Самостійна робота № 7 Тема: Електричні поля у технологічних процесах.

План

1. Електронно-іонна обробка продуктів.

2. Електроочищення.

3. Електрифікація сипких матеріалів.

4. Електричне нанесення покриттів.

5. Електроімпульсна обробка.

1

Сильні електричні поля (напруженість 1 – 5 кв/см) використовують для впливу на дисперговані середовища під час їх обробки.

Основним проявом електричного поля є силова дія його на електричні заряди, які починають напрямлено рухатись. Якщо зарядити частинку матеріалу, наприклад , сировини, і вмістити її в електричне силове поле, вона також зазнає напрямленого силового впливу поля. Це дало змогу створити пристрої, в яких цілим потокам електризованого матеріалу надають різних видів упорядкованого і цілеспрямованого руху.

Технологічні операції, що ґрунтуються на цьому явищі: електрогазоочищення, класифікація диспергованих матеріалів за розмірами частинок та іншими показниками, електрокопчення, фарбування в електричному полі, електропанірування. Такі електротехнологічні операції називаються електрично-іонною технологією (ЕІТ).

Самі агрегати ЕІТ за конструкцією прості і складаються з камери, що містить електроди, які створюють електричне поле. Основним енергоносієм або “ротором” установки є саме електричне поле, а інструментом впливу – іони і електрони, що заряджають сировину.

Фізичні властивості електронно-іонної обробки.

Електронно-іонна обробка матеріалів проходить у три стадії:

• зарядження частинок у полі коронного розряду або методом електростатичної електризації (тертям) безпосередньо у робочій камері чи попередньо, до введення продукту в зону електричного впливу поля;

• напрямлений рух заряджених частинок в електричному полі під дією кулонівських і поляризаційних сил. Тут може мати місце напрямлений рух до електродів з одночасною коагуляцією, орієнтацією чи деформацією частинок;

• осідання частинок на поверхні електродів. Осаджений продукт або видаляють з поверхні або зберігають на ній для наступного формування (обпалювання порошку, обсмаження панірованих риби і м’яса, висушування фарби).

На першій стадії використовують так званий незавершений пробій газового міжелектродного проміжку – коронний розряд.

Якщо припинити зовнішній вплив на газ і зменшити напругу на електродах до величини, меншої від певної критичної, газ знову стає діелектриком і струм не пропускає. Таке розрядження називають несамостійним газовим розрядом.

Самостійний газовий розряд, коли сила струму перестає залежати від зовнішнього іонізатора, настає у випадку робочої напруги на електродах, що дорівнює пробивній. У цьому випадку утворення позитивно чи негативно заряджених атомів і молекул у нейтральному газі відбувається під дією сил, що виникають внаслідок проходження струму крізь газ, причому вольтамперні залежності мають нелінійний характер і не підлягають закону Ома. У разі достатньої потужності джерела електричного живлення між електродами встановлюється дуговий розряд.

У зовнішній області розрядного проміжку відбувається несамостійний розряд, що підтримується лише за рахунок іонізації газу в коронуючому шарі.

2

Електрогазоочищення застосовується для очищення газу (95 – 99,5%), вловлювання високодисперсного пилу (до R = 0,001мкм) та очищення повітря від бактерій. Електричне очищення газу від пилу і туманів проходить в електроосаджувальних апаратах, що називаються електрофільтрами. У разі незначного гідравлічного опору руху газу (до 100 Н/м²) апарати споживають мало енергії (1 – 2 мДж на 1000 Нм³ газу), допускають робочу температуру газу до 500⁰С, вловлюють кислоти, луги та інші агресивні речовини.

Залежно від форми осаджувальних електродів електрофільтри поділяються на трубчасті і пластинчасті.

Трубчасті електрофільтри застосовують для вловлювання рідин. По осях труб, що є осаджувальними електродами, підвішені у натягнутому стані коронуючі електроди, які укріплені на високовольтних ізоляторах.

У пластинчастих електрофільтрах між пластинами підвішені струнні коронуючі електроди, натягнуті горизонтально на трубчасті каркаси. В пластинчастих електрофільтрах з міжелектродного простору видаляється осаджений завис, що важливо для твердих пилових фракцій, які під час падіння вниз знову можуть захоплюватись газовим потоком з апарата.

За умовами зарядження і осаджування частинок електрофільтри поділяють на:

• однозонні, в яких заряджання і осідання частинок відбувається в одному робочому об’ємі;

• двозонні, в яких газ поетапно іонізується в одній частині апарату (іонізатори) і знепилюється – в другій (осаднику).

