SU944163A1

SU944163A1 - Электродный выпарной аппарат

Info

Publication number: SU944163A1
Application number: SU802997999A
Authority: SU
Inventors: Владимир Петрович Пищулин; Игорь Александрович Соболев; Виктор Иванович Косинцев; Анатолий Григорьевич Пьянков; Павел Николаевич Селезнев; Сергей Николаевич Гришин
Priority date: 1980-07-16
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1982-07-15

Description

Изобретение относится к электротехнике ,. а именно к электродным аппаратам, может быть использовано для нагревания и концентрирования растворов и испарения различных жидкостей, например, растворов каустической ⁵соды.

Известны электродные подогреватели и электродные выпарные аппараты, выполненные в виде погруженных в жид- ₎₍₎кость электродов П] .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электродный выпарной аппарат, содержащий вертикальный корпус с патрубками вво-₁₅да и вывода жидкости и пара и сообщающуюся с ним вертикальную греющую камеру, выполненную в виде набора чередующихся трубчатых изоляторов и равновеликих электродов £2]. 20

Недостатком данного электродного выпарного аппарата является неравномерность распределения плотности тока по рабочей поверхности электродов, а, следовательно, и скорости коррозии электродов. Большая доля электрического тока 75~80% протекает по рабочей поверхности электрода, расположенной в непосредственной близости от трубчатого изолятора, и составляющей 10-15¾ всей поверхности электрода, что приводит к значительному градиенту коррозионного разрушения электродов по их длине, частой замене электродов, вследствие их выхода из строя за счет коррозии пограничной с изоляторами части электродов.

Цель изобретения - увеличение производительности аппарата путем выравнивания плотности электрического тока на рабочей поверхности электродов и снижения плотности тока по поверхности электрода, по сравнению с плотностью тока в межэлектродном пространстве.

Для достижения поставленной цели длина электрода выполнена равной

0,5“2 его диаметра, диаметр распола 944163 4 женного между электродами изолятора выполнен в 2-4 раза меньшим диаметра электрода, а его длина, выполнена в 1-4 раза большей диаметра электрода. 5

На чертеже изображен выпарной аппарат, общий вид.

Выпарной аппарат содержит корпус 1, электродную греющую камеру 2, сепаратор 3, отстойник 4, циркуля- 10 ционную трубу 5. Греющая камера 2 выполнена в виде установленных по оси в чередующемся порядке трубчатых электродов 6 и изоляторов 7 меньшего диаметра, чем трубчатые электроды. 15 Аппарат снабжен патрубками 8 подачи исходного раствора, и выходом 9 для концентрированного раствора и отводом 10 для сокового пара. Аппарат может быть выполнен с одной или не- 20 сколькими электродными греющими камерами, имеющими однофазное или трехфазное электрическое питание.

Аппарат работает следующим образом. 25

Исходный раствор поступает непрерывно через патрубок 8, смешивается с циркулирующим раствором и попадает в пространство между электродами 6 в греющей камере 2. Здесь за счет про- зо ходящего по раствору переменного электрического тока выделяется необходимое для выпаривния тепло, раствор концентрируется с образованием сокового пара. Упаренный раствор час- тично удаляется через патрубок 9, остальная часть раствора циркулирует в аппарате. Соковый пар удаляется через сепаратор 3, брызгоотделитель и патрубок 10.

Выполнение трубчатой греющей камеры в виде установленных по оси в чередующемся порядке трубчатых электродов и изоляторов диаметром в 2-4 раза меньшим диаметра трубчатых электродов, длиной в 1-4 раза большем диаметра электродов, при длине электродов равной 0,5“ 2 диаметрам электродов,обеспечивает увеличение теплопроизводительности единицы объема греющей камеры в 2-4 раза, так как для создания той ⁵⁰же плотности тока требуется большее напряжение электрического тока, вследствие повышения активного сопротивления межэлектродного пространства за счет уменьшения диаметра изолятора, ^5Sустраняет градиент коррозионного разрушения электродов, так как при этом обеспечивается равномерность распре деления плотности тока по рабочей поверхности электродов, повышает надежность работы аппарата.

