Что такое батарея сосудов
Главная страница
/ К теории непрерывного процесса перемещения жидкости в
батарее сообщающихся сосудов
За последние десять лет
непрерывные процессы находят все большее применение и постепенно вытесняют
технологические схемы, предусматривающие периодичность процесса. Кроме
химической промышленности, где непрерывное производство доминирует, разработаны
и внедрены методы непрерывного сбраживания при переработке сульфитных щелоков и
гидролизатов древесины, диффузионных соков, кормовой патоки, крахмалистого сырья
(картофеля и зерна), виноградного сусла и др. Разработаны технические данные для
осуществления непрерывного метода производства и во многих других отраслях
промышленности, например, в производстве растворителей, молочной, глюконовой и
лимонной кислот, бутиленгликоля, пищевых и кормовых дрожжей, некоторых
антибиотиков и витаминов, пива, шампанских вин, молочных продуктов и
бактериальных препаратов.
Опубликовано большое число работ
по непрерывному культивированию микроорганизмов в несменяемых и проточных
средах: Иерусалимский [3], Андреев [1, 2], Малек [4], Моно [6], Нортроп [8],
Новак [7], Яровенко, Нахманович и др. [10, 11].
Плановский [9] дал теорию
непрерывного перемещения жидкости в единичном сосуде при полном смешении новой
(притекающей) жидкости со старой (находящейся в реакционном сосуде). Малченко и
Стабников [5] провели теоретическое исследование турбулентного и ламинарного
способов непрерывного перемещения жидкости в трубе, причем для случая идеального
турбулентного перемешивания их выводы совпадают с выводами Плановского.
Проведены экспериментальные
исследования непрерывного процесса перемещения сахарного раствора в многочленной
батарее [12]. Эксперименты соответствовали условиям непрерывного сбраживания
углеводной среды. Полученные характеристики процесса перемещения жидкости в
батарее, состоящей из пяти сообщающихся сосудов, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Содержание сахарного раствора
в батарее объемом 2,45 л (в % от объема батареи) (средняя исходная
концентрация сахарного раствора 9,3 %)
Номер оборота | Приток сахарного раствора | Номер сосуда батареи | Вынос сахарного раствора с | Итого в батарее сахарного раствора | Динамика изменении содержания сахара | Расход сахарного раствора | Величина ошибки | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | За каждый оборот | Нарастающий итог | В батарее | В пробе после батареи | |||||
1 | 20 | 14,19 | 5,28 | 0,21 | 0,03 | _ | _ | _ | 19,71 | 19,71 | _ | 19,71 | —0,29 |
2 | 40 | 17,57 | 11,30 | 5,46 | 3,79 | 1,09 | 0,73 | 0,73 | 39,21 | 19,50 | 0,73 | 39,94 | —0,06 |
3 | 60 | 18,84 | 14,19 | 11, Ъ7 | 7,39 | 4,54 | 2,63 | 3,86 | 56,63 | 17,42 | 1,90 | 59,99 | —0,01 |
4 | 80 | 19,46 | 18,16 | 14,81 | 11,65 | 8,14 | 4,69 | 8,05 | 72,22 | 15,59 | 2,06 | 80,27 | +0,27 |
5 | 100 | 19,78 | 18,95 | 17,82 | 15,05 | 11,72 | 8,95 | 17,00 | 83,32 | 11,10 | 4,26 | 100,32 | 0,32 |
6 | 120 | 19,93 | 19,06 | 18,79 | 18,68 | 14,82 | 12,80 | 29,80 | 91,28 | 7,96 | 3, 65 | 121,08 | + 1,08 |
7 | 140 | 20,0 | 19,73 | 19,06 | 18,90 | 17,29 | 15,66 | 45,46 | 94,98 | 3,70 | 2,86 | 140,54 | + 0,54 |
8 | 160 | 20,0 | 20,0 | 19,98 | 19,12 | 18,7? | 18,12 | 63,58 | 97,77 | 2,79 | 2,46 | 161,35 | 1,35 |
9 | 180 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 19,86 | 19,16 | 19,07 | 82,65 | 99,02 | 1,15 | 0,95 | 181,67 | + 1,67 |
10 | 200 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 19,81 | 19,60 | 102,25 | 99,81 | 0,79 | 0,53 | 202,06 | +2,06 |
11 | 220 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 19,93 | 19,93 | 122,18 | 99,93 | 0,12 | 0,33 | 222,11 | +2,11 |
12 | 240 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 142,14 | 100,0 | 0,07 | 0,07 | 242,18 | +2,18 |
Схема экспериментальной установки
изображена на рис. 1.
