חימום אלקטרודה של מדיה נוזלית

שיטה לחימום אלקטרודה המשמשת לחימום חוטי II mil: מים, חלב, מיצי פירות ופירות יער, אדמה, בטון וכו'. חימום אלקטרודות נפוץ בדודי אלקטרודות, דוודים למים חמים וקיטור, כמו גם בתהליכי פסטור ועיקור של מדיה נוזלית ורטובה, טיפול בחום של הזנה.

החומר מונח בין האלקטרודות ומחומם על ידי זרם חשמלי העובר בחומר מאלקטרודה אחת לאחרת. חימום אלקטרודה נחשב לחימום ישיר - כאן, החומר משמש כתווך שבו אנרגיה חשמלית מומרת לחום.

חימום אלקטרודות הוא הדרך הפשוטה והחסכונית ביותר לחמם חומרים; הוא אינו דורש ספקי כוח מיוחדים או תנורי חימום העשויים מסגסוגות יקרות.

האלקטרודות מספקות זרם למדיום לחימום, והן עצמן כמעט אינן מחוממות על ידי הזרם. אלקטרודות עשויות מחומרים שאינם חסרים, לרוב מתכות, אך הן יכולות להיות גם לא מתכתיות (גרפיט, פחמן). כדי למנוע אלקטרוליזה, השתמש רק זרם חליפין.

המוליכות של חומרים רטובים נקבעת על פי תכולת המים, לכן, להלן, חימום אלקטרודות ייחשב בעיקר לחימום מים, אך התלות הנתונה חלה גם על חימום חומרים רטובים אחרים.

חימום באלקטרוליט

בהנדסת מכונות וייצור תיקונים משתמשים בחימום באלקטרוליט... את המוצר המתכתי (חלק) מניחים באמבט אלקטרוליטים (5-10% תמיסה Na2CO3 ואחרים) ומחברים לקוטב השלילי של מקור הזרם הישר. כתוצאה מאלקטרוליזה, מימן משתחרר בקתודה וחמצן באנודה. שכבת בועות המימן המכסה את החלק מייצגת התנגדות זרם גבוהה. רוב החום משתחרר לתוכו, מחמם את החלק. באנודה, בעלת שטח פנים גדול בהרבה, צפיפות הזרם נמוכה. בתנאים מסוימים, החלק מחומם על ידי פריקות חשמליות המתרחשות בשכבת המימן. שכבת הגז משמשת בו-זמנית כבידוד תרמי, ומונעת מהאלקטרוליט של החלק להתקרר.

היתרון של חימום באלקטרוליט הוא צפיפות אנרגיה משמעותית (עד 1 קילוואט/סמ"ר), המספקת קצב חימום גבוה. עם זאת, זה מושג באמצעות צריכת חשמל מוגברת.

התנגדות חשמלית של חוטים II מיל

מוליכים מסוג II הנקראים אלקטרוליטים... הם כוללים תמיסות מימיות של חומצות, בסיסים, מלחים, וכן חומרים שונים של נוזלים וחומרים המכילים לחות (חלב, מזון רטוב, אדמה).

מים מזוקקים זמינים התנגדות חשמלית בערך 104 אוהם x m ולמעשה אינו מוליך חשמל, ומים טהורים מבחינה כימית הם דיאלקטרי טוב. מים "רגילים" מכילים מלחים מומסים ותרכובות כימיות אחרות שהמולקולות שלהן מתפרקות במים ליונים ומעניקות מוליכות יונית (אלקטרוליט).ההתנגדות החשמלית הספציפית של מים תלויה בריכוז המלחים וניתן לקבוע אותה בקירוב לפי הנוסחה האמפירית

p20 = 8 x 10 / C,

כאשר p20 - התנגדות ספציפית של מים ב-200 C, Ohm x m, C - ריכוז מלחים כולל, מ"ג / גרם

מים אטמוספריים מכילים לא יותר מ-50 מ"ג לליטר של מלחים מומסים, מי נהר - 500 - 600 מ"ג לליטר, מי תהום - מ-100 מ"ג לליטר למספר גרם לליטר. הערכים הנפוצים ביותר עבור התנגדות חשמלית אפקטיבית p20 עבור מים הם בטווח של 10 - 30 אוהם x m.

