45. Электростатическое поле

Электростатическим полем называют поле покоящихся зарядов, а силы взаимодействия этих зарядов – электростатическими силами (это потенциальные силы). Электростатическое поле характеризуют напряжённостью Е и энергетической характеристикой этого поля – его потенциалом φ.

В настоящее время высокоэффективные процессы с применением высоковольтной ионизации широко используются в различных областях технологических процессах, таких как:

электроочистка газов; электростатическое эмалирование; электрокопчение ;электроантисептирование ; электропанирование и многих др.

В основу всех этих процессов положен один метод, сущность которого состоит в том, что ионизированный газ, перемещаясь в электрическом поле, сообщает заряд тонкодисперсным частицам вещества (пыль, краска, коптильный дым и др.). При этом частицы также совершают упорядоченное направленное движение от одного электрода к другому.

Ионизации газов можно достигнуть двумя путями:

1. Несамостоятельной ионизацией, которая возникает в том случае, если пространство между электродами подвергают воздействию внешнего источника теплоты (рентгеновские лучи, коротковолновая радиация, ультрафиолетовое излучение, высокая температура и др.). При удалении внешнего источника процесс ионизации прекращается и образовавшиеся ионы противоположного заряда рекомбинируются;

2. Самостоятельной ионизацией, возникающей в результате повышения напряжения в цепи до некоторой определённой величины, при которой заряженные частицы, разгоняясь в электрическом поле и сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, ионизируют их. В этом случае электрическая прочность газа нарушается, и в результате ударной ионизации в газе устанавливается самостоятельный разряд, существующий без внешних побудителей.

В случае неоднородного электрического поля явление разряда весьма сложно. При повышении напряжения в месте максимальной напряжённости поля возникает и развивается ионизация газа и устанавливается коронный разряд.

Возникающие в зоне коронного разряда ионы будут двигаться в электрическом поле со скоростью, пропорциональной напряжённости поля,

v = vⁿE,

где vⁿ – подвижность ионов (величина, равная скорости ионов при напряжённости поля в 100 В/м).

Подвижность отрицательных и положительных ионов разная. Подвижность отрицательных ионов vⁿ = 1,87 м·см/(с·В), а положительных vⁿ = 1,35 м·см/(с·В), т.е. скорость упорядоченного движения ионов

При ионизации наблюдается одновременное течение двух противоположных процессов:

- распад нейтральных молекул на заряженные частицы (ионы);

- восстановление (рекомбинация) ионов в нейтральные молекулы.

В неравномерных электрических полях максимальная напряжённость возникает у электрода с меньшим радиусом кривизны, причём газ на этом участке теряет свою электрическую прочность – возникает коронный разряд.Область, непосредственно прилегающую к разряду, называют короной, а электрод – коронирующим.

При небольших напряжениях коронный разряд представляет собой сумму электронно-лавинных импульсов малой продолжительности – 10^-11 с. При более высоких напряжениях корона состоит из каналов газоразрядной плазмы, обрывающейся в участках пониженной напряжённости поля.

№47

Процессы с использованием эл-х токов ВЧ и СВЧ.

До настоящего времени нет чёткого определения и разграничения тока ВЧ и СВЧ.

ВЧ можно считать частоту, превышающую промышленную частоту 50-60 Гц.

Верхняя граница ВЧ находится в частоте 3*10⁷ Гц. Чаще всего к токам ВЧ относятся токи больше 10 кГц.

Токи СВЧ находятся в пределе 3*10^{7 -} 3*10¹² Гц.

В общественном питании, перераб. п/п примен электротоки СВЧ дециметрового диапазона с частотой 433,9152450 МГц. Энергию СВЧ переменного Эл-го поля начали применять с 1960 года в пищ-й пром-ти и общ-м питании. Нагрев осуществляемый таким путём получил разное название (СВЧ-нагрев, диэлектрический, микроволновый, объёмный, безградиентный, холодный). Название СВЧ-нагрев оправдано тем, что используется СВЧ-электромагнитное поле. Диэлектрический нагрев исп-ют для тепловой обработки диэлектриков – материалов, плохо пропускающих электрический ток. Объёмный нагрев обладающий СВЧ объясняется тем, что ЭМ поле проницает в толщу продуктов. СВЧ нагрев может быть использован для сушки растительного и животного сырья, варки и жарки мяса, рыбы, овощей. Он примен. для бланширования овощей и плодов, выпечки хлеба и хлебобулочных изделий, в обжарке зёрен кофе и какао. Эффективен СВЧ нагрев для разогрева и размораживания изделий.

В общем смысле диэл-й нагрев вызывается перемещением заряженных частиц под возд-ем временного ЭМ поля. Перемещение частиц сопровожд. затратой работы, которая превращается в теплоту. Диэл-й нагрев возможен в диэл-х вещ-вах, пищ-х продуктах и кулинарных изделиях.

При нагреве полупроводников в СВЧ поле: P₀ = 0, 556*10^-12 * e’ tgγfE, где P₀ - мощность, выделяемая единицей объёма диэл-ка (удельная мощность), Вт/м³, e’ - относительная диэлектрическая проницаемость, tgγ – тангенс угла диэлектрических потерь (поглощение), f – частота, Гц; Е – напряж. поля, В/см.

