- •Глава 1. М е м б р а н н ы е э л е к т р от е х н ол о г и и
- •1.1.Основы теории электрокинетических и электрокапиллярных явлений в процессах электромембранных технологий
- •1.2. Общее описание электромембранных процессов
- •1.3. Классификация эмп
- •1.4. Требования к ионообменным мембранам
- •1.6. Электродиализ с биполярными мембранами
- •1.7. Мембранный электролиз
- •1.8. Электродеионизация
- •1. 9. Электросорбция
- •1.10. Электрогравитация (электроосаждение)
- •1. 12. Транспортное объединение
- •1.13. Электрофорез
- •Глава 2. Электротехнологии и электротехнологические установки с применением сильных электрических полей
- •2.1. Технологические процессы, основанные на силовом воздействии электрических полей на материалы
- •2.2. Методы зарядки частиц
- •2.2.1. Ионная зарядка
- •«Ударная» зарядка частиц в электрическом поле
- •«Диффузионная» зарядка частиц
- •2.2.2. Индукционная зарядка частиц
- •2.2.3. Статическая электризация
- •2.3. Движение частиц в электрическом поле
- •Движение частицы в однородном электрическом поле
- •2.4. Коллективные процессы в заряженном аэрозоле
- •2.5. Разделение неоднородных систем в электрофильтрах.
- •2 Коронирующие электроды
- •1 Осадительные электроды; 2 коронирующие электроды
- •2.6. Нанесение покрытий в электрическом поле
- •2.6.1. Электроокраска
- •2.6.2. Нанесение порошковых покрытий
- •2.7. Электросепарация
- •2.7.1. Классификация сепараторов
- •2.7.2. Сепарация по электропроводности
- •1 Дозатор, 2 металлический заземленный барабан (осадительный электрод),
- •3 Некоронирующий высоковольтный электрод, 4 приемник для непроводящих
- •1 Дозатор, 2 металлический заземленный барабан (осадительный электрод),
- •3 Коронирующий высоковольтный электрод, 4 приемник для непроводящих
- •1 Дозатор, 2 пластинчатый наклонный (осадительный) электрод,
- •3 Коронирующий электрод, 4 отклоняющий электрод,
- •5 Дополнительный отклоняющий электрод, 6 приемник.
- •2.7.3. Трибоэлектростатическая сепарация
- •1 Транспортер с проводящей заземленной лентой, 2 ванна с пористой
- •6 Приемный бункер для концентрата.
- •2.7.4. Пироэлектрическая сепарация
- •1 Дозатор, 2 металлический заземленный барабан (осадительный электрод),
- •3 Электронагреватели, 4 приемник для электризующихся частиц кристаллов I,
- •2.7.5. Диэлектрическая сепарация
- •1 Диэлектрические плоскости, 2 провода в пазах, 3 силовые линии,
- •Глава 3. Электротехнологии и электротехнологические установки с применением плазмохимических реакций
- •3.1. Генераторы озона и озонные технологии
- •3.1.1. Физико-химические и биологические свойства озона
- •3.1.2. Основные способы получения озона
- •1, 3 Электроды; 2 диэлектрический барьер; 4 зона разряда
- •1 Наружный электрод; 2 барьер из стеклоэмали; 3 внутренний электрод.
- •3.1.3 Технологическое применение озона
- •3.1.4. Математическое описание бактерицидного эффекта озона в процессе электроантисептирования
- •3.2. Электротехнологии конверсии газов в плазме газового разряда
- •3.3. Модификация поверхности материалов в плазме газового разряда
- •Глава 4. Импульсные электротехнологии
- •4.1. Электрогидравлическая технология
- •4.1.1.Технологические применения разряда в жидкости
- •4.2. Электроэрозионная обработка материалов
- •4.2.1. Электроэрозионные установки
- •6 Пузырьки пара или газа; 7 твердые частицы; 8 продукты пиролиза
- •1 Анод; 2 катод; 3 канал разряда; 4 рабочая среда; 5 газовый
- •4.2.2. Физические основы электроэрозионной обработки металлов
- •4.3. Магнитно-импульсная обработка материалов
- •4.3.1. Физическая сущность магнитно-импульсной обработки
- •4.3.2. Разновидности магнитно-импульсной обработки
- •4.3.3. Генераторы токов для магнитно-импульсной обработки
- •4.3.4. Технологические особенности
- •Глава 5. Аэрозольные электрогазодинамические
- •5.1.Общая характеристика
- •5.2. Конденсационные элетрогазодинамические генераторы
- •5.3. Элетрогазодинамические генераторы
- •2 Газовый поток; 3 коронирующий электрод зарядного устройства;
- •4 Заземленный электрод-сетка; 5 коллектор; Rн – нагрузка.