התנגדות חשמלית של מוליכים מסוג II תלויה באופן משמעותי בטמפרטורה. ככל שהוא עולה, עולה מידת הפירוק של מולקולות המלח ליונים והניידות שלהן עולה, כתוצאה מכך המוליכות עולה וההתנגדות יורדת. עבור כל טמפרטורה T לפני תחילת האידוי המורגש, המוליכות החשמלית הספציפית של מים, Ohm x m -1, נקבעת על ידי התלות הליניארית

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

כאשר y20 - מוליכות ספציפית של מים בטמפרטורה של 20 o C, a - מקדם מוליכות טמפרטורה שווה ל-0.025 - 0.035 o° C-1.

בחישובים הנדסיים, הם בדרך כלל משתמשים בהתנגדות ולא במוליכות.

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

והתלות הפשוטה שלו p (t), לוקחת a = 0.025 o° C-1.

אז עמידות המים נקבעת על ידי הנוסחה

pt = 40 p20 / (t +20)

בטווח הטמפרטורות 20 - 100 OS, התנגדות המים עולה פי 3 - 5, באותו זמן משנה את הכוח הנצרך על ידי הרשת.זהו אחד החסרונות המשמעותיים של חימום אלקטרודות, מה שמוביל להערכת יתר של החתך של חוטי האספקה ​​ומסבך את החישוב של מתקני חימום אלקטרודות.

ההתנגדות הספציפית של מים מצייתת לתלות (1) רק לפני תחילת האידוי המורגש, שעוצמתו תלויה בלחץ ובצפיפות הזרם באלקטרודות. קיטור אינו מוליך זרם ולכן התנגדות המים עולה במהלך האידוי. בחישובים, זה נלקח בחשבון על ידי מקדם bv בהתאם ללחץ וצפיפות הזרם:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

כאשר שולחן העבודה m - התנגדות ספציפית של התערובת מים - קיטור, strc - התנגדות ספציפית של מים ללא אידוי מורגש, a - קבוע שווה 0.925 למים, k - ערך בהתאם ללחץ בדוד (אפשר לקחת k = 1.5 ), J - צפיפות זרם על האלקטרודות, A / cm2.

בלחץ רגיל, אפקט האידוי יעיל בטמפרטורות מעל 75 מעלות צלזיוס. עבור דודי קיטור, מקדם b מגיע לערך של 1.5.

מערכות אלקטרודות והפרמטרים שלהן

מערכת אלקטרודות - קבוצה של אלקטרודות, המחוברות בצורה מסוימת זו לזו ולרשת אספקת החשמל, המיועדת לספק זרם לסביבה המחוממת.

הפרמטרים של מערכות אלקטרודות הם: מספר שלבים, צורה, גודל, מספר וחומר של אלקטרודות, מרחק ביניהן, מעגל חשמלי חיבורים ("כוכב", "דלתא", חיבור מעורב וכו').

בעת חישוב מערכות אלקטרודות, נקבעים הפרמטרים הגיאומטריים שלהן, המבטיחים שחרור של כוח נתון בסביבה המחוממת ואינם כוללים את האפשרות של מצבים חריגים.

אספקת מערכת אלקטרודות תלת פאזית בחיבור כוכב:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

אספקת מערכת אלקטרודות תלת פאזית עם חיבור דלתא:

P = 3U2l / Re

במתח נתון Ul מערכת אלקטרודות הכוח P נקבעת על ידי התנגדות הפאזה Rf, שהיא ההתנגדות של גוף החימום הסגור בין האלקטרודות היוצרות את הפאזה. הצורה והגודל של הגוף תלויים בצורה, בגודל ובמרחק בין האלקטרודות. למערכת האלקטרודות הפשוטה ביותר עם אלקטרודות שטוחות כל b, גובה h והמרחק ביניהן:

Rf = pl / S = pl / (bh)

כאשר, l, b, h - פרמטרים גיאומטריים של המערכת המקבילה המישורית.

עבור מערכות מורכבות, התלות של Re בפרמטרים גיאומטריים לא נראית כל כך קלה לבטא. במקרה הכללי, ניתן לייצג אותו כ-Rf = s x ρ, כאשר c הוא מקדם שנקבע על ידי הפרמטרים הגיאומטריים של מערכת האלקטרודות (ניתן לקבוע מספרי עיון).

