre, som sikrer frigivelsen af ​​en given effekt i det opvarmede miljø og udelukker muligheden for unormale tilstande.

Forsyning af et trefaset elektrodesystem i en stjerneforbindelse:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Forsyning af et trefaset elektrodesystem med deltaforbindelse:

P = 3U2l / Re

Ved en given spænding bestemmes Ul effektelektrodesystem P af fasemodstanden Rf, som er modstanden af ​​varmelegemet lukket mellem elektroderne, der danner fasen. Formen og størrelsen af ​​kroppen afhænger af formen, størrelsen og afstanden mellem elektroderne. For det enkleste elektrodesystem med flade elektroder hver b, højde h og afstanden mellem dem:

Rf = pl / S = pl / (bh)

hvor, l, b, h — geometriske parametre for det plan-parallelle system.

For komplekse systemer synes Re's afhængighed af geometriske parametre ikke så let at udtrykke. I det generelle tilfælde kan det repræsenteres som Rf = s x ρ, hvor c er en koefficient bestemt af de geometriske parametre for elektrodesystemet (kan bestemmes fra opslagsbøger).

Dimensioner på elektroderne for at sikre den nødvendige værdi Rf, kan beregnes, hvis den analytiske beskrivelse af det elektriske felt mellem elektroderne er kendt, samt afhængigheden p af de faktorer, der bestemmer det (temperatur, tryk, etc.).

Elektrodesystemets geometriske koefficient findes som k = Re h / ρ

Effekten af ​​ethvert trefaset elektrodesystem kan repræsenteres som P = 3U2h / (ρ k)

Derudover er det vigtigt at sikre pålideligheden af ​​elektrodesystemet, for at udelukke produktskade og elektrisk nedbrud mellem elektroderne. Disse betingelser opfyldes ved at begrænse feltstyrken i interelektroderummet, strømtætheden på elektroderne og det korrekte valg af elektrodemateriale.

Den tilladte styrke af det elektriske felt i interelektroderummet er begrænset af kravet om at forhindre elektrisk nedbrud mellem elektroderne og forstyrre driften af ​​installationerne. Tilladt spænding Eadd felterne vælges i henhold til den dielektriske styrke Epr felterne vælges i henhold til materialets dielektriske styrke Epr under hensyntagen til sikkerhedsfaktoren: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Edon-værdien bestemmer afstanden mellem elektroderne:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

hvor Jadd — tilladt strømtæthed på elektroderne, ρt er modstanden af ​​vand ved driftstemperatur.

Ifølge erfaringen med design og drift af elektrodevandvarmere tages værdien af ​​Edon i området (125 ... 250) x 102 W / m, minimumsværdien svarer til modstanden af ​​vand ved en temperatur på 20 О. Ved mindre end 20 Ohm x m er maksimum modstanden af ​​vand ved en temperatur på 20 OC mere end 100 Ohm x m.

Den tilladte strømtæthed er begrænset på grund af muligheden for forurening af det opvarmede miljø med skadelige produkter af elektrolyse ved elektroderne og nedbrydning af vand til brint og oxygen, som danner en eksplosiv gas i blandingen.

Den tilladte strømtæthed bestemmes af formlen:

Jadd = Edop / ρT,

hvor ρt er vandmodstanden ved sluttemperaturen.

Maksimal strømtæthed:

Jmax = kn AzT / C,

hvor kn = 1,1 ... 1,4 — en koefficient, der tager højde for ujævnheden af ​​strømtætheden på overfladen af ​​elektroden, Azt er styrken af ​​arbejdsstrømmen, der strømmer fra elektroden ved sluttemperaturen, C er arealet af den aktive overflade af elektroden.

I alle tilfælde skal følgende betingelse være opfyldt:

ДжаNS tilføje

Elektrodematerialer skal være elektrokemisk neutrale (inerte) med hensyn til det opvarmede miljø. Det er uacceptabelt at lave elektroder af aluminium eller galvaniseret stål. De bedste materialer til elektroder er titanium, rustfrit stål, elektrisk grafit, grafitiseret stål. Ved opvarmning af vand til teknologiske behov anvendes almindeligt (sort) kulstofstål. Sådant vand er ikke egnet til at drikke.

Justering af elektrodesystemets effekt mulig ved at ændre U- og R-værdierne... Oftest, når de justerer elektrodesystemernes effekt, tyr de til at ændre elektrodernes arbejdshøjde (arealet af den aktive overflade af elektroderne) ved at indføre dielektriske skærme mellem elektroderne eller ændring af den geometriske koefficient for elektrodesystemet (bestemt af opslagsbøger afhængigt af diagrammerne for elektrodesystemerne).