• Данные соотношения геометрических размеров греющей камеры определяются следующим.

Удельная мощность электродной греющей камеры определяется по формуле _м _ N _ Ц* ’ ⁽¹⁾ где N - тепловая мощность греющей камеры;

\/ц - объем камеры;

U - напряжение, подводимое к электродам;

R - сопротивление греющей камеры.

Сопротивление греющей камеры определяется по формуле о - КфДм.э _ Кф1 (и.э ^к aeF - 3έ·0,7δ5(ό_Μ.>’

-где Кф - коэффициент формы, зависящий от соотношения геометрических размеров греющей камеры;

1м.э “ расстояние между электродами (длина трубчатого изолятора);

де. - удельная электропроводность раствора;

F - площадь поперечного сечения трубчатого изолятора, разделяющего электроды, F = = “V¹ <4&0,7854_э 1 диаметр изолятора.

^dM9“

Подставив значение R в формулу (1) получим с м U ‘ ³⁶ 8.ц..э _ч \ ^И*А' Кф( ι_Μ3/ό_Μ3Γνκ ' Из анализа формулы 3 следует, что чем меньше отношение -j— , тем °МЭ выше удельная мощность. Но при отношении длины трубчатого изолятора 1мз I к его диаметру т— <4 значительно «МЭ увеличивает коэффициент формы до значения 5,3» что соответственно в 5,3 раза снижает удельную теплопроизводительност ь электродной греющей камеры (формула 3). Поэтому Сцлз/с!эм<4 принято за нижнее граничное значе ние.

Кроме того,, при прочих равных условиях значение показателя неравномерности распределения плотности то-,

944163 6 ка по рабочей поверхности электрода , выше для больших значений ‘

При увеличении отношения длины изолятора к его диаметру до значения Ά 12-16 значение показателя не- $ равномерности распределения тока по поверхности электродов, найденное методом экстрополяции для раствора K^g, составляет 98%. Это приводит к быстрому коррозионному разрушению to электрода в области,находящейся в непосредственной близости от трубчатого изолятора, разделяющего электроды. Поэтому верхним граничным значением отношения является ве- is личина -л· 16.

Таким образом, пределы изменения отношения длины изолятора к диаметру изолятора составляют 4-16. Величина показателя неравномерности зависит ₂₀от отношения диаметра изолятора к диаметру электрода. Значение = =0,5*2 взято на том основании, *что при этом отношении диаметра электрода к диаметру изолятора заметно улуч-эд шается равномерность распределения электрического тока по рабочей поверхности электрода. Уменьшение отношения диаметра изолятора к диаметру изолятора d_rt3/dj < 0,25, хотя ₃₀ и улучшает равномерность распределения электрического тока по поверхности электродов, но вследствие того, мто плотность тока в пространстве изолятора по сравнению с плотностью тока на электродах в ~1б = 4/сМ^ раз выше, то при плотности тока на электродах *1 А/см^ в пространстве изолятора плотность тока составит ~1б А/см¹^. При этой плотности тока ₄₀возможен тепловой пробой электролитного промежутка в пространстве изолятора, что приводит к резкому перегреванию раствора, увеличению парообразования, увеличивающему активное ₄₅сопротивление греющей камеры, уменьшающему тепловую мощность греющей камеры и в целом к неустойчивой работе выпарного аппарата. Возрастает в данном случае и эрозионное разрушение материала электродов. ⁵⁰

Отношение длины электрода к его диаметру l₃/d₃ = 0,5~2 выбрано на основании анализа экспериментальных данных. При значении отношения l₃/d₃ = 0,5 величина показателя неравномерности распределения плотности электрического тока наименьшая. При меньшем значении l₃/d₃<0,5, затруднено конструктивное выполнение электродов греющей камеры. При отношении Ig/dj? 2 значение показателя неравномерности распределения плотности тока увеличивается до значения 90-98%, что снижает срок службы электродов и надежность-работы выпарного аппарата.