Результаты экспериментов и их
сравнение с данными, полученными для одинарного сосуда, позволили рекомендовать
батарею сообщающихся сосудов в качестве аппарата для осуществления непрерывного
метода брожения. Этот вывод был подтвержден серией опытов на батареях с
различным числом сосудов.
Настоящая работа посвящена
математическому анализу процесса непрерывного перемещения жидкости в батарее
сообщающихся сосудов.
Рассмотрим систему
(батарею) п одинаковых сообщающихся сосудов рабочим объемом а
каждый (см. рис. 1). Пусть батарея заполнена некоторой жидкостью А
(старой жидкостью) и в первый из сосудов непрерывно поступает жидкость В
(новая жидкость).
Из первого сосуда
смесь жидкостей переливается во второй, из второго— в третий и т. д., объем
жидкости в каждом из сосудов в процессе опыта остается неизменным.
Предполагается, что жидкости А и В имею: равные (или близкие)
удельные веса и что в каждом из сосудов происходит полное смешение старой и
новой жидкостей.
Растворим в жидкости
В небольшое количество сухого вещества, концентрацию которого обозначим
через х0.
При
непрерывном поступлении раствора (новой жидкости) в первый из сообщающихся
сосудов второй, третий сосуды будут питаться смесью жидкостей, заполняющей
предыдущий сосуд батареи.
..
..
..
..
..
..
..
..
Источник
Итак, общеизвестный факт: работы с электрическим током начались с экспериментов над лягушками итальянца Александра Вольта, который в 1800-ом году собрал первый «Вольтов столб», гальванический элемент, ставший прообразом современных электрических батарей. Заслуги ученого отражены в названии единицы измерения электрического напряжения — правильно, Вольт.
Однако, оказывается, не все так просто. В 1936 году рабочие, занимавшиеся подготовкой земляной площадки для прокладки железной дороги неподалеку от Багдада, в месте Куджут-Рабу, отыскали необычную находку, которая какими-то путями попала в хранилище Национального музея Ирака.
“Новодел” – реконструкция батарейки из Куджут-Рабу
Находка рабочих представляла невысокий (тринадцать см в высоту) округлый кувшинчик, сделанный из ярко-желтой глины. Горлышко его было залито битумом, из которого выступал железный стержень. Внутри же кувшинчика обнаружился свернутый лист меди. Следы окислов и коррозии говорили, что ранее внутри так же находилась жидкость — предположительно вино, или уксус.
Три части Багдадской батареи
Необычный предмет, возможно, так и остался бы среди пыли в забвении, если бы в 1938 году на него случайно не наткнулся немец Вильгельм Кениг, занимавшийся археологическими изысканиями в Ираке. Проведя исследование и проанализировав находку, Кенинг пришел к поразительному выводу — предмет из Куджут-Рабу не что иное, как гальванический элемент, созданный в парфянский период (между 250 г. до н.э. и 250 г. н.э.). Поскольку парфяне стоили свое царство захватывая территории других народов, то багдадская батарея могла принадлежать любому из этих народов.
Схема Багдадской батарейки
В 1940 году Кенинг опубликовал статью, в которой высказывал свои предположения. Так же будущий директор Национального музея Ирака выдвинул версию, что полученное с помощью таких батарей электричество использовалось древними народами для гальванизации (нанесения тонкого слоя золота на фигурки из меди и серебра). А для увеличения мощности батареи соединялись вместе с помощью проволоки.
А может вот такие “лампочки” и питались от Багдадских батарей? Это рельеф из храма богини Хатор в Дендере, созданный в 50 году до н.э. На нем изображен египетский жрец, держащий в руках нечто, напоминающее колбу электрической лампы, внутри змея-спираль.
После этого многие пытались воссоздать Багдатскую батарею. Уиллард Грей из Массачусетской лаборатории в 1947 году получил напряжение в полтора вольта, наполнив кувшин соком винограда и уксусом. В 1999 году Марджори Сенешал со своими студентами тоже добился функционирования «батареи», выдававшей чуть больше одного вольта. Эксперимент повторили даже известные «Разрушители Мифов»!
“Разрушители Мифов”, 29 выпуск.
