Раздел 12. Электрокинетические технологии.
Классификация электронно-ионных технологий
При воздействии электрического поля высокой напряженности на вещество, находящееся в твердом, жидком или газообразном состоянии, возникают процессы, при которых наряду с изменением физических и химических свойств материала происходит изменение распределения образующих его частиц в пространстве. Это применение электрических полей высокой напряженности в технологических процессах получило общее название электронно-ионной технологии (ЭИТ).
Электронно-ионная технология включает в себя три характерных процесса: электризацию материала в момент диспергирования или уже находящегося в дисперсном состоянии; организацию различных форм движения частиц в электрическом поле; формирование готового продукта или изделия.
Получили развитие следующие виды ЭИТ:
- электрогазоочистка - выделение из газового (воздушного) потока содержащихся в нем твердых или жидких частиц;
- электросепарация - разделение многокомпонентных систем на компоненты, используя электрофизические и физико-химические свойства частиц компонентов;
- электроокраска - нанесение твердых или жидких покрытий на изделия;
- электропечать - формирование изображения, получение многократных копий, выполнение матриц для размножения;
- электроформообразование.
В основе электронно-ионной технологии лежат следующие явления.
Электроосмос - движение жидкости по отношению к твердому телу под действием электрического поля.
|
|
|
Электрофорез или катафорез - движение частиц, взвешенных в жидкости или газе под воздействием электрического поля.
Электродиализ - явление, которое составляют диализ (очистка растворов от электролитов) и электрофорез.
Эти явления протекают в электростатических установках. При массопереносе электрическое поле перемещает не ионы, как это происходит при электролизе, а макрочастицы вещества, состоящие из большого количества молекул.
В электростатических установках для протекания процессов частицы должны быть заряжены. На практике используются три принципа зарядки частиц:
- путем осаждения на поверхности частицы ионов из объема газа, окружающего частицу;
- путем электростатической индукции, т.е. разделения зарядов в электрическом поле;
- путем механической, химической и тепловой электризации.
Заряд частицы в электрическом поле
Если в газовую среду поместить электроды и подать на них напряжение от источника ЭДС, то под влиянием электрического поля некоторое количество находящихся в среде заряженных частиц двигается в этом поле. Вызванный движением частиц электрический ток очень мал. Этот ток существенно увеличится, если в газе возникнет ионизатор, обусловливающий резкое увеличение числа ионизованных частиц. Одним из таких ионизаторов может быть коронный разряд, возникающий в неоднородном электрическом поле. Такое поле имеет место в системе двух коаксиальных электродов, если их радиусы резко отличаются по значению. Причем диаметр внутреннего (коронирующего) электрода много меньше диаметра внешнего (осадительного).
|
|
|
Если на коронирующий и осадительный электроды электрофильтра подать напряжение и постоянно повышать его, то между ними при определенном значении напряженности электрического поля возникает электрический разряд, имеющий ВАХ, показанную на рис. 18.1. На участке характеристики аб ток увеличивается при повышении U, что связано с возникновением новых носителей зарядов. При дальнейшем увеличении U и достижении начального напряжения между электродами возникает коронный разряд (участок бв).
Рис. 12.1 – Вольт-амперная характеристика системы электродов (UП – пороговая разность потенциалов)
|
Дальнейшее увеличение напряжения между электродами приводит к пробою МЭП и переходу к искровому разряду (участок вг), который в дальнейшем может трансформироваться в дуговой (правее точки г). Электрофильтры обычно работают в режиме, соответствующем активной короне (участок бв).
|
|
|
Из рассмотренных соотношений следует, что распределение электрического поля внутри системы электродов и значение проходящего между ними тока зависят от свойств газа, его температуры и влажности.
Процесс зарядки частицы в ионном поле коронного разряда заключается в том, что под действием электродинамических сил на частице постепенно накапливается некоторое количество элементарных зарядов. Процесс сосредоточения зарядов на частице протекает не мгновенно, и в отдельных случаях для получения максимального заряда частицы необходимо значительное время.
Ионы оседают на поверхность частицы за счет следующих сил.
Первая сила создается внешним электрическим полем, часть силовых линий которого пересекает поверхность частицы. Движущиеся ионы сталкиваются с частицей и удерживаются на ее поверхности за счет сил зеркального отображения.
Вторая сила обусловлена поляризацией частицы во внешнем поле. Это приводит к искривлению силовых линий результирующего (внешнего и поляризационного) поля и увеличению числа линий, пересекающих поверхность частицы. На частицу попадают те ионы, которые в ее отсутствие не пересекали бы области, ограниченной поверхностью частицы.
|
|
|
Третья сила - сила зеркального отображения действует на частицы и ионы, движущиеся вблизи поверхности. Под ее воздействием еще некоторое количество ионов осядет на поверхности частицы.
Четвертая сила обусловлена поглощающим действием поверхности частицы. Поэтому концентрация ионов вблизи частицы окажется меньше, чем вдали. Заряженная частица к тому же создает отталкивающее кулоновское поле, которое имеет максимальное значение вблизи ее поверхности. Вследствие наличия градиента концентрации возникает диффузия ионов к частице, стремящаяся выровнять концентрацию. В результате еще часть ионов сможет осесть на частице.
Рассмотренные силы заставляют ион двигаться к поверхности частицы. Этому движению препятствует лишь одна сила - сила отталкивания между ионами, осевшими на частицу, и ионами, приближающимися к ее поверхности. Зарядка прекратится тогда, когда отталкивающая сила равна сумме всех притягивающих.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 311; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!