Способ магнитной обработки воды

 

Изобретение относится к магнитной обработке воды и может быть использовано для снижения накипеобразования в теплообменном оборудовании, снижения скорости образования твердых отложений в аппаратах и трубопроводах нефтяной и химической промышленности, интенсификации процессов осаждения взвесей и флокуляции в обогащении полезных ископаемых. Цель - повышение экономичности и эффективности способа магнитной обработки воды. Воду обогащают полидисперсными ферромагнитными частицами до определенной концентрации /в зависимости от начальной концентрации их в воде/ и затем подвергают ее магнитной обработке, пропуская через поперечное магнитное поле. Размер частиц составляет 10<SP POS="POST">-8</SP>-10<SP POS="POST">-5</SP> м, концентрация 0,03-0,1 мг/л. 2 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 С 02 Г 1/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4415218/31-26 (22) 25.01.88 (46) 23. 11.90. Бюл. ))- 43 (71) Украинский институт инженеров водного хозяйства (72) В.В.Кривцов и В.З.Кочмавский (53) 621. 187. 127 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 408909, кл. С 02 В 5/02, 1974. (54) СПОСОБ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ (57) Изобретение относится к магнитной обработке воды и может быть использовано для снижения накипообразования в теплообменном обрудовании, снижения скорости образования тверИзобретение относится к магнитной обработке воды и может быть исполь зовано для снижения накипеобразования в теплообменном оборудовании, снижения скорости образования твердых отложений в аппаратах и трубопроводах нефтяной и химической промышленности, интенсификации процессов осаждения взвесей и флокуляции в обогащении полезных ископаемых.

Цель изобретения — повышение экономичности и эффективности способа магнитной обработки воды.

На фиг. 1 приведены графики, поясняющие способ на фиг. 2 — траектория движения ферромагнитной частицы к полюсам магнита.

Способ осуществляют следующим об- . разом.

Воду обогащают полидисперсными ферромагнитными частицами до опреде2 дых отложений в аппаратах и трубопроводах нефтяной и химической промышленности, интенсификации процессов осаждения взвесей и флокуляции в обогащении полезных ископаемых. Цель повышение экономичности и эффективности способа магнитной обработки воды. Воду обогащают полидисперсными ферромагнитными частицами до определенной концентрации (в зависимости от начальной концентрации их в воде) и затем подвергают ее магнитной обра-. ботке, пропуская через поперечное магнитное поле, Размер частиц составляет 10 — 10 м, концентрация 0,03

0,1 мг/л. 2 ил.

I ленной концентрации (в зависимости от начальной конпентрации их в воде) и затем подвергают ее магнитной обработке, пропуская через поперечное магнитное поле.

Пример. Определяют концентрацию ферромагнетиков в воде. При

С (0,03 мг/л в воду перед ее поступлением в магнитный аппарат обогащают полидисперсными ферромагнитными час-8 -7 тицами размером 10 — 10 м до конпентрации 0,03-0,1 мг/л. Обработка воды, обогащенной ферромагнетиками, ведется в поперечном магнитном поле аппарата. После выхода из магнитного аппарата обработанная вода направляется в теплообменник, снижая образование в нем накипи по сравнению с количеством накипи, полученной иэ воды, не обогащенной ферромагнетиками. 608135

4з

При С = 0,03-0,06 мг/л в магнитном аппараге длину воздействия магнитного поля принимают равной 360-180 мм, а при концентрации С = 0,06-0,1 мг/л высокая эффективность обработки достигается в широком диапазоне изменения Е = 360-5 мм. Однако при С

= 0,06-0,1 мг/л длину воздействия магнитного поля целесообразно принять равной 20-5 мм, поскольку при практически той же эффективности обработки в 18-36 раз уменьшается материалоемкость магнитного аппарата по сравнению с L = 360-180 мм.