Однако, предположения предположениями, но никаких «потребителей», которые использовали бы электричество древних батарей пока не найдено. А покрытие тонким слоем золота возможно не только гальванизацией, а и процессом амальгамирования. Но и то, что это не гальванический элемент, а обычный сосуд для хранения свитков (как еще несколько подобных, найденных со свитками внутри), тоже однозначно сказать нельзя.
Быть может, неизвестный гений древности действительно получил электричество, до конца так и не понимая важности своего открытия.
К огромному сожалению этот замечательный артефакт был утерян. Как и еще тысячи ценных и редчайших находок Национального музея, Багдадская Батарейка пропала в 2003 году, во время военных действий на территории Ирака. Где она сейчас — неизвестно.
Если вам понравился материал, пожалуйста, ставьте лайки и подписывайтесь на канал. Это не сложно и бесплатно, но очень важно для развития “НМ”. А еще нам нужны репосты в соцсети!
Источник
Страница 7 из 26
2.6. Сосуды для свинцово-кислотных аккумуляторов
Эбонитовые сосуды и блоки. Эбонит обычно применяется для блоков автомобильных, радио, авиационных, морских аккумуляторов и аккумуляторов для подводных лодок. Блок на один элемент принято называть – сосуд или бачок. Обычно блоки разделяются на несколько отделений для двух или более элементов. Степень вулканизации изменяется в зависимости от содержания серы, температуры и длительности нагрева. Качество эбонита, а, следовательно, и блоков зависит от этих факторов и от содержания резины в смеси. Обычно блоки разделяются на несколько отделений для двух или более элементов. Степень вулканизации изменяется в зависимости от содержания серы, температуры и длительности нагрева. Качество эбонита и блоков зависит от этих факторов и от содержания резины в смеси.
Современные блоки могут быть изготовлены из натурального и синтетического каучука, из регенерированной резины или из смеси любых перечисленных компонентов. Добавляются также наполнители, ускорители и газовая сажа. Поэтому не является удивительным, что качество блоков может быть разным. Блоки полностью заменили в автомобильных батареях сосуды на один элемент. Эбонитовый блок на три элемента показан на рис. 2.2
Рис. 2.2. Эбонитовый блок для трехэлементной автомобильной батареи
Крышки элементов применяются литые. Они обычно различаются по форме и по расположению отверстий. Крышки для небольших батарей, таких, как автомобильные или тяговые, имеют три отверстия; два из них для прохода полюсных выводов и третье для вентиляции и заливки электролитом (рис. 2.3).
Уплотнительный компаунд (заливочная мастика) изготовляется из окисленного нефтяного битума с температурой плавления около 94°С. Мягкий компаунд плавится при более низкой температуре, твердый при более высокой.
Так как компаунды содержат летучие вещества, которые при длительном нахождении в нахождении в состоянии улетучиваются, нежелательно повторное использование компаунда. 
Рис. 2.3. Крышка элемента автомобильной аккумуляторной батареи.
Способ уплотнения полюсных выводов в местах, где они проходят через крышку, является вопросом первостепенной важности. Если уплотнение выполнено недостаточно надежно, выводы расшатываются, что приводит к утечкам электролита.
Асфальто-пековые блоки.Эти блоки изготавливаются из термопластических битуминозных материалов, содержащих асфальты, асфальтиты, инертные наполнители, волокнистые материалы, ламповую сажу, иногда минеральные воски и измельченную резину.
Большинство составов запатентовано. Понятие асфальт применяется к битумам и определенным пирогенным веществам темного цвета и различной твердости, слаболетучим и сравнительно твердым. Они включают в себя натуральные асфальты и пирогенные асфальты, представляющие собой остатки нефтеперегонки.
Асфальтиты – битумные вещества, из которых гильсонит наиболее часто применяется для аккумуляторных нужд.
В качестве инертных наполнителей применяются инфузорная земля, пемза и другие кремнесодержащие вещества. Из волокнистых материалов употребляют асбест или хлопок. В литературе есть сообщения о применении волокнистых веществ животного происхождения. Из минеральных восков известно применение горного воска.
Для изготовления блоков и сосудов применяется горячая отливка под давлением. Особое внимание следует уделять монолитности отливок. Выемка отливок из форм производится только после их достаточного остывания.
Для изготовления автомобильных блоков были использованы полистироловые смолы, достаточно легкие, прочные и теплоустойчивые.
