Zastosowanie pól magnetycznych do celów technologicznych

W celach technologicznych pola magnetyczne wykorzystywane są głównie do:

• wpływ na metal i cząstki naładowane,

• magnetyzacja wody i roztworów wodnych,

• wpływ na obiekty biologiczne.

W pierwszym przypadku pole magnetyczne stosowany jest w separatorach do oczyszczania różnych mediów spożywczych z ferromagnetycznych zanieczyszczeń metalicznych oraz w urządzeniach do separacji cząstek naładowanych.

W drugim, w celu zmiany właściwości fizykochemicznych wody.

W trzecim — do sterowania procesami o charakterze biologicznym.

W separatorach magnetycznych wykorzystujących układy magnetyczne, zanieczyszczenia ferromagnetyczne (stal, żeliwo itp.) są oddzielane od masy sypkiej. Istnieją separatory z magnesy trwałe i elektromagnesy. Aby obliczyć siłę podnoszenia magnesów, stosuje się przybliżony wzór znany z ogólnego kursu elektrotechniki.

gdzie Fm to siła podnoszenia, N, S to przekrój poprzeczny magnesu trwałego lub obwodu magnetycznego elektromagnesu, m2, V to indukcja magnetyczna, T.

Zgodnie z wymaganą wartością siły podnoszenia, przy zastosowaniu elektromagnesu określa się wymaganą wartość indukcji magnetycznej, siłę magnesującą (Iw):

gdzie I to prąd elektromagnesu, A, w to liczba zwojów cewki elektromagnesu, Rm to opór magnetyczny równy

tutaj lk to długość poszczególnych odcinków obwodu magnetycznego o stałym przekroju i materiale, m, μk to przenikalność magnetyczna odpowiednich odcinków, H / m, Sk to przekrój odpowiednich odcinków, m2, S to przekrój obwodu magnetycznego, m2, B to indukcja, T.

Rezystancja magnetyczna jest stała tylko dla niemagnetycznych części obwodu. W przypadku przekrojów magnetycznych wartość RM znajduje się za pomocą krzywych namagnesowania, ponieważ tutaj μ jest wielkością zmienną.

Stałe separatory pola magnetycznego

Najprostsze i najbardziej ekonomiczne separatory są z magnesami trwałymi, ponieważ nie wymagają dodatkowej energii do zasilania cewek. Stosowane są np. w piekarniach do oczyszczania mąki z zanieczyszczeń żelaznych. Sumaryczna siła podnoszenia magnetofonów w tych separatorach powinna z reguły wynosić co najmniej 120 N. W polu magnetycznym mąka powinna poruszać się cienką warstwą o grubości około 6-8 mm z prędkością nie większą niż niż 0,5 m/s.

Separatory z magnesami trwałymi mają również istotne wady: ich siła podnoszenia jest niewielka i słabnie z upływem czasu z powodu starzenia się magnesów. Separatory z elektromagnesami nie mają tych wad, ponieważ zainstalowane w nich elektromagnesy zasilane są prądem stałym. Ich siła podnoszenia jest znacznie większa i może być regulowana prądem cewki.

na ryc. 1 przedstawia schemat elektromagnetycznego separatora zanieczyszczeń sypkich.Materiał separacyjny jest podawany do kosza odbiorczego 1 i przemieszcza się wzdłuż przenośnika 2 do bębna napędowego 3 wykonanego z materiału niemagnetycznego (mosiądz itp.). Bęben 3 obraca się wokół stacjonarnego elektromagnesu DC 4.

Siła odśrodkowa wrzuca materiał do otworu wyładowczego 5, a ferro-zanieczyszczenia pod działaniem pola magnetycznego elektromagnesu 4 „przyklejają się” do taśmy przenośnika i odrywają się od niej dopiero po opuszczeniu pola działania magnesów wpadanie do otworu rozładunkowego zanieczyszczeń żelaznych 6. Im cieńsza warstwa produktu na taśmie przenośnika, tym lepsza separacja.