Поэтому, если из экономических соображений дешевле получать и вводить в воду ферромагнетики по сравнени.о с изготовлением магнитного аппарата, рассчитанного на большую длину воздействия магнитного поля, то целесообразен вариант С = 0,06-0,! мг/л и

20-5 мм. Если экономические соображения диктуют обратное, то г1риемлемым будет вариант. "С=-0,03 — 0,06 мг/л и

L = 360-180 мм.

Выбор активной длины воздействия магнитного поля L, в зависимости от концентрации С ферромагнетиков в воде обоснован слепующим.

На фиг. 1 приведены результаты исследований зависимости эффективности противонакипной магнитной о6работки воды (!) от С при L = 5 мм (1), Е = 20 мм (2), Е --= 90 мм (3) и L = 180 MII (4) . ис.следования проводилис.ь на экспериментальной многосекционной установке проточного тяпа, Эффективность !1 огределялась, к к. относительное изменение массы накипи на поверхностях теплообмена без и с магнитной обработкой.

Как видно из фиг. 1, при 0

= 0,06-1 мг/л эффектив-ость практически Hе зависит ст Ь, а при С вЂ” 0,03-0,06 мг/л с увеличением !. эффективность (возрастает,, достигая при L = 180 мм практически такого же значения (y, как я пр1; С

0,06-0,1 мг/л. Это обсгсятель-.т:

Во позволяет варьировать материал кость магнитного аппарата в зависимости от ко?111ентрации феррсмагнетиков. добавляемых в воду, подлежащую магнитной обработке-., С другой стороны, в технической воде вследствие коррозии оборудования концентрация ферромагнетиков может превышать

0,03 мг/л, поэтому для гакой воды

,повышение эффективное I H g можно достигнуть увеличением только L до

180-360 мм без введения в воду ферромагнетиков.

Зависимость эффективности (!) от при различных С объясняется следующим.

Известно, что центром кристаллизации накипеобразующих солей при нагреве воды в теплообмгннике являются кластеризуюшиеся под действием магнитного оля ферромагнитные частицы. При С

0,03-0,06 мг/л вероятность кластеризации ферромагнитных частиц невелика и для образования необходимого количества кластеров с размерами не менее критического для данной степени пересыще11ия воды по накипеобразующим солям требуется большая длина воздействия магнитного поля Е = 380-360 мм.

При С = 0,06-0,1 мг/л кластеризация идет столь быстро, что для достижения прицельного эффекта достаточно активной дли1.ы магнитного поля Е = э-20 мм.

Выбор диапазона размеров полидис-8 персных частиц ферромагнетиков от 10 до 10 м обусловлен следующим. Минимальный размер ферромагнитной частицы, напри1;ер магнетика, обладающей магнитным моментом, соответствует

-.Я размеру 10,, т.е. нижнему пределу выбранного диа,1азсна размеров частиц ферромагнетиков, вводимых в воду. Размер 10 м, соответствующий верхнему пределу .выбранного диапазона размеров феррома1 -.итных частиц, обусловлен следующими причинами, Б рабочем канале маг?1итнсгс аппарата наилучшие условия для образования зародышей твердой фазы, а которых происходит кристаллизация накипеобразующих солей при:нагреве воды, в пристенном слое, Гидродинамический режим движения воды H пристенных слоях рабо:его канал ламинарный, а в зоне магнитной обработки воды важны переходн,Ic=: области с.. ламинарногс режима те 1ени» к турсулентному,поскольку именно в ламинарном прис..вином слое ..-.рсцесс укруп?1ения зародышей идет интенсивно, а ?атер11ал для кластеров псставляе ся из ядра потока за с-ет пспере 1нсй турбулентной диффузии. Кроие тс: о,. в пристенном слое имеет мес-.о кс н1 ;ентрация ионов за с 1— ет действия сил Лоренца коагуляпия 11еррсм;11 н? тных частиц,цо крити=-2c êHõ рнзм1еров и частичная кристал!

60813 лизация на них в пристенном слое на- кипеобразующих солей.

