Способ предотвращения образования накипи на поверхности теплообмена Советский патент 1992 года по МПК C23F14/00 

Изобретение относится к водоподготов- ке, в частности к обработке с целью предотвращения образования накипи, и может быть применено в теплообменниках коммунального хозяйства, энергетике, химической технологии и других отраслях.

Известен способ водоподготовки в электрическом поле, включающий предварительное пропускание воды через зазор электродов, покрытых изоляцией и подключенных к высоковольтному источнику переменного тока. Ввиду того, что подают переменное напряжение, электрическое поле проникает частично в воду, происходит поляризация находящихся в ней коллоидных частиц, в результате чего при последующем кипячении структура накипи более рыхлая и легко снимается.

Недостаток этого способа - низкая эффективность обработки, так как происходит индукция заряда переменного знака, а заряд индуцируют в слое жидкости, не прилегающей к поверхности кипения, а предварительно, и прочность накипи достаточно высокая.

Известно устройство, основанное на способе сгущения жидкости суспензий и предотвращение накипеобразования использующем коронный разряд от отрицательного электрода. Разряд от отрицательного электрода, как известно, формирует в среде избыток отрицательных ионов, которые умягчают среду, образующаяся накипь рыхлая и легко снимается продувкой.

Недостаток способа в том, что ввиду отсутствия изоляции поверхности кипения,

4 СЛ

Ю Ю СЛ

елики затраты электрической энергии, роисходит образование продуктов электолиза, что снижает эффективность спосоа

Известный способ предотвращения об- 5 азования накипи на греющих поверхнотях, который служит прототипом, тличается тем, что греющую поверхность изолируют электрически.

Недостаток этого способа в том, что не ю используют наложение внешнего поля и не индуцируют специально заряд на поверхности кипения.

Цель изобретения - увеличение эффективности предотвращения образования на- 15 кипи.

Поставленная цельдостигается тем, что на поверхности кипения дополнительно индуцируют отрицательный заряде поверхностной плотностью более 1,4 - 10 кл/м 20 путем подачи высоковольтного электроотрицательного потенциала на металлический электрод, погруженный в кипящую жидкость.

Индукция отрицательного заряда на поверхность кипения делает рабочую среду щелочной, что предотвращает образование твердой накипи, она образуется в виде хлопьев и легко удаляется продувкой.

Концентрация отрицательных ионов, обеспечивающих необходимую жесткость для предотвращения образования твердой накипи, рассчитывается по заданной напряженности (Е) поля в изоляционном слое и его диэлектрической проницаемости (еео ) по формуле.

а п ЕЕО Е,(1)

где ЈЈо - диэлектрическая проницаемость изоляции;

Е - напряженность поля в изоляционном слое.

Так как согласно экспериментальным данным эффект наблюдается При напряженности поля, превышающих 2,2 106 В/м, согласно формуле (1) плотность заря да на поверхности кипения при Јо 8,85- 1012 ф/м, е 7 - диэлектрическая проницаемость стекла, оп 8,85-10 127 2,210 1,4 Кл /м2, т. е. плотность индуцированного отрицательного заряда на поверхности кипения должно быть равно или превышать указанную величину.

25

30

35

40

45

50

5

Наложение поля на изоляцию заданной напряженности и направления (знака) обеспечивают подачей электроотрицательного

потенциала на металлический электрод, погруженный в кипящую жидкость.

Способ осуществляют следующим образом.

Он предусматривает подачу отрицательного потенциала на электрод погруженный в кипящую жидкость. Причем величина потенциала с учетом выражения (1) определяется по формуле

Е

d-On.

u eeo

. 1.4-Ю

-4

,7d

8,85-10

. u.i (ЭД,1П Н

:ГП7 7 I.OO-IU 71

-12

(2)

где

d - толщина изоляции; Е - относительная диэлектрическая проницаемость изоляции.

