Pemanasan elektrod media cecair

Kaedah untuk memanaskan elektrod yang digunakan untuk memanaskan wayar II mil: air, susu, jus buah dan beri, tanah, konkrit, dsb. Pemanasan elektrod meluas dalam dandang elektrod, dandang untuk air panas dan wap, serta dalam proses pempasteuran dan pensterilan media cecair dan basah, rawatan haba suapan.

Bahan diletakkan di antara elektrod dan dipanaskan oleh arus elektrik yang melalui bahan dari satu elektrod ke elektrod yang lain. Pemanasan elektrod dianggap sebagai pemanasan langsung—di sini, bahan tersebut berfungsi sebagai medium di mana tenaga elektrik ditukar kepada haba.

Pemanasan elektrod adalah cara paling mudah dan paling menjimatkan untuk memanaskan bahan; ia tidak memerlukan bekalan kuasa khas atau pemanas yang diperbuat daripada aloi mahal.

Elektrod membekalkan arus ke medium untuk dipanaskan, dan mereka sendiri secara praktikal tidak dipanaskan oleh arus. Elektrod diperbuat daripada bahan tidak kekurangan, selalunya logam, tetapi ia juga boleh bukan logam (grafit, karbon). Untuk mengelakkan elektrolisis, gunakan sahaja arus ulang alik.

Kekonduksian bahan basah ditentukan oleh kandungan air, oleh itu, dalam berikut, pemanasan elektrod akan dipertimbangkan terutamanya untuk memanaskan air, tetapi kebergantungan yang diberikan juga terpakai untuk memanaskan media basah yang lain.

Pemanasan dalam elektrolit

Dalam kejuruteraan mekanikal dan pengeluaran pembaikan, mereka menggunakan pemanasan dalam elektrolit... Produk logam (bahagian) diletakkan dalam mandi elektrolit (larutan 5-10% Na2CO3 dan lain-lain) dan disambungkan ke kutub negatif sumber arus terus. Hasil daripada elektrolisis, hidrogen dibebaskan di katod dan oksigen di anod. Lapisan gelembung hidrogen yang meliputi bahagian tersebut mewakili rintangan arus yang tinggi. Kebanyakan haba dilepaskan ke dalamnya, memanaskan bahagian tersebut. Pada anod, yang mempunyai luas permukaan yang lebih besar, ketumpatan arus adalah rendah. Dalam keadaan tertentu, bahagian itu dipanaskan oleh nyahcas elektrik yang berlaku dalam lapisan hidrogen. Lapisan gas pada masa yang sama berfungsi sebagai penebat haba, menghalang elektrolit bahagian daripada menyejuk.

Kelebihan pemanasan dalam elektrolit adalah ketumpatan tenaga yang ketara (sehingga 1 kW / cm2), yang memberikan kadar pemanasan yang tinggi. Walau bagaimanapun, ini dicapai melalui peningkatan penggunaan kuasa.

Rintangan elektrik wayar II mil

Konduktor jenis II dipanggil elektrolit... Ia termasuk larutan akueus asid, bes, garam, serta pelbagai cecair dan bahan yang mengandungi lembapan (susu, makanan basah, tanah).

Air suling disediakan rintangan elektrik kira-kira 104 ohm x m dan boleh dikatakan tidak mengalirkan elektrik, dan air tulen secara kimia adalah dielektrik yang baik. Air "biasa" mengandungi garam terlarut dan sebatian kimia lain yang molekulnya tercerai dalam air menjadi ion, memberikan kekonduksian ionik (elektrolit).Rintangan elektrik khusus air bergantung pada kepekatan garam dan boleh ditentukan secara lebih kurang oleh formula empirik

p20 = 8 x 10 / C,

di mana p20 — rintangan spesifik air pada 200 C, Ohm x m, C — jumlah kepekatan garam, mg / g

Air atmosfera mengandungi tidak lebih daripada 50 mg/l garam terlarut, air sungai - 500 - 600 mg/l, air bawah tanah - dari 100 mg/l hingga beberapa gram seliter. Nilai yang paling biasa untuk rintangan elektrik berkesan p20 untuk air adalah dalam julat 10 — 30 Ohm x m.