- •5.4. Элетрогазодинамические компрессоры
- •2 Стенка с иглами; 3 заземленный электрод-сетка; 4 ионы или заряженные
- •Глава 6. Технологические лазеры
- •6.1. Физическая модель лазерной обработки
- •6.1.1.Феноменологический (теплофизический) подход к лазерному
- •6.2. Основные параметры технологических лазеров
- •6.3. Характеристики «качества» излучения технологических лазеров
- •6.3.1.Когерентность лазерного излучения
- •6.3.2. Монохроматичность излучения
- •6.3.3. Поляризация излучения
- •6.4. Параметры технологических лазеров
- •6.5. Перспективы развития и основные области применения технологических лазеров
- •6.5.1. Перспективы развития технологических лазеров
- •6.5.2. Основные области применения технологических лазеров
- •6.6. Устройство и принцип действия газового (co2), твердотелого и полупроводникового лазеров (nd-yag)
- •6.6.1. Газовые лазеры
- •6.6.2.Твердотельные лазеры
- •6.6.3. Полупроводниковые лазеры
- •6.6.4. Волоконные лазеры
- •6.7. Принцип действия инжекционных лазеров
- •6.7.1. Усиление и генерация света в активных средах
- •6.7.2. Конструкция и работа инжекционных лазеров
- •6.7.3. Порог генерации и кпд инжекционных лазеров
- •Глава 1. М е м б р а н н ы е э л е к т р от е х н ол о г и и ..................6
- •Глава 2. Электротехнологии и электротехнологические
- •Глава 3. Электротехнологии
- •Глава 6. Технологические лазеры……………………………...184
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФГБОУ ВПО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
М.М. БЕЗЗУБЦЕВА
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ В АПК
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
УДК 621.311(07)
ББК 40.76
Составитель: М.М. Беззубцева
Рецензенты: д.т.н., проф. С.А. Ракутько; д.т.н., проф. В.В. Орлов
М.М. Беззубцева
А 24: Электротехнологии и электротехнологические установки в АПК.
– СПб: СПбГАУ, 2012. - с.
В учебном пособии рассмотрены современные электромембранные, высоковольтные и лазерные электротехнологии и установки агропромышленного комплекса.
Учебное пособие составлено в соответствии с рабочими программами дисциплины «Электротехнологии и электротехнологические установки в АПК» и предназначено для подготовки магистров по направлению 110800.68 «Агроинженерия». Учебное пособие также может быть использовано студентами, аспирантами и научными работниками, работающими в различных областях АПК.
УДК 621.311(07)
ББК 40.76
ISBN 978-5-85983-063-3
© М.М. Беззубцева
ПРЕДИСЛОВИЕ
Задача электротехнологии как науки – исследование и выявление физических, химических, механических и иных закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов.
В условиях рыночной экономики и научно-технического прогресса роль новых электротехнологий трудно переоценить. Современная история экономического развития общества – это история разработки и внедрения новых технологий, в том числе и технологий с использованием электрического тока в различных формах его проявления.
Внедрение в производственные процессы агропромышленного комплекса новых электротехнологий позволяет:
во-первых, создавать принципиально новые продукты, услуги, материалы и электротехнологическое оборудование;
во-вторых, получать уже известные товары нового качества (например, кевлара по своим прочностным характеристикам во много раз превосходящего ранее известные материалы);
в-третьих, снизить себестоимость производства уже известных продуктов;
и, наконец, самое важное, – повысить энергоэффективность всего производства и снизить энергоемкость продукции.
Цель учебного пособия можно сформулировать следующим образом:
Познакомить будущих магистров–агроинженеров с современными электромембранными технологиями; с возможностями новых электротехнологических процессов, основанных на использовании прямого воздействия на материал сильных электрических и магнитных полей, применении плазмы газового разряда для плазмохимических преобразований газовой среды и материалов, электроимпульсных методов воздействия на материал. Заложить основы знаний по физике лазерных технологий.