Материал сосудов и блоков должен быть устойчив к серной кислоте применяемых в аккумуляторах концентраций, он не должен деформироваться и делаться пористым, не должен загрязнять электролит вредными примесями, из которых особо нетерпимы железо и марганец.
Стеклянные сосуды.Стеклянные сосуды обычно применяются для стационарных аккумуляторов, за исключением самых крупных. К положительным качествам стекла как материала аккумуляторных сосудов следует отнести: прозрачность, кислотостойкость, отсутствие раковин и способность выдерживать изменения температуры. В случаях повреждения стеклянного сосуда элемент должен быть из него вынут и помещен на время замены сосуда в неметаллический сосуд, наполненный водой.
Если для замены требуется больше одной – двух недель, положительные пластины необходимо из воды вынуть и высушить. Отрицательные пластины и сепараторы должны все время оставаться в воде.
Сосуды и блоки из пластмасс. Большое количество типов современных аккумуляторных батарей выпускается в прозрачных или опаловых сосудах из пластмассы. Их использование позволяет экономить место и вес по отношению к стеклянным сосудам. Пластики небьющиеся в отличие от стекла и сосуды из них могут быть отлиты любых форм и размеров.
Для изготовления сосудов и блоков может применяться несколько сортов пластмасс. Наиболее подходящим является полистирол. Крышки изготовляются из тех же материалов, что сосуды и блоки.
Перед появлением современных пластмасс некоторое применение как материал для сосудов и блоков имел целлулоид. Это – пластик с высокими механическими свойствами, легко поддающийся литью и механической обработке. Серьезным дефектом этого материала является легкая воспламеняемость..
Сомнительно, чтобы целлулоид имел какие-либо преимущества перед применяемыми в настоящее время пластмассами. Пластмассы имеют преимущества и при разработке новых типов элементов. Опытные сосуды могут в лабораторных условиях легко склеиваться из листов. Лучшие образцы затем для промышленного выпуска переводятся на изготовление литьем.
Керамические сосуды. Сосуды из керамики находят применение для стационарных аккумуляторов. Сосуды – чисто белые, хорошо глазурованные. Керамические материалы не должны впитывать воду или электролит.
Баки, выложенные свинцом. Эти баки используются для больших стационарных аккумуляторов в случаях, когда объем и вес не имеют большого значения. Деревянный ящик должен быть высокого качества, так как свинцовая обкладка обладает малой механической прочностью и легко деформируется. Наилучшим материалом для ящика является смолистая сосна. Верхний край обкладки усиливается и делается в виде коронки.
Источник
Батарейка — это слово плотно вошло в нашу повседневную жизнь. Но, к сожалению, сегодня мало кого интересует её история, устройство, её виды. Давайте вместе разберёмся с этими и другими интересными вопросами о батарейке. А точнее «что такое батарейка», «как работает батарейка».
Повседневная жизнь не требует каких-то великих усилий для включения телевизора, калькулятора, для нормальной работы настенных часов, для работы компьютерной мыши и так далее. А все благодаря каким-то батарейкам, которые помогают упростить нашу жизнь, помогают сэкономить наше время. Это понимает каждый здравомыслящий человек, но не каждый задаёт себе вопрос: «как из таких маленьких батареек совершается такой объём работы», «как устроены батарейки»… А, между тем, это физика.
Самые первые прототипы батареек появились ещё в Месопотамии около 2000 лет назад. Состояла она в то время из глиняной вазы, медного и железного стержней, залитыми битумом. Кстати, если такой сосуд залить кислотой (уксусной, серной), то получим напряжение примерно в 1В. Назвали такой прототип «Багдадской батарейкой » в связи с местом, на котором были обнаружены.
Примерно в 1800 году итальянский физик Алессандро Вольта изобрёл батарейку, которой мы и по сей день продолжаем пользоваться. Кстати, кто не знает что такое батарейка, так это источник питания, который вырабатывает электричество под действием химического процесса. То есть батарейка это гальванический элемент, работающий на химической реакции. Так можно объяснить и детям.
Возможно, вам будет интересно: Почему батарейки кислые на вкус?
Как работает батарейка
Сегодня в магазинах можно увидеть большое количество батареек, они различны по некоторым принципам, но схема работы у них одна. У любой батарейки есть положительный полюс (анод–цинк Zn), отрицательный полюс (катод–марганец Mg) и электролит (может быть сухим, жидким). Именно эти составляющие и являются основными элементами батарейки. Электрический ток бежит от анода (+) к катоду (—), но между ними обязательно должна быть нагрузка (лампочка, диод, двигатель или что-то ещё). Если нагрузки не будет (соединить «–» с «+» напрямую), то произойдёт короткое замыкание (К.З.)