Pola magnetyczne mogą być wykorzystywane do separacji naładowanych cząstek w układach rozproszonych.Separacja ta oparta jest na siłach Lorentza.

gdzie Fl to siła działająca na naładowaną cząstkę, N, k to współczynnik proporcjonalności, q to ładunek cząstki, C, v to prędkość cząstki, m/s, N to siła pola magnetycznego, A / m, a jest kątem między wektorami pola i wektorami prędkości.

Cząstki naładowane dodatnio i ujemnie, jony są odchylane w przeciwnych kierunkach pod działaniem sił Lorentza, ponadto cząstki o różnych prędkościach są również sortowane w polu magnetycznym zgodnie z wielkościami ich prędkości.

Ryż. 1. Schemat elektromagnetycznego separatora zanieczyszczeń sypkich

Urządzenia do magnesowania wody

Liczne badania przeprowadzone w ostatnich latach wykazały możliwość skutecznego zastosowania magnetycznego uzdatniania systemów wodnych — wód technicznych i naturalnych, roztworów i zawiesin.

Podczas magnetycznego uzdatniania systemów wodnych zachodzą:

• przyspieszenie koagulacji — adhezja cząstek stałych zawieszonych w wodzie,

• tworzenie i usprawnianie adsorpcji,

• tworzenie się kryształów soli podczas parowania nie na ściankach naczynia, ale w objętości,

• przyspieszanie rozpuszczania ciał stałych,

• zmiana zwilżalności powierzchni stałych,

• zmiana stężenia rozpuszczonych gazów.

Ponieważ woda jest aktywnym uczestnikiem wszystkich procesów biologicznych i większości procesów technologicznych, zmiany jej właściwości pod wpływem pola magnetycznego są z powodzeniem wykorzystywane w technologii żywności, medycynie, chemii, biochemii, a także w rolnictwie.

Za pomocą lokalnego stężenia substancji w cieczy można osiągnąć:

• odsalanie i poprawa jakości wód naturalnych i technologicznych,

• płyny czyszczące z zawieszonych zanieczyszczeń,

• kontrolować działanie roztworów fizjologicznych i farmakologicznych żywności,

• kontrola procesów selektywnego wzrostu mikroorganizmów (przyspieszenie lub zahamowanie tempa wzrostu i podziałów bakterii, drożdży),

• kontrola procesów bakteryjnego wypłukiwania ścieków,

• anestezjologia magnetyczna.

Sterowanie właściwościami układów koloidalnych, procesami rozpuszczania i krystalizacji służy do:

• zwiększenie wydajności procesów zagęszczania i filtracji,

• redukcja osadów soli, kamienia kotłowego i innych osadów,

• poprawa wzrostu roślin, zwiększenie ich plonu, kiełkowanie.

Zwróćmy uwagę na cechy magnetycznego uzdatniania wody. 1. Obróbka magnetyczna wymaga obowiązkowego przepływu wody z określoną prędkością przez jedno lub więcej pól magnetycznych.

2.Efekt namagnesowania nie trwa wiecznie, ale znika po pewnym czasie od ustania pola magnetycznego, mierzonym w godzinach lub dniach.

3. Efekt zabiegu zależy od indukcji pola magnetycznego i jego gradientu, natężenia przepływu, składu systemu wodnego oraz czasu przebywania w polu. Należy zauważyć, że nie ma bezpośredniej proporcjonalności między efektem leczenia a wielkością natężenia pola magnetycznego. Ważną rolę odgrywa nachylenie pola magnetycznego. Jest to zrozumiałe, jeśli weźmiemy pod uwagę, że siła F działająca na substancję od strony niejednorodnego pola magnetycznego jest określona przez wyrażenie

gdzie x to podatność magnetyczna na jednostkę objętości substancji, H to natężenie pola magnetycznego, A / m, dH / dx to gradient natężenia

Z reguły wartości indukcji pola magnetycznego mieszczą się w przedziale 0,2-1,0 T, a gradient 50,00-200,00 T/m.

