Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

применение пульсирующего напряжения

в аппаратах ЭИТ

Восточно европейских странах применение сильных электрических полей в технологических процессах при непосредственном воздействии электрической энергии на частицы без промежуточной трансформации, нашли развитие во второй половине прошлого столетия. На основе научных исследований и практических разработок в перспективной области электротехнологии, использующей для организации производственных процессов взаимодействие сильных электрических полей и диспергированных материалов, появилось название электронно-ионной технологии (ЭИТ). Созданные на этой основе аппараты ЭИТ отличаются экологической чистотой, простотой и малой энергоемкостью.

Организация упорядоченного движения твердых и жидких дисперсоидов в аппаратах ЭИТ определяется законами поведения зарядов в электрическом поле. Носителями зарядов в этом случае является не только электроны и газовые ионы, а заряженные частицы дисперсных материалов. Все эти обстоятельства усложняют характер происходящих физических явлений. Тем не менее, процессы ЭИТ нашли распространение в процессах фильтрации, дегидратации, сепарации, а также при производстве озона, электроокраске, нанесении порошковых покрытий в электрическом поле, электропечати, текстильной промышленности и других отраслях. В настоящее время на ряду с электрофильтрами широкое признание в промышленном применении находят коронно-электростатические барабанные сепараторы.

При переработке исходного сырья сложного состава повышенная эффективность разделения в коронно-электростатическом барабанном сепараторе получена в режимах высоковольтного питания, адаптированных к электрическим свойствам разделяемых твердых дисперсных материалов.

Исследование процесса зарядки частиц, находящихся в контакте с осадительным электродом, показывает, что при различных способах высоковольтного питания коронно-электростатических барабанных сепараторов, наиболее эффективные режимы следует ожидать при пульсирующих формах напряжения. Дополнительным необходимым условием для пульсирующего высоковольтного питания является наличие опорного напряжения.

Рассматриваемый случай аналогичен процессу установления насыщенного (установившегося) режима зарядки частицы в поле коронного разряда импульсного напряжения прямоугольной формы. На основании осциллограмм напряжения и тока коронного разряда, а также с учетом общей закономерности возникновения вспышки короны, определены длительности импульса тока коронного разряда tⁱ_и и длительности паузы между периодическими импульсами tⁱ_п .

Допускаем, что за время между импульсами тока коронного разряда внешний объемный заряд в межэлектродном пространстве отсутствует. За время приложения импульса тока коронного разряда tⁱ_и происходит зарядка частицы, а за время паузы tⁱ_п она разряжается на осадительный электрод. Нами установлено, что при соответствии изменения высокого напряжения и тока коронного разряда известной закономерности, процесс зарядки частиц можно описать с помощью решетчатой функции. Если отсчет времени вести от начала периода t₁= t–nT, то на интервале 0 £ t₁ £ tⁱ_и происходит заряд частицы по возрастающей экспоненте. Кривая разрядки первоначально заряженной частицы на осадительном электроде имеет вид убывающей экспоненты.

Главным преимуществом пульсирующего напряжения является то, что разряд частиц можно осуществить за более короткое время. Требуемая длительность паузы между пульсациями при наличии опорного напряжения значительно короче, чем при импульсном питании. Это обусловлено свойствами экспоненциальной функции.

Рассмотрим процесс зарядки частиц при g₁ <0,25×10^-9 Ом^-1×м^-1 в режиме пульсирующего напряжения. Зарядка частиц непроводников и полупроводников (g₁< 0,25×10^-9 Ом^-1×м^-1), а также проводников (g₁> 0,25×10^-9 Ом^-1×м^-1) происходит как в импульсном режиме.

Учитывая, что во время паузы на частицу, находящуюся на осадительном электроде, воздействует кулоновское поле, наводящее на нее индукционный заряд предельного значения q_un, получим уравнение кинетики зарядки в зависимости от количества пульсации. Придерживаясь характера изменения напряжения и заряда частицы в импульсном режиме, для конечного значения исследуемого периода имеем

q^u_¥[(n+1)T] = [q^u(tⁱ_и)- q_uп] exp[-(T- tⁱ_и)/ t_p] + q_uп (1)

где t_p – постоянная времени разрядки частиц;

q^u_¥ – предельный заряд частицы в поле коронного разряда, созданного пульсирующим напряжением амплитудой U_к.;

q_uп – заряд частицы, обусловленный опорным напряжением .

Решая последнее уравнение получим

q^u_¥[(n+1)T] = q^u(tⁱ_и) exp(-tⁱ_п / t_р) - q_up exp(-tⁱ_п / t_p) + q_un

q^u_¥ [(n+1)T] + q_un exp(-tⁱ_п/t_р) - q_un

q^u (tⁱ_и) = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ (2)

exp(-tⁱ_п / t_р)

где q_¥ – предельный заряд частицы в поле коронного разряда, созданного постоянным напряжением амплитудой равной U_к ;

Подставляя значения q^u(t_u) в управление зарядки частиц за время воздействия пульсации

q^u_¥ [(n+1)T] + q_un exp(-tⁱ_п /t_p) - q_up = { q_¥[1 - exp(-tⁱ_п /t₃)] +

+ q^u_¥(nT) exp(-tⁱ_и / t₃)} exp(-tⁱ_п / t_p) (3)

где t_p – постоянная времени зарядки частиц;

Последнее уравнение перепишем в виде равенства, связывающего значения q^u_¥[nT] и q^u_¥ [(n+1)T] искомой функции

q^u_¥ [(n+1)T] - B q^u_¥ [nT] = N (4)

где N=q_¥[1-exp(-tⁱ_и / t _з)] exp(-tⁱ_и / t₃) - q_up exp(-tⁱ_п /t_p) - q_un

B = exp(-tⁱ_п /t_p – tⁱ_и /t₃)

Искомая функция в насыщенном режиме имеет вид

q_¥[1-exp(-tⁱ_и / t₃)] exp(-tⁱ_п / t_p) - q_un exp(-tⁱ_п / t_р) + q_un

q^u_¥ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ (5)

1-exp(-tⁱ_и / t₃ - tⁱ_п / t_p)

Выполнен теоретический анализ режимов зарядки минерального сырья, содержащего трудноразделяемые компоненты. Из-за некоторых особенностей на поверхности частиц, эти компоненты занимали промежуточное положение между проводниками и диэлектриками, а в процесса сепарации засоряли проводниковые и непроводниковые продукты.

На основании вышеприведенных формул разработана методика определения параметров высоковольтного питания пульсирующего напряжения с учетом свойств отдельной группы минералов, обладающих промежуточными электрическими свойствами. Испытания, проведенные на промышленных коронно-электростатических барабанных сепараторах показали, что эффективность сепарации коллективных концентратов сложного состава при пульсирующем напряжении значительно повышается. При этом удельный расход электроэнергии не превысил 4 кВт·ч на тонну исходного питания с учетом расходов на транспортировку перерабатываемого материала в самом сепараторе.