Rintangan elektrik konduktor jenis II bergantung dengan ketara pada suhu. Apabila ia meningkat, tahap pemisahan molekul garam kepada ion dan mobilitinya meningkat, akibatnya kekonduksian meningkat dan rintangan berkurangan. Untuk sebarang suhu T sebelum permulaan penyejatan ketara, kekonduksian elektrik khusus air, Ohm x m -1, ditentukan oleh pergantungan linear

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

di mana y20 — kekonduksian spesifik air pada suhu 20 o C, a — pekali suhu kekonduksian sama dengan 0.025 — 0.035 o° C-1.

Dalam pengiraan kejuruteraan, mereka biasanya menggunakan rintangan dan bukannya kekonduksian.

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

dan pergantungan dipermudahnya p (t), mengambil a = 0.025 o° C-1.

Kemudian rintangan air ditentukan oleh formula

pt = 40 p20 / (t +20)

Dalam julat suhu 20 — 100 OS, rintangan air meningkat 3 — 5 kali ganda, pada masa yang sama menukar kuasa yang digunakan oleh rangkaian.Ini adalah salah satu kelemahan penting pemanasan elektrod, yang membawa kepada anggaran berlebihan keratan rentas wayar bekalan dan merumitkan pengiraan pemasangan pemanasan elektrod.

Rintangan khusus air mematuhi pergantungan (1) hanya sebelum permulaan penyejatan yang ketara, keamatannya bergantung pada tekanan dan ketumpatan arus dalam elektrod. Stim bukan konduktor arus dan oleh itu rintangan air meningkat semasa penyejatan. Dalam pengiraan, ini diambil kira oleh pekali bv bergantung kepada tekanan dan ketumpatan arus:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

di mana desktop m — rintangan khusus air campuran — wap, strc — rintangan khusus air tanpa penyejatan yang ketara, a — pemalar bersamaan dengan 0.925 untuk air, k — nilai bergantung pada tekanan dalam dandang (anda boleh mengambil k = 1.5 ), J — ketumpatan arus pada elektrod, A / cm2.

Pada tekanan biasa, kesan penyejatan berkesan pada suhu melebihi 75 °C. Untuk dandang stim, pekali b mencapai nilai 1.5.

Sistem elektrod dan parameternya

Sistem elektrod — satu set elektrod, disambungkan dengan cara tertentu antara satu sama lain dan ke rangkaian bekalan kuasa, direka untuk membekalkan arus ke persekitaran yang dipanaskan.

Parameter sistem elektrod ialah: bilangan fasa, bentuk, saiz, bilangan dan bahan elektrod, jarak antara mereka, litar elektrik sambungan («bintang», «delta», sambungan bercampur, dll.).

Apabila mengira sistem elektrod, parameter geometri mereka ditentukan, yang memastikan pelepasan kuasa tertentu dalam persekitaran yang dipanaskan dan mengecualikan kemungkinan mod tidak normal.

Membekalkan sistem elektrod tiga fasa dalam sambungan bintang:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Membekalkan sistem elektrod tiga fasa dengan sambungan delta:

P = 3U2l / Re

Pada voltan tertentu sistem elektrod kuasa Ul P ditentukan oleh rintangan fasa Rf, iaitu rintangan badan pemanasan tertutup antara elektrod yang membentuk fasa. Bentuk dan saiz badan bergantung kepada bentuk, saiz dan jarak antara elektrod. Untuk sistem elektrod termudah dengan elektrod rata setiap b, ketinggian h dan jarak antara mereka:

Rf = pl / S = pl / (bh)

di mana, l, b, h - parameter geometri sistem selari satah.