На основе конкретных примеров показать энергетическую, эргономическую и экологическую эффективность новых электротехнологических процессов по сравнению с традиционными.
В связи с тем, что содержание курса базируется на новых разработках, которые отражены только в монографиях и статьях в научно-технических журналах, то до сих пор отсутствует учебник или учебное пособие, которое можно было бы рекомендовать магистрам, обучающимся по специальности «Агроинженерия».
Текст учебного пособия состоит из 6 глав.
В компактной форме изложены сведения об электромембранных технологиях. Представлены теоретические основы технологий, базирующихся на использовании сильных электрических полей, дано описание конкретных технологий этого типа. Представлены физические основы плазмохимических технологий, технологий, основанных на импульсном воздействии на материалы (электрогидравлическая, электроэррозионная и магнитно-импульсная), а также конструкции и области применения электрогазодинамических устройств. Приведены основополагающие сведения о технологических лазерных установках.
Учебное пособие предназначено для магистров энергетического факультета, а также может быть использовано студентами, аспирантами, научными сотрудниками и инженерами, работающими в различных областях АПК.
Глава 1. М е м б р а н н ы е э л е к т р от е х н ол о г и и
"Электромембранная технология" – наука о технологиях мембранного разделения, концентрирования и очистки жидких и газовых систем с использованием электрического тока. В последние годы электромембранная технология получила широкое распространение в аппаратурно-технологических системах предприятий агропромышленного комплекса.
Мембраны – это селективно-проницаемый барьер между двумя фазами. Их изготавливают из органических (в том числе полимерных) и неорганических (металлических, керамических, стеклянных и пр.) материалов. Мембраны могут быть твердые и жидкие. Для производства мембран необходима современная высокоточная технология, которая принципиально отлична для органических и неорганических мембран. Мембранное разделение основано на селективном переносе компонентов смеси через мембрану. Использование мембранных процессов для разделения смесей позволяет создать экономически эффективные, ресурсо – и энергосберегающие малоотходные технологии. Можно выделить следующие основные области применения и направления развития мембранной техники и мембранных технологических процессов:
Топливно-энергетический комплекс:
очистка и осушка попутного нефтяного газа;
разделение компонентов нефтехимических производств;
разделение биогаза.
Водоподготовка:
получение питьевой воды путем опреснения морских вод;
повышение качества питьевой воды;
получение особо чистой воды; обеззараживание и стерилизация воды;
очистка сточных вод производственных предприятий АПК и бытовых сточных вод.
Перерабатывающая промышленность:
получение очищенной воды для технологических процессов; концентрирование соков;
очистка вина, пива; переработка молочных продуктов;
создание инертных сред для длительного хранения овощей и фруктов и переработки сырья и полуфабрикатов;
получение сока из плодовоовощной продукции.
Биотехнология:
стерилизация технологических сред; извлечение целевых компонентов (ферментов, витаминов и пр.);
концентрирование продуктов биотехнологических процессов; организация непрерывных биотехнологических процессов, в которых происходит непрерывное извлечение целевых компонентов из биореактора (мембранный реактор).
Ветеринария:
получение очищенной, стерильной, апирогенной воды для приготовления вакцин, медицинских препаратов, промывки ампул;
очистка крови методом диализа, выделение, очистка и концентрирование лекарственных преператов в процессах получения лекарственных средств;
физиотерапия (аппарат "Горный воздух").
Это лишь краткий перечень областей применения мембранной технологии. В любом процессе, где требуется извлечь целевой компонент, провести концентрирование, разделение, очистку газовых и жидких сред, провести процессы в инертных средах может применяться мембранная технология. И практически во всех случаях она будет конкурентноспособна и более выгодна по сравнению с традиционными методами очистки, разделения и концентрирования. Рынок мембран ежегодно увеличивается на 15-20%. Электромембранная технология – одна из самых динамично развивающихся отраслей промышленности.
Современные электромембранные процессы отличаются высокой селективностью, низкими энергозатратами, простотой аппаратурного оформления, служат основой создания энергосберегающих, экологически чистых и безотходных технологий.