Методика и условия проводимых экспериментальных исследований Описание и характеристика использованных в исследованиях магнитов и устройств для обработки жидкости (стр. 1 из 7)

Содержание.

Введение……………………………………………………………………………………………3

1.Аналитический обзор…………………………………………………………………...……4

1.1.Электромагнитная обработка…………………………………...……………………....5

1.2.Обработка импульсным магнитным полем………………………….………………...7

1.3.Комбинированная магнитная обработка…………………………………….…………8

1.4.Обработка постоянными магнитами…………………….………..……………………9

2.Методика и условия проводимых экспериментальных исследований...………...13

2.1.Описание и характеристика использованных в исследованиях магнитов и устройств для обработки жидкости……………………………………………………………………13

2.2.Условия магнитной обработки…………………………………………………............14

2.3.Методики исследования воздействия постоянных магнитов………………….…….14

3.Результаты экспериментальных исследований влияния постоянного магнитного поля на состав и качество воды………...……………………………....................................17

3.1. Результаты экспериментальных исследований по магнитной обработке природной артезианской воды……………………………………………………………………….....17

3.2. Результаты экспериментальных исследований по магнитной обработке модельных железосодержащих вод с различной концентрацией железа общего…………………………………………………………………………………....…..18

4.Результаты экспериментальных исследований по магнитной обработке природной артезианской воды на установках с различным количеством магнитов……………………………………………………………………………………......…..19

Обобщение экспериментальных данных. Заключение………………………..….….…32

Список использованных источников………………………………………………......…..34

Обработка различных вод в высокоградиентных магнитных устройствах с добавкой флокулянта и магнетита вызывает снижение примесей на 98,7%,цветности воды-на 92,8%,мутности-на 96,3%,бактериальных загрязнений-на 99,85%,БПК-на 92%,ХПК-на 74%.[3]

Известные способы магнитной обработки воды, применяемые в промышленности, или исследуемые на стадии научных разработок сводятся к действию: -электромагнитов

-импульсных магнитных полей

-смешанных полей в сочетании с ультразвуком

-постоянных магнитов.

1.1.Электромагнитная обработка.

Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле электромагнита.

Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока. Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке тока. В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие. Обмотки электромагнитов изготовляют из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопроводы изготовляют из магнитно-мягких материалов — обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов. Для снижения потерь на вихревые токи магнитопроводы выполняют из набора листов.

Характерные поля электромагнитов 1,5-2 Тл определяются резким спадом магнитной проницаемости при больших значениях магнитного поля. В конце XX в.появились зарубежные и отечественные аппараты для обработки воды электромагнитными волнами с диапазоном применяемых частот 1-10 кГц.[4]

Электромагнитное поле— это фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определенных условиях порождать друг друга. Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца.

Большой промышленный интерес к электромагнитной обработке водных систем,с одной стороны, и незавершённость теоретических основ процесса,с другой,обусловили появление различных (более семидесяти) вариантов конструкций аппаратов для её осуществления. Магнитные аппараты применяются соленоидного, дипольного и квадрупольного типов. Данные системы работают в полях с магнитной индукцией до 2 Тл (слабые поля) и более 2 Тл (сильные поля).[3]

В аппаратах электромагниты располагают внутри корпуса или вне его (последнее предпочтительнее).

Примером аппаратов со внутренним расположением электромагнитов является следующая конструкция. Электромагниты этих аппаратов состоят из стального стержня с шестью кольцевыми пазами, в которых размещена обмотка из провода ПЭЛ-1 диаметром 0,37 мм. Ток-постоянный; после селенового выпрямителя напряжение составляет 100 В,сила тока 0,5 А. Напряжённость магнитного поля достигает 200 кА/м (2500 Э).Кожух с электромагнитами заполнен трансформаторным маслом. Вода проходит семь магнитных полей со скоростью 2 м/c.Производительность аппарата 25 м3/ч.[1]

Аппарат с наружным расположением катушек электромагнитов конструкции «Башэнергонефть» производительностью 100 м3/ч.Аппараты конструкции «Башэнергонефть» с внутренним расположением катушек рассчитаны на более высокую производительность-150-1000 м3/ч.[1]

Аппарат с послойной обработкой воды Ростовского института инженеров железнодорожного транспорта. В аппарате этого типа вода проходит через кольцевые щели. Аппарат состоит из двух внешних отрезков трубы, между которыми концентрически расположены кольца из магнитомягкого железа, составляющие левую и правую кольцевые системы, смещённые друг относительно друга. Эти кольца намагничиваются внешней катушкой. Магнитный поток по левой и правой системам распределяется при помощи основных магнитопроводов и коротких вставок между кольцами. Зазоры между кольцами левой и правой магнитных систем уменьшаются от периферии к центру; этим достигается равенство средних напряжённостей магнитного поля во всех зазорах. Поле в зазорах неоднородное.[1]