За счет данных соотношений обеспечивается равномерность распределения тока по рабочей поверхности электродов, снижается коррозионное разрушение электродов и повышается надежность работы аппарата.

Claims

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к электродным аппаратам , может быть использовано дл нагревани и концентрировани растворов и испарени различных жидкостей, например, растворов каустической соды. Известны электродные подогреватели и электродные выпарные аппараты, выполненные в виде погруженных в жидкость электродов П. Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс элект родный выпарной аппарат, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода и вывода жидкости и пара и сообщающуюс с ним вертикальную греющую камеру, выполненную в виде набора чередующихс трубчатых изол торов и рав новеликих электродов 2. Недостатком данного электродного выпарного аппарата вл етс неравномер ность распределени плотности тока по рабочей поверхности электродов, а, следовательно, и скорости коррозии электродов. Больша дол электрического тока 75-30 протекает по рабочей поверхности электрода, расположенной в непосредственной близости от трубчатого изол тора, и составл ющей 10-15% всей поверхности электрода , что приводит к значительному градиенту коррозионного разрушени электродов по их длине, частой замене электродов, вследствие их выхода из стро за счет коррозии пограничной с изол торами части электродов. Цель изобретени - увеличение производительности аппарата путем выравнивани плотности электрического тока на рабочей поверхности электродов и сни)хени плотности тока по поверхности электрода, по сравнению с плотностью тока в межэлектродном пространстве. Дл достижени поставленной цели длина электрода выполнена равной 0, его диаметра, диаметр распола женного между электродами изол тора выполнен в 2- раза меньшим диаметра электрода, а его длина, выполнена в 1- раза большей диаметра электрода , На чертеже изображен выпарной аппарат , общий вид. Выпарной аппарат содержит корпус t, электродную греющую камеру 2, сепаратор 3, отстойник i, циркул ционную трубу 5. Греюсца камера 2 выполнена в виде установленных по оси а чередующемс пор дке трубчатых электродов 6 и изол торов 7 меньшего диаметра, чем трубчатые электроды. Аппарат снабжен патрубками 8 подачи исходного раствора, и выходом 9 дл концентрированного раствора и отводом 10 дл сокового пара. Аппарат может быть выполнен с одной или не сколькими электродными греющими каме рами, имещими однофазное или трехфазное электрическое питание. Аппарат работает следующим образом . Исходный раствор поступает непрерывно через патрубок 8, смешиваетс с циркулирующим раствором и попадает в пространство между электродами 6 в греющей камере 2. Здесь за счет проход щего по раствору переменного электрического тока выдел етс необходимое дл выпаривни тепло, раствор концентрируетс с образованием со кового пара. Упаренный раствор частично удал етс через патрубок 9, остальна часть раствора циркулирует в аппарате. Соковый пар удал етс через сепаратор 3, брызгоотделитель и патрубок 10. Выполнение трубчатой греющей камеры в виде установленных по оси в чере дующемс пор дке трубчатых электродов и изол торов диаметром в 2- раза меньшим диаметра трубчатых электродов длиной в I- раза большем диаметра электродов, при длине электродов равной 0,5-2 диаметрам электродов обеспе чивает увеличение теплопроизводительности единицы объема гр еющей камеры в 2-t раза, так как дл создани той же плотности тока требуетс большее напр жение электрического тока, вслед ствие повышени активного сопротивлени межэлектродного пространства за счет уменьшени диаметра изол тора, устран ет градиент коррозионного разрушени электродов, так как при этом обеспечиваетс равномерность распреелени плотности тока по рабочей поверхности электродов, повышает надежность работы аппарата. Данные соотношени геометрических размеров греющей камеры определ ютс следующим. Удельна мощность электродной греющей камеры определ етс по форуле и U, /,ч Чу IJ- к-тт- (1) лА Vj к где N - теплова мосцность греющей камеры; УН - объем камеры; U - напр жение, подводимое к электродам; R - сопротивление греющей камеры . Сопротивление греющей камеры опедел етс по формуле о - .