Катоды выполняют функцию восстановителя, т.е. принимают электроны от прибывшего анода. Электролит это среда, в которой перемещаются ионы, которые образуются в процессе химической реакции. В процессе работы батарейки постепенно образовываются новые вещества, а электроды постепенно разрушаются — батарейка садится.
Вот и вся работа батарейки, кстати, все процессы, проходящие в гальваническом элементе, необратимы, то есть заряжать батарейки нельзя. Кратко говоря о работе батарейки: анод — нагрузка — катод — электролит.
Электролит изначально изготовляли в жидком виде, но это неудобно, так как при переворачивании батарейки она просто не работала. Из-за этого электролит стали загущать, превращать его в сухой вид.
Как устроена батарейка
Внутри металлического корпуса щелочной ячейки находятся три основных химических вещества: цинк, диоксид марганца и гидроксид калия.
Щелочная батарейка. /Роджер Кларк
Это может показаться сложным, но способ производства электричества в батарейке на самом деле довольно прост: происходит химическая реакция, которая перемещает крошечные отрицательно заряженные частицы, называемые «электронами», вокруг, чтобы создать электрический ток.
Когда элемент подключен к цепи — например, к лампочке, — цинк внутри реагирует с диоксидом марганца и теряет электроны.
Электроны собираются с помощью металлического стержня внутри ячейки, что позволяет им течь из нижней части ячейки (отрицательный), через провода к лампе (чтобы она загорелась), а затем обратно в верхнюю часть ячейки. (положительный).
Эта реакция производит около 1,5 вольт электроэнергии. Поскольку не так много устройств могут работать при напряжении 1,5 В, очень часто два или четыре элемента используются вместе для увеличения мощности. Таким образом, четыре ячейки, соединенные вместе (конец в конец), дадут шесть вольт.
Когда большая часть цинка прореагировала с диоксидом марганца, мы говорим, что элемент «плоский», что означает, что он больше не может производить электричество. Поскольку химическая реакция, происходящая в щелочных элементах, не может быть легко изменена, это означает, что элемент не может быть перезаряжен.
Но помните, что большинство элементов и батарей можно утилизировать, поэтому убедитесь, что вы тщательно от них избавились.
Обратная реакция
Все типы батареек и элементов имеют сходный тип химической реакции, происходящей для выработки электроэнергии.
Но в некоторых типах элементов или батарей химические вещества различны, и реакция может быть обратной. Таким образом, элементы могут быть перезаряжены — так же, как литий-ионные аккумуляторы в автомобилях или смартфонах.
Раньше было гораздо дешевле производить неперезаряжаемые элементы, такие как щелочные элементы, поэтому они использовались очень широко.
Но теперь, когда люди осознали, насколько вредно для окружающей среды просто выбрасывать неперезаряжаемые элементы, а поскольку перезаряжаемые элементы становятся дешевле, мы, вероятно, будем использовать неперезаряжаемые элементы все меньше и меньше в будущем.
Типы батареек
- Солевые (угольно-цинковые, марганцево-цинковые) батарейки.
Что это такое солевые батарейки
Солевая батарейка изготавливается из пассивного угля и двуокиси марганца, электролит из хлорида аммония и катод из цинка. В перерывах работы элементы питания могут восстанавливаться, т.е. выравнивать локальные неоднородности в композите электролита, вызванных разрядом. Такой процесс немного продлевает срок службы батарейки.
- Алкалиновые (щёлочные) батарейки
Алкалиновые (щелочные) батарейки что это такое
В отличие от солевых батарей у алкалиновой батарейки химический элемент электролита — щелочной. Щёлочные батарейки (алкалин) имеют продолжительный срок хранения, а в процессе эксплуатации напряжение на электродах меняется гораздо меньше, чем у элементов с солевым раствором.
- Литиевые батарейки — li ion
Литиевые батарейки — что это такое?
Самые современные. В отличие от щелочных и солевых батареек, в состав катода входит литий (Li – наивысший отрицательный потенциал), в состав анода — различные материалы. Электролит — органический электролит. В связи с такими элементами литиевые батарейки получили большой срок хранения, большую плотность энергии и различную рабочую температуру.
Источник