Под глубиной прониктовения эл-го поля в диэлектрик, принимают расстояние от пов-ти продукта, на которое мощность СВЧ поля понизилась в 2 раза.

∆=9,55*10⁹ /ftgγ √e’, где ∆ - глубина прониктовения электрополя, м.

№48

Обработка ПП в электростатическом поле.

Электрические процессы, относ. к электростатическим полям – процессы электронно-ионной технологии (ЭИТ).

ЭИТ примен. для электрогазовой очистки.

Дым заряжается и приобретает отрицательный заряд. На стенках ставят ловушки для СО₂.

Для электрокопчения – дым заряж. -, стенки +, заряженный дым проникает через толщу продукта и осаждает СО₂ на поверхности, проник. сп-ть возрастает, если дым не подверг. эл-й обработке.

Иголки соединены проводником. При копчении преим-ва: 1) дым проникает по всему объёму продукта за счёт эл-го притяжения.2) равномерное поверхностное распределение 3) улучшение вкусовых качеств.

Отрицательное: затрачивается много электрической Е, при длительной эксплуатации отгорают контакты.

(Очистка газа, электрокопчение мяса и рыбы, панировка рыбы, очистка зерна, чая, масляничных культур, семян, разделение прод-в помола на фракции, улучшение посевных кач-в зерна, улучшение хлебопекарных кач-в зерна.)

№49

Электроконтактные методы обработки пищевых продуктов.( со 2 лста)

В пищевой промышленности перспективным является использование процессов, осуществляемых путём непосредственного контакта электрического тока с продуктом.

• Простота аппаратурного оформления,

• высокий КПД,

• быстротечность,

• достаточно высокая равномерность температурного поля, доступность контроля и регулирования энергетических параметров

– всё это свойственно электроконтактному методу.

Специфика изготовления пищевых продуктов с помощью электроконтактных методов требует тщательного подхода к оценке качества полученной продукции.

№52

Оборудование для СВЧ (со 2 листа).

В настоящее время разработан целый ряд приборов для генерирования СВЧ-энергии, однако в промышленных масштабах наибольшее распространение получили магнетроны, которые наиболее полно удовлетворяют совокупности предъявляемых требований и при минимальных геометрических размерах обеспечивают мощность до десятков кВт. К настоящему времени разработаны магнетроны большой мощности, с значительным ресурсом и КПД, превышающим 75 %.

№54

ИСТОЧНИКИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Генерация ИК-энергии осуществляется инфракрасными излучателями, которые в зависимости от длины волны излучения делятся на светлые и тёмные. В спектр светлых излучателей входит область видимых лучей.

При выборе излучателя учитывают целый ряд факторов, таких как:

• особенности технологического процесса;

• свойства материала;

• интенсивность генератора;

• возможность импульсного облучения;

• санитарные требования;

• экономические показатели и др.

Оптико-геометрические параметры генераторов значительно варьируются, поэтому их в некоторых случаях классифицируют по этому признаку на:

• точечные;

• линейные;

• плоские.

КЛАССИФИКАЦИОННАЯ СХЕМА ГЕНЕРАТОРОВ ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ

Схемы устройства генераторов ИК-излучения предствалены на рис 2.

Основным элементом электрических излучателей является металлическая проволока(нихром,вольфрам, и др.)изготовляемая,как правило в виде спирали.В большинстве слвчаев излучающий элемент помещают в колбу, либо в трубку(стекло,кварц).

Рис2.СХЕМЫ УСТРОЙСТВА ГЕНЕРАТОРОВ ИК-ИЗУЧЕНИЯ

а – ТЭН: 1 – контактный стержень; 2 – фарфоровый изолятор; 3 – втулка; 4 – трубка; 5 – спираль; б, в – силитовые генераторы: 1 – рабочая часть; 2 – пассивный конец; 3 - контактное напыление; г – биспирали на керамической трубке: 1 – отверстие; 2 – трубка; 3 – спираль; 4 – контактная пластина; д, е - КИ-220-1000, КИ-220-250: 1 – ввод; цоколь; 3 – фольговое звено; 4 – молибденовый вод; 5 – кварцевая трубка; 6 – спираль; 7 – вольфрамовая поддержка; ж – лампы ИКЗ: 1 – стеклянная колба; 2 – спираль; 3 – внутреннее покрытие; 4 – цоколь; з, и – газовая горелка ИК-излучения: 1 – форсунка; 2 – конфузор; 3 – горловина; 4 – диффузор; 5 – насадка; 6 – каналы; 7 – распределительная коробка; к – кварцевый генератор: 1 – выводы; 2 – керамический изолятор; 3 –спираль; 4 - трубка

Недостаток излучателей с тонкостенной стеклянной колбой заключается в их чрезвычайной хрупкости. Кроме того, поверхность колбы довольно быстро покрывается налетом капелек жира и бульона (при обработке мясопродуктов), что приводит к резкому снижению излучающей способности лапмы. Использование в качестве материала трубки плавленого кварца позволяет получить более однородный поток излучения с высокой плотностью энергии.

Керамические излучатели с газовым обогревом нашли широкое распространение в промышленности благодаря своей надежности в эксплуатации, возможности работать от общих газовых сетей и долговечности.