מידות האלקטרודות להבטחת הערך הנדרש Rf, ניתנות לחישוב אם ידוע התיאור האנליטי של השדה החשמלי בין האלקטרודות, כמו גם התלות p בגורמים הקובעים אותו (טמפרטורה, לחץ וכו').

המקדם הגיאומטרי של מערכת האלקטרודות נמצא כ-k = Re h / ρ

הספק של כל מערכת אלקטרודות תלת פאזית יכול להיות מיוצג כ-P = 3U2h / (ρ k)

בנוסף, חשוב להקפיד על אמינות מערכת האלקטרודות, כדי לא לכלול נזקים למוצר והתקלות חשמלית בין האלקטרודות. תנאים אלו מתקיימים על ידי הגבלת חוזק השדה בחלל הבין-אלקטרודה, צפיפות הזרם על האלקטרודות ובחירה נכונה של חומר האלקטרודה.

החוזק המותר של השדה החשמלי בחלל הבין-אלקטרודות מוגבל על ידי הדרישה למנוע תקלה חשמלית בין האלקטרודות ולשבש את פעולת המתקנים. מתח מותר Eadd השדות נבחרים בהתאם לחוזק הדיאלקטרי Epr השדות נבחרים בהתאם לחוזק הדיאלקטרי Epr של החומר, תוך התחשבות במקדם הבטיחות: Edop = Epr / (1.5 … 2)

ערך Edon קובע את המרחק בין האלקטרודות:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

כאשר Jadd - צפיפות זרם מותרת על האלקטרודות, ρt היא ההתנגדות של מים בטמפרטורת הפעולה.

על פי הניסיון של התכנון והתפעול של מחממי מים אלקטרודה, הערך של Edon נלקח בטווח (125 ... 250) x 102 W / m, הערך המינימלי מתאים להתנגדות של מים בטמפרטורה של 20 О בפחות מ-20 אוהם x m, המקסימום הוא ההתנגדות של מים בטמפרטורה של 20 OC יותר מ-100 אוהם x m.

צפיפות הזרם המותרת מוגבלת בשל האפשרות של זיהום הסביבה המחוממת במוצרים מזיקים של אלקטרוליזה באלקטרודות ופירוק מים למימן וחמצן, היוצרים גז נפיץ בתערובת.

צפיפות הזרם המותרת נקבעת על ידי הנוסחה:

Jadd = Edop / ρT,

כאשר ρt היא התנגדות המים בטמפרטורה הסופית.

צפיפות זרם מקסימלית:

Jmax = kn AzT / C,

כאשר, kn = 1.1 ... 1.4 - מקדם הלוקח בחשבון את חוסר האחידות של צפיפות הזרם על פני האלקטרודה, Azt הוא עוצמת זרם העבודה הזורם מהאלקטרודה בטמפרטורה הסופית, C הוא השטח של המשטח הפעיל של האלקטרודה.

בכל המקרים יש לעמוד בתנאי הבא:

ДжаNS להוסיף

חומרי האלקטרודה חייבים להיות ניטרליים מבחינה אלקטרוכימית (אינרטיים) ביחס לסביבה המחוממת. זה לא מקובל לעשות אלקטרודות מאלומיניום או פלדה מגולוונת. החומרים הטובים ביותר לאלקטרודות הם טיטניום, נירוסטה, גרפיט חשמלי, פלדות גרפיטיות. בחימום מים לצרכים טכנולוגיים משתמשים בפלדת פחמן רגילה (שחורה). מים כאלה אינם מתאימים לשתייה.

התאמת הספק של מערכת האלקטרודות אפשרית על ידי שינוי ערכי U ו-R... לרוב, בעת התאמת הספק של מערכות האלקטרודות, הם פונים לשינוי גובה העבודה של האלקטרודות (אזור האקטיביות) משטח האלקטרודות) על ידי הכנסת מסכים דיאלקטריים בין האלקטרודות או שינוי המקדם הגיאומטרי של מערכת האלקטרודות (נקבע על ידי ספרי עיון בהתאם לתרשימים של מערכות האלקטרודות).