Известный аппарат типа АМО представляет собой диамагнитный желоб, расположенный между пятью C-образными электромагнитами. Питаются они постоянным (в некоторых случаях-переменным) током. Напряжённость поля 64-160 кА/м ( 800-2000 Э),скорость потока (в зависимости от напора) 0,8-2,8 м/с; высота потока пульпы 800-100 мм, производительность аппаратов разных размеров 100-250 м3/ч.Аппараты этого типа преназначены для обработки суспензии (пульпы).[1]

Аппарат института «Казмеханобр» представляет собой вертикальный цилиндр из диамагнитного материала, в который тангенциально поступает пульпа или вода. Цилиндр окружён соленоидом, питаемым постоянным, переменным или пульсирующим током. Аппарат предназначен для обработки воды и пульпы.[1]

Механизм действия электромагнита на различные жидкости не зависит от конструкции аппарата: под действием электромагнитных волн бикарбонат кальция, содержащийся в исходной воде, переходит в нерастворимый карбонат кальция. При этом карбонат осаждается не на стенках труб и оборудования, а в объёме воды. Данный процесс описывается следующим уравнением:
Ca (HCO3)2 ↔CaCO3↓+ H2CO3. (1)

Нестойкая угольная кислота электролитически диссоциирует. Она также склонна к образованию углекислого газа:

CO2 + H2 O↔ H2CO3 ↔H+ + HCO3-. (2)

Угольная кислота разрушает старые известковые осадки в трубах, водонагревателях и др. Избыток угольной кислоты смещает равновесие реакции влево, то есть приводит к повторному образованию бикарбоната кальция. На практике это означает, что в обработанной воде через несколько суток вновь образуется бикарбонат кальция (вода «теряет» свои свойства после электромагнитного воздействия).

Шведскими специалистами при изучении магнитной обработки водных сред опытным путем установлено:

-небольшое уменьшение величины рН воды за счет ее подкисления угольной кислотой. Однако это уменьшение настолько мало, что не увеличивает риск коррозии -изменение электропроводности воды из-за уменьшения величины рН; -уменьшение поверхностного натяжения (требуется меньше моющих средств)[4]

Достоинства магнитной обработки воды электромагнитным полем очевидны: высокая производительность, удовлетворительное качество очистки воды. К недостаткам можно отнести большие энергозатраты, громоздкость конструкций (для создания магнитной индукции до 2 Тл в рабочей камере диаметром 2 м потребляемая электроэнергия составит 500 кВт.ч,а общая масса аппарата-400 т.), необходимость высокопрофессионального обслуживания, опасные воздействия ЭМП на организм человека.

1.2.Обработка импульсным магнитным полем.

Кроме устройств с электромагнитами применяются аппараты импульсного магнитного поля.Импульсные магнитные поля условно делятся на два класса: класс сильных и класс сверхсильных магнитных полей. В первом магнитное поле получается без разрушения и существенной деформации соленоида; его значение лежит в области до (5-7)*10⁵ Э. Здесь используются главным образом геликоидальные соленоиды, выточенные из прочных материалов (бронзы, стали). Во втором соленоид либо сильно деформируется, либо полностью разрушается; диапазон получаемых с их помощью полей простирается в область свыше 10⁶ Э. Соленоиды для сверхсильных полей - исключительно одновитковые. Они просты и дешевы в изготовлении. Увеличение мощности происходит за счет уменьшения длительности импульса (интервал t перемещается в область микросекунд). Но это одноразовые опыты, так как соленоиды разрушаются.[5]

Обработку жидких сред ведут электромагнитным импульсным полем низкой частоты.

Подбором параметров импульсов, полем которых обрабатывают жидкую среду, достигают максимальной очистки от одного какого-либо компонента, но при этом снижается концентрация содержания и остальных имеющихся включений. Так, например, опытным путем установлено, что для максимальной очистки жидких сред от меди (Cu) необходимо настроить импульсное устройство на выработку импульсов частотой F= 1 Гц, длительностью =0,01 мс, током U=1500 A, при этом снижение меди происходит в несколько раз и ее содержание приводится в соответствие с предельно допустимыми концентрациями (ПДК), одновременно снижается концентрация железа (Fe), аммиака (NH4), хрома (C2+3) и т.д.
Оптимальными параметрами импульсов, полем которых ведут обеззараживание жидких сред, является частота F = 12,5 Гц, длительность = 10 мс, ток J = 500 А.При высокой степени очистки и обеззараживания, способ обладает простотой и позволяет значительно экономить энергоресурсы.[6]