Najlepsze efekty obróbki magnetycznej uzyskuje się przy prędkości przepływu wody w polu równej 1–3 m/s.

Niewiele wiadomo na temat wpływu charakteru i stężenia substancji rozpuszczonych w wodzie. Stwierdzono, że efekt magnetyzacji zależy od rodzaju i ilości zanieczyszczeń solnych w wodzie.

Oto niektóre projekty instalacji do magnetycznego uzdatniania wody z magnesami trwałymi i elektromagnesami zasilanymi prądami o różnych częstotliwościach.

na ryc. 2. przedstawia schemat urządzenia do magnesowania wody za pomocą dwóch cylindrycznych magnesów trwałych 3, Woda przepływa w szczelinie 2 obwodu magnetycznego utworzonego przez wydrążony rdzeń ferromagnetyczny 4 umieszczony w obudowie L Indukcja pola magnetycznego wynosi 0,5 T, nachylenie wynosi 100,00 T / m. Szerokość szczeliny 2 mm.

Ryż. 2. Schemat urządzenia do magnesowania wody

Ryż. 3.Urządzenie do magnetycznego uzdatniania systemów wodnych

Urządzenia wyposażone w elektromagnesy są szeroko stosowane. Urządzenie tego typu pokazano na ryc. 3. Składa się z kilku elektromagnesów 3 z cewkami 4 umieszczonymi w diamagnetycznej powłoce 1. Całość umieszczona jest w żelaznej rurze 2. Woda wpływa do szczeliny pomiędzy rurą a korpusem, chronionej diamagnetyczną osłoną. Siła pola magnetycznego w tej szczelinie wynosi 45 000-160 000 A / m. W innych wersjach tego typu aparatów elektromagnesy umieszcza się na rurze od zewnątrz.

We wszystkich rozważanych urządzeniach woda przepływa przez stosunkowo wąskie szczeliny, dlatego jest wstępnie oczyszczana ze stałych zawiesin. na ryc. 4 przedstawia schemat urządzenia typu transformatorowego. Składa się z jarzma 1 z cewkami elektromagnetycznymi 2, pomiędzy biegunami których umieszczona jest rurka 3 z materiału diamagnetycznego. Urządzenie służy do uzdatniania wody lub celulozy prądami przemiennymi lub pulsującymi o różnych częstotliwościach.

Opisano tutaj tylko najbardziej typowe konstrukcje urządzeń, które z powodzeniem stosowane są w różnych obszarach produkcji.

Pola magnetyczne wpływają również na rozwój aktywności życiowej mikroorganizmów. Magnetobiologia to rozwijająca się dziedzina nauki, która coraz częściej znajduje praktyczne zastosowania, m.in. w biotechnologicznych procesach produkcji żywności. Ujawnia się wpływ stałego, zmiennego i pulsującego pola magnetycznego na rozmnażanie, właściwości morfologiczne i kulturowe, metabolizm, aktywność enzymatyczną i inne aspekty aktywności życiowej mikroorganizmów.

Oddziaływanie pól magnetycznych na mikroorganizmy, niezależnie od ich parametrów fizycznych, prowadzi do fenotypowej zmienności właściwości morfologicznych, kulturowych i biochemicznych. U niektórych gatunków w wyniku leczenia może ulec zmianie skład chemiczny, struktura antygenowa, wirulencja, oporność na antybiotyki, fagi i promieniowanie UV. Czasami pola magnetyczne powodują bezpośrednie mutacje, ale częściej wpływają na pozachromosomalne struktury genetyczne.

Nie ma ogólnie przyjętej teorii wyjaśniającej mechanizm działania pola magnetycznego na komórkę. Prawdopodobnie biologiczne oddziaływanie pól magnetycznych na mikroorganizmy opiera się na ogólnym mechanizmie oddziaływania pośredniego poprzez czynnik środowiskowy.