Оценим концентрацию пэл избытка отрицательных ионов, обусловленную индукцией зарТяда, и сравним с равновесной концентрацией ионов

р гт6 ЈоЈ5б ЈоЈ №Т/е2по ее ее ;

f)

Пэл

0

где р- плотность избыточного отрицатель- 5 ного заряда;

е - заряд электрона; сгп - поверхностная плотность индуци- рованногЬ заряда;

б-толщина слоя избыточной концент- 0 рацией заряда (дебаевская длина экраниро- вания% определяемая формулой:

I e2no

5 где Јое - диэлектрическая проницаемость .воды;

i, Е - максимальная напряженность поля в пограничном слое;

К - постоянная Больцмана; 40 Т - абсолютная температура;

, п0 - равновесная концентрация ионов, в чистой воде.

Численные значения величин, входя- -щих в формулу f3), таковы: е е0 8, 45 х81 7.17-10 1b Ф/м; Е 2.2-106 В/м; К , 1,38-1023 Дж/К; Т 300 К; п0 6 1018 м 3; е 1,.

Подставляя эти величины в формулу (3), находим

50--.-з. .2Ф10Р1.

Пэл - 2.24

1021м

По

6-10

18

37/

XI0

т.е.средняя избыточная концентрация ин- 55 дуцированного заряда, обусловленная поляризацией воды, более чем на два порядка превышает равновесную концентрацию гидроксильных групп в чистой воде. Если учесть, что указанная концентрация в слое резко возрастает с уменьшением расстояслое резко возрастает с уменьшением расстояний от поверхности кипения, то проведенная оценка занижена Таким образом, индукция отрицательного заряда в воде, прилегающей к поверхности кипения, достаточна для обеспечения щелочного слоя на ней, что предотвращает накипеобразова- ние.

Пример осуществления способа. В стеклянный термостойкий стакан емкостью 300 мл, установленный на заземленную металлическую подставку, положенную на электроплитку, заливали 250 мл водопроводной воды (содержащей в 1 л водопроводной воды 11 мг 1C; 83,4 мг Na+; 106,2 мл Са2+; 28,3 мл 152,5 мл СГ: 132,8 мл 5См2-; 320 мл НСОз, в жидкость погружали металлический стержень вертикально, нижний торец, которого отстоял от дна стакана на 2 - 3 мм, и подключали к высоковольтному отрицательному полюсу источника напряжения ,5 кВ, а также и электроплитку. Кипение воды в стакане продолжалось до снижения ее уровня в стакане до 2 - 3 мм, т. е. не ниже торца высоковольтного стержня. Напряженность поля в стенке стакана определялась по формуле:

Е- ,

где h - толщина стенки стакана.

Аналогичные опыты проводились с по дачей положительного потенциала на стер жень (воду) и без высокого напряжения и концентрации солей в воде в 2 3 и А ряза меньше вышеуказанной.

В случае подачи отрицательного потен циала на стержень р - 4,5 кВ и ВЫШР накипь образовалась в виде хлопьев в жид кости и не осаждалась на стенках стякана

0 последняя оставалась чистой без накипи Во втором (положительном потенциал0 и нулевом потенциале стержня) на стенках и дне стакана образовалась плотная твердая накипь.

5 Таким образом, создание отрицательного индукционного заряда в слое воды прилегающей к поверхности кипения предотвращает образование на ней накипи Формула изобретения

0 Способ предотвращения образования накипи на поверхности теплообмена,вклю чающий изоляцию поверхности кипения от металлической поверхности нагрева, отличающийся тем, что, с целью повышения

5 эффективности процесса, на поверхности кипения дополнительно индуцируют отрицательный заряд с поверхностной плотно стью более 1,4 104 кл/м2 путем подачи высоковольтного электроотрицательного

0 потенциала на металлический электрод, погруженный в кипящую жидкость

Изобретение относится к области борьбы с накипеобразованием и может быть ис- пользовано в теплообменниках, коммунальном хозяйстве, энергетике. Цель изобретения - повышение эффективности процесса. Способ предотвращения образования накипи на поверхности теплообмена включает изоля.цию поверхности кипения от металлической поверхности нагрева, погружение в кипящую жидкость металлического электрода и подачу на него высоковольтного электроотрицательного потенциала, обеспечивающего создание на поверхности кипения отрицательного заряда с поверхно- стной плотностью более 1,4 . Кл/м2 Создание на поверхности кипения отрицательного заряда с указанной поверхностной плотностью способствует повышению эффективности процесса. сл С