э К4 м.Э fp К - - - коэффициент формы, завис щий от соотношени геометрических размеров греющей камеры; рассто ние между электродами (длина трубчатого изол тора ); удельна электропроводность раствора; площадь поперечного сечени трубчатого изол тора, раздел ющего электроды, F d.785dS3 диаметр изол тора. Подставив значение R в формулу (1) получим м и 0,785 ..a /,х А Кф( Из анализа формулы 3 следует, 1мэ что чем меньше отношение -г- , выше удельна мощность. Но при отношении длины трубчатого изол тора к его диаметру -г значительно увеличивает коэ }и1 ициент формы до значени 5,3 что соответственно в 5,3 раза снижает удельную теплопроизводительность электродной греющей камеры (формула 3) . Поэтому В /сЯэ(/|«4 прин то за нижнее граничное знамение . Кроме того, при прочих равных услови х значение показател неравномерности распределени плотности то-, 5 ка по рабочей поверхности электрода выше дл больших значений При увеличении отношени длины изол тора к его диаметру до значени 2112-16 значение показател неравномерности распределени тока по поверхности электродов, найденное методом экстропол ции дл раствора К составл ет 98%. ЭтоПриводит к быстрому коррозионному разрушению электрода в области,наход щейс в непосредственной близости от трубчатого изол тора, раздел ющего элект роды. Поэтому верхним граничным значением отношени 6 /dj g вл етс величина Я 16. Таким образом, пределы изменени отношени длины изол тора к диаметру изол тора составл ют k-}6. Величина показател неравномерности зависит от отношени диаметра изол тора к диаметру электрода. Значение , вз то на том основании, что при этом отношении диаметра электрода к диаметру изол тора заметно улуч шаетс равномерность распределени электрического тока по рабочей поверхности электрода. Уменьшение отношени диаметра изол тора к диаметру изол тора 0,25, хот и улучшает равномерность распределени электрического тока по поверхности электродов, но вследствие того мто плотность тока в пространстве изол тора по сравнению с плотностью тока на электродах в 4-2- раз выше, то при плотности тока на .электродах л/1 А/см в пространстве изол тора плотность тока составит л/Тб А/см. При этой плотности тока возможен тепловой пробой электролитного промежутка в пространстве изол тора, что приводит к резкому перегреванию раствора, увеличению парообразовани , увеличивающему активное сопротивление греющей камеры, уменьшающему тепловую мощность греющей ка меры и в целом к неустойчивой работе выпарного аппарата. Возрастает в дан ном случае и эрозионное разрушение материала электродов. 3 Отношение длины электрода к его диаметру 0, выбрано на основании анализа экспериментальных данных. При значении отношени 0|5 величина показател неравномерности распределени плотности электрического тока наименьша . При меньшем значении ,Si затруднено конструктивное выполнение электродов греющей камеры. При отношении значение показател неравномерности распределени плотности тока увеличиваетс до значени 90-98%, что снижает срок службы электродов и надежность-работы выпарного аппарата. За счет данных соотношений обеспечиваетс равномерность распределени тока по рабочей поверхности электродов, снижаетс коррозионное разрушение электродов и повышаетс надежность работы аппарата. Формула изобретени Электродный выпарной аппарат, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода и вывода жидкости и пара и сообщающуюс с ним вертикальную греющую камеру, выполненную в виде набора чередующихс трубчатых изол торов и равновеликих электродов, о тличающийс тем, что, с целью увеличени производительности аппарата путем выравнивани мощности электрического тока по поверхности электродов, длина электрода выполнена равной 0,5-2 его диаметра, диаметр расположенного между электродами изол тора выполнен в 2-4 раза меньшим диаметра электрода, а длина его выполнена в 1-U раза большей диаметра электрода. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 72768, кл. Н 05 В 3/60, .
2.Авторское свидетельство СССР № 613759, кл. Н 05 В З/+О, 197. ,