Untuk sistem yang kompleks, pergantungan Re pada parameter geometri nampaknya tidak begitu mudah untuk dinyatakan. Dalam kes umum, ia boleh diwakili sebagai Rf = s x ρ, di mana c ialah pekali yang ditentukan oleh parameter geometri sistem elektrod (boleh ditentukan daripada buku rujukan).

Dimensi elektrod untuk memastikan nilai Rf yang diperlukan, boleh dikira jika penerangan analitik medan elektrik antara elektrod diketahui, serta pergantungan p pada faktor yang menentukannya (suhu, tekanan, dll.).

Pekali geometri sistem elektrod didapati sebagai k = Re h / ρ

Kuasa mana-mana sistem elektrod tiga fasa boleh diwakili sebagai P = 3U2h / (ρ k)

Di samping itu, adalah penting untuk memastikan kebolehpercayaan sistem elektrod, untuk mengecualikan kerosakan produk dan kerosakan elektrik antara elektrod. Keadaan ini dipenuhi dengan mengehadkan kekuatan medan dalam ruang interelektrod, ketumpatan arus pada elektrod dan pilihan bahan elektrod yang betul.

Kekuatan medan elektrik yang dibenarkan dalam ruang interelektrod dihadkan oleh keperluan untuk mengelakkan kerosakan elektrik antara elektrod dan mengganggu operasi pemasangan. Tegasan dibenarkan Eadd medan dipilih mengikut kekuatan dielektrik Epr medan dipilih mengikut kekuatan dielektrik Epr bahan, dengan mengambil kira faktor keselamatan: Edop = Epr / (1.5 … 2)

Nilai Edon menentukan jarak antara elektrod:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

di mana Jadd — ketumpatan arus yang dibenarkan pada elektrod, ρt ialah rintangan air pada suhu operasi.

Mengikut pengalaman reka bentuk dan operasi pemanas air elektrod, nilai Edon diambil dalam julat (125 ... 250) x 102 W / m, nilai minimum sepadan dengan rintangan air pada suhu 20 О. Pada kurang daripada 20 Ohm x m, maksimum ialah rintangan air pada suhu 20 OC lebih daripada 100 Ohm x m.

Ketumpatan arus yang dibenarkan adalah terhad kerana kemungkinan pencemaran persekitaran yang dipanaskan dengan produk berbahaya elektrolisis pada elektrod dan penguraian air menjadi hidrogen dan oksigen, yang membentuk gas letupan dalam campuran.

Ketumpatan arus yang dibenarkan ditentukan oleh formula:

Jadd = Edop / ρT,

di mana ρt ialah rintangan air pada suhu akhir.

Ketumpatan arus maksimum:

Jmax = kn AzT / C,

di mana, kn = 1.1 ... 1.4 — pekali yang mengambil kira ketidaksamaan ketumpatan arus pada permukaan elektrod, Azt ialah kekuatan arus kerja yang mengalir dari elektrod pada suhu akhir, C ialah luas permukaan aktif elektrod.

Dalam semua kes, syarat berikut mesti dipenuhi:

ДжаNS menambah

Bahan elektrod mestilah neutral secara elektrokimia (lengai) berkenaan dengan persekitaran yang dipanaskan. Ia tidak boleh diterima untuk membuat elektrod daripada aluminium atau keluli tergalvani. Bahan terbaik untuk elektrod ialah titanium, keluli tahan karat, grafit elektrik, keluli bergrafit. Apabila memanaskan air untuk keperluan teknologi, keluli karbon biasa (hitam) digunakan. Air sedemikian tidak sesuai untuk diminum.

Melaraskan kuasa sistem elektrod mungkin dengan menukar nilai U dan R... Selalunya, apabila melaraskan kuasa sistem elektrod, mereka terpaksa menukar ketinggian kerja elektrod (kawasan ​​​​​​permukaan elektrod) dengan memperkenalkan skrin dielektrik antara elektrod atau menukar pekali geometri sistem elektrod (ditentukan oleh buku rujukan bergantung pada gambar rajah sistem elektrod).