СПОСОБ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ И ОСВЕТЛЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ И ОСВЕТЛЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2237023 (13) C2

(51) 7 C02F1/48, C02F103:02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2004.09.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2002105960/15 
(22) Дата подачи заявки: 2002.03.07 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.03.07 
(43) Дата публикации заявки: 2003.10.27 
(45) Опубликовано: 2004.09.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2175954 С1, 20.11.2001. SU 980777 А, 17.12.1982. RU 2093214 С1, 20.10.1997. SU 1212969 А, 23.02.1986. US 4883591 А, 28.11.1989. 
(72) Имя изобретателя: Лозин Дмитрий Андреевич (UA); Корчик Наталья Михайловна (UA); Лозин Андрей Афониевич (UA); Гироль Николай Николаевич (UA); Нитяговский Валентин Владимирович (UA); Арсенюк Виталий Михайлович (UA); Бухальская Юлия Георгиевна (UA); Зыгалов Владимир Васильевич (UA) 
(73) Имя патентообладателя: Научно-производственная фирма "Продэкология" (UA) 
(98) Адрес для переписки: 33028, г. Ровно, а/я 117, НПФ "Продэкология" 

(54) СПОСОБ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ И ОСВЕТЛЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 
Группа изобретений предназначена для очистки водных растворов от частиц различной степени дисперсности и коррекции физико-химических свойств водных растворов для предотвращения шламообразования в системах водяного отопления, охлаждения и водоснабжения. Способ состоит в последовательном прохождении водного потока через магнитные поля с разной величиной магнитной индукции и обеспечении оптимальных условий поляризационных процессов и предотвращения ассоциации противоионов. Устройство состоит из корпуса с крышкой, камеры осаждения, шламосборника, перегородок, входного и выходного патрубков, патрубка отвода шлама, магнитных систем с величиной магнитной индукции, которая увеличивается в направлении движения потока, сетчатого фильтрующего элемента. Технический результат состоит в получении осветленного водного раствора со стабилизированной солевой системой, что способствует защите оборудования в системах водяного отопления, охлаждения и других системах водоснабжения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.





ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение предназначено для очистки водных растворов от частиц различной степени дисперсности и коррекции физико-химических свойств водных растворов для предотвращения шламообразования с использованием воздействия магнитных полей и может быть использовано в системах водяного отопления, охлаждения и других системах водоснабжения.

Известны способы для ускорения процессов коагуляции и осаждения примесей в аппаратах с однополярной магнитной системой и в диапазоне магнитной напряженности 280-1120 Э (0,028-0,112 Тл) [1].

Известен способ магнитного воздействия, который обеспечивает удаление загрязнений путем формирования твердой фазы в объеме воды при прохождении воды через однополярную систему магнитов с напряженностью Н=0,8-10,0 А/м (0,0010-0,0126 Тл), который реализуется в устройстве [2].

Известен способ магнитного воздействия для предотвращения выпадения карбонатных и других осадков в устройствах с магнитной системой чередующейся полярности и величиной магнитной индукции 0,06-0,10 Тл [3, 4].

Недостатком известных способов является низкая эффективность очистки в связи с отсутствием комплексного магнитного воздействия на компоненты (разной степени дисперсности) водных растворов для интенсификации их удаления и предотвращения образования карбонатных и других отложений.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сути и достигаемому результату является способ очистки жидкостей от взвешенных и коллоидных частиц инерционно-гравитационным осаждением с использованием магнитного воздействия на осаждаемые примеси, который используется в устройстве [5] и избран в качестве прототипа.

Недостатком известного способа является то, что его реализация не может обