лекция 11

Электрические печи сопротивления

Наиболее распространенный способ нагрева изделий – нагрев в электрической печи сопротивления. Эти установки применяются для нагрева под пластическую деформацию, термическую и химико-термическую обработку металлов и сплавов, для выплавки легкоплавких металлов, для обезгаживания и сушки материалов, а также в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Несложная конструкция, высокая эффективность нагрева, простота в эксплуатации и управлении позволили этим установкам найти широкое применение практически во всех отраслях промышленности и в быту.

Индукционные установки

Индукционные установки перспективны для нагрева металлов для различных целей: - нагрев под поверхностную закалку; - сквозной нагрев под обработку давлением; - плавка черных, цветных и драгоценных металлов Современные индукционные установки оборудованы системами автоматического управления с применением микропроцессорных средств с выводом информации о параметрах режима работы на экран монитора.

Дуговые сталеплавильные печи

В России наблюдается непрерывный рост производства стали в дуговых сталеплавильных печах (1990 г. – 28 %, 2008 г. – 40 %, 2010 – 2012 г.г. до 50 % от всего объема производства стали). В Чебоксарах на заводах ОАО «Промтрактор-Промлит», ОАО «ЧАЗ», ОАО «Машзавод», в Канаше на Вагоноремонтном заводе работает большое количество дуговых печей. Разработкой автоматических регуляторов и эксплуатацией электрооборудования этих печей занимаются выпускники нашей кафедры

Установки специальной электрометаллургии

Развитие современной техники требует применения лазерной, плазменной , электронно-лучевой обработки материалов, вакуумно-дуговой плавки металлов, электрошлакового переплава, ионно-плазменного напыления материалов и др. Без установок такого рода невозможно развитие ведущих отраслей промышленности: - точного машиностроения; - аэрокосмической техники; - атомной энергетики; - радиоэлектроники и т.д.

Лазерные установки

Современным успехом квантовой электроники явилось создание технологических лазеров для сварки и резки металлов. Луч лазера без труда режет любые металлы и сплавы толщиной до 50 мм с высоким качеством среза, а система управления технологическим комплексом обеспечивает точную резку по любому сложному профилю.

Установки для ионно-плазменного напыления

Ионно-плазменное напыление применяется для нанесения покрытий на поверхности металлов и сплавов, улучшающих служебные характеристики деталей. Так покрытия из нитрида титана на поверхности режущего инструмента повышает твердость и износостойкость в 2 – 3 раза. Этот же вид покрытия на поверхности церковных куполов и украшений повышает их долговечность и придает им красивый «золотистый» внешний вид.

Электросварочные установки

Электросварочные установки являются основой любого машиностроительного производства. Без электросварки немыслимо создание неразъемных соединений каркасных конструкций, отдельных деталей узлов и машин. Большое количество электросварочных установок определяется многообразием видов электросварки, таких как электродуговая сварка сварка на открытом воздухе и в защитной атмосфере, контактная сварка, электронно-лучевая, лазерная и плазменная сварка. Электросварочное оборудование отличается многообразием источников питания, высоким уровнем автоматизации сварочных процессов, широким диапазоном изменения режимов сварки.

Бытовая техника

Использование электронагрева в быту не нуждается в особых комментариях, поскольку он давно и прочно вошел в наш повседневный быт.

Пищевая промышленность — это производство пищевых продуктов в целом виде или полуфабрикатов, а также, мыла и д.р продуктов. В системе аграрно промышленного комплекса пищевая промышленность тесно связана с сельским хозяйством как поставщиком сырья и с торговлей как с распостранителем.

В последние годы активно развивается применение в пищевых технологиях электрического тока непосредственно для обработки сырья и продуктов, а именно: электрический нагрев, электрогидравлический шок, электропорация (разрушение клеточных мембран) и нагрев за счет джоулевой теплоты – омический нагрев (ОН).

Указанные способы обработки пищевого сырья, по мнению специалистов, по крайней мере, частично могут заменить традиционный нагрев за счет теплопроводности, конвекции и излучения, поскольку генерирование теплоты здесь происходит в самом продукте, что позволяет существенно повысить энергоэффективность производственных процессов.

В свое время ОН был успешно применен в ХХ веке для пастеризации молока (Гетчел, 1935). Нужно также отметить, что согласно другим источникам, об электропастеризации молока было впервые сообщено еще в 1919 году, а основательные исследования процесса появились только в последнем десятилетии ХХ века.

В 1938 г. в США так называемый «процесс электропюре» использовали почти 50 тысяч потребителей. Но это направление развития бытовой техники не получило дальнейшего развития из-за высокой стоимости, несовершенства средств электробезопасности, отсутствия инертных относительно рабочей среды материалов для изготовления электродов. Несмотря на некоторые недостатки ОН, в последние две декады ХХ века продолжались исследования применения ОН в технологиях обработки фруктов, овощей, мясопродуктов, молокопродуктов.

Прямой ОН является также одним из современных методов осуществления ультравысокотемпературного процесса стерилизации (UHT sterilization process).

В Украине по сравнению с некоторыми другими странами омический нагрев пищевых сред и продуктов применяется крайне ограниченно, промышленность не выпускает соответствующее оборудование. Практически отсутствуют системные исследования в этом направлении, призванные содействовать комплексному изучению особенностей данной технологии и эффективному их использованию в промышленных масштабах. По нашему мнению, расширение границ использования ОН в пищевой промышленности даст возможность улучшить качество и повысить эффективность производства пищевых продуктов.

Следует отметить ряд преимуществ ОН в сравнении с традиционным нагревом: быстрый и однородный нагрев, более высокая степень стерилизации при более низких температурах обработки, более высокое качество продукции, возможность обработки продукта с высоким содержанием твердых составляющих, непрерывность производственного процесса и надежный контроль его параметров.

Заслуживает внимания также аспект энергосбережения, ведь пищевая промышленность является одной из наиболее энергоемких областей. Поскольку стоимость энергии возрастает, а энергоснабжение становится более проблематичным, научные работники, инженеры и работники промышленности разных стран выискивают приемлемые пути уменьшения потребления энергии в данной сфере. С помощью ОН становится доступной обработка продуктов с включениями размером до 10-13 мм, что затруднительно при ведении процессов в обычных теплообменных аппаратах. В дополнение заметим, что по сравнению с обычными теплообменниками эксплуатация аппаратов ОН и их обслуживание более просты.

Аппараты ОН являются безусловной альтернативой электротехнологическим установкам косвенного нагрева с применением ТЭН там, где условием технологического процесса является минимизация градиента температурного поля продукта. Выровнять поле температур газа (смеси газов), жидкого продукта можно за счет их интенсивного перемешивания. Например, при нагреве крови убойных животных или нагреве (варке) мясного фарша.

В первом случае при перемешивании крови существенно уменьшается пищевая ценность продукта за счет «наматывания» на мешалки нитей фибрина. При варке колбас перемешивание фарша в процессе его термической обработки вообще невозможно. Указанных выше недостатков лишен способ ОН продуктов за счет джоулевой теплоты, так как теплота генерируется внутри продукта, вследствие чего поле температур имеет более однородную картину, чем при традиционном нагреве.

Омический нагрев может использоваться для нагревания жидких пищевых продуктов, содержащих большие частицы, такие как супы, тушеные продукты, ломтики фруктов в сиропах и соусах, а также для нагревания термочувствительных жидкостей. Этот способ подвода энергии целесообразно использовать при тепловой обработке протеиновых продуктов, которым свойственна термическая денатурация и коагуляция. Например, яичный белок может быть нагрет и законсервирован без коагуляции. Одним из направлений применения ОН может быть очистка фруктов и овощей от кожуры. При этом можно в значительной мере уменьшить использование щелочи, обычно применяемой для таких операций, что поможет уменьшить выбросы в окружающую среду.