Практический интерес представляет определение минимального размера ферромагнитных частиц, при введе5 нии которых в обрабатываемую воду обеспечивается их поступление в пристенные слои рабочего канала соответственно имеющим место в зоне обработ- lð и значениям напряженности магнитно, о поля Н и градиента dH/dx.. (6) Подставляя в уравнение (6) значения (> = 5 10 кг/м (магнетит); Ро — 10 мг/м ; /=10 Пс; X =2х х $,,0 м /кг, h = 10; L=210 м, — 1 м/с; Н = 10 А/м, dH/dx — 10 А/м2 (принятые значения параметров h, L, V» Н и dH/dõ применяются в большинстве конструкций магнитных ..аппаратов), получим, что d = 10 м, Таким образом обоснован верхний предел принятого диапазона размеров полидисперсных частиц ферромагнетиков, вводимых в воду, обедненную ферромагнетиками, для повышения эффективности противонакипной обработки.

Частицы размером 10 м под действием силы F непосредственно поступают в пристенные слои. На частицы раз30 мером менее 10 м сила F не оказывает существенного влияния и они поступают в пристенные слои за счет поперечной турбулентной диффузии. Совместное действие двух указанных факторов обуславливает проникновение ферромагнитных частиц в пристенные слои и интенсификацию в последних процессах зародышеобразования в магнитном поле.

Использование предлагаемого спосо4р ба магнитной обработки воды обеспечивает по сравнению с известным повьппение экономичности процесса магнитной обработки воды за счет уменьшения концентрации ферромагнетиков, вводи45 мых в воду перед ее поступлением в магнитный аппарат.

Формула и з о б р е т е н и я

1 8ЯЧ 3 6 glyph V o

Д2 р d2)g где

d u

5Р

55 (4) На фиг. 2 схематично изображена траектория движения ферромагнитной частицы к полюсам магнита в рабочем канале магнитного аппарата, откуда следует:

Ь=Ч, ; С=1/Ч,, где L — длина зоны обработки;

V. u t — скорость поступления и врео мя пребывания частицы в зоне обработки.

Примем, что скорость V движения частицы к полюсам магнита равномерно ускорена, тогда h = at /2 и V = at (где а — ускорение, с которым частица движется к полюсам магнита). Можно записать, что V = 2h/t и с учетом

== L/V0 имеем

V = 2h/L V0

Ферромагнитная частица будет перемещаться к полюсам магнита в пристенные слои рабочего канала, если

Р. ) Рс + Рч + РА ) (1) где F — сила сопротивления Стокса;

Fy — сила, необходимая для придания частице скорости V;

Р, — сила Архимеда.

Будем оперировать удельными силами, т.е. силами, отнесенными к единице массы. Тогда запишем: динамическая вязкость воды; размер и плотность ферромагнитной частипы — 2hVo /L (3) где р — плотность воды !

" О

Р„= p,ÊÍ dH/dx (5) где — магнитная r.añòoÿííaÿ;

r — удельная агнитная восприимчивость ферромагнитной частицы.

5 6

Подставляя в уранение (1) выражения (2) — (5) и решая уравнение (1) относительно d, определяем минимальный размер ферромагнитной частицы, которая притягивается силой Рц в пристенную область рабочего канала магнитного аппарата:

Способ магнитной обработки воды заключающийся в пропускании ее через поперечное магнитное поле, при предварительном введении в нее ферромагнетиков, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и эффективности способа, в качестве ферромагнетиков используют полидисперсные частицы размером

10 — 10 м концентрацией 0,03 .0,1 мг/л.

1608135

О2

ООЗ ООЕ О1

С,мг/л

Щ/Г1

Составитель О.Симоненко

Техред Л, Серд окова Корректор О. Кравцова

Редактор Н.Яцола

Заказ 3591 Тираж 800 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †издательск комбинат "Патент", г„ Ужгород, ул. Гагарина, 101