Ефективність газоочищення залежить від основних технологічних параметрів, а саме від:

• напруги на електродах;

• довжини активної зони електрофільтрів;

• швидкості газу в активній зоні;

• розміру вловлюваних частинок;

• температури очищуваного газу;

• вологості газу;

• питомого електричного опору осаджувальних частинок;

• тривалості роботи електрофільтра без струшування осаджувальних електродів.

3

Сипкі матеріали в електричному полі високої напруги можна класифікувати (сортувати) за формою частинок, їх розмірами, густиною сортованого матеріалу, різницею діелектричної проникності ε або питомих провідностей.

Електрокласифікацію харчових продуктів застосовують для електричного сортування і очищення зерна, бурякового насіння, соняшнику, цукру – піску.

За фізичними методами впливу сил електричного поля на сортований продукт електрокласифікатори поділяються на такі групи:

1. Камерні – здійснюють об’ємне розділення диспергованих заряджених частин, що знаходяться у електричному полі високої напруги і переміщуються в газовому середовищі міжелектродного простору під дією сили тяжіння і сил електричного поля.

2. Контактні – здійснюють розділення заряджених частинок на поверхні контактування їх із заземленим осаджувальним електродом. Ефект розділення у цьому випадку визначається контактною провідністю речовин і швидкістю перезарядження частинок.

Таке групування методів базується лише на основних факторах роздільного впливу сил електричного поля і зовсім не виключає усієї сукупності явищ за будь-якого методу електричного сортування.

Існують також інші методи попередньої електризації частинок сортованого матеріалу: контактний та заряджений коронним розрядом. Для електризації деяких матеріалів їх нагрівають, а потім охолоджують, перемішуючи: відбувається статична електризація, що забезпечує селективне заряджання частинок різними знаками.

4

Явище силового напрямленого впливу електричного поля на заряджені частинки матеріалу використовують при нанесенні покриттів на вироби для декоративно-захисного оформлення або формування самого виробу (виробництво плівкових матеріалів, електропанірування, електрокопчення риби і м’яса). Електронанесення зменшує витрати дорогих покривних матеріалів тому, що дія сил електричного поля напрямлена на кожну заряджену частинку, що транспортується полем на оброблюваний об’єкт протилежного знаку.

Електростатичне поле сприяє тоншому і рівномірному розпиленню рідких і порошкових матеріалів, що поліпшує якість покриття. Однойменні заряди частинок вирівнюють концентрацію зависів в об’ємі, зменшують їх коагуляцію.

Особливість електричного нанесення покриттів – потреба у штучному розпиленні осаджуваного диспергованого продукту у робочій камері і необхідність закріплення осаджуваного матеріалу на виробі. Шар матеріалу протягом годин і діб зберігає заряд і притискується електричними силами до виробу після виходу з робочої камери.

Електрокоптильний апарат забезпечує підсушування риби, копчення, проварювання і охолодження. Між коронуючими дротами і заземленою рибною тушкою (осаджувальний електрод) відбувається електричний коронний розряд.

Частинки коптильного диму в міжелектродному просторі заряджаються і силами поля осаджуються на поверхні харчового продукту. Тривалість нанесення коптильних речовин в електричному полі 2 – 4хв.

5

Імпульсний силовий вплив на оброблювані матеріали ефективний під час штампування, дроблення, очищання фільтрувальних і ситових поверхонь, екстракції. Метод ґрунтується на використанні високовольтних розрядів у рідині, що створюють імпульсне навантаження у зоні, яка оточує розрядний канал. Електрогідравлічний ефект можна розглядати як один з видів економного перетворення електричної енергії на механічну без проміжних ланок.

Електрогідравлічна установка працює таким чином. До високовольтного трансформатора підводять регульовану напругу змінного струму (U_роб = 30 – 100 кВ). За робочу ємкість, що нагромаджує енергію заряду, використовують конденсатори, розраховані на імпульсний розряд

(С = 0,1 – 10мкф). Конденсатори повинні віддавати енергію у вигляді коротких (10^-5 – 10^-4сек) потужних імпульсів. Опір ввімкнений в коло обмежує зарядний струм, що проходить через вентиль і захищає його від перенавантажень.

Доцільніше працювати при високих напругах (обмежуються номінальними електричними параметрами використовуваного устаткування). Оскільки пробивна напруга рідин не залежить від тиску, електрогідравлічний удар створюють при атмосферному тиску. ККД перетворення електричної енергії на механічну досить високий.

На технологічні процеси впливають: дія ультрафіолетових променів і ультразвукових коливань, полімеризація, дифузійні процеси на границі поділу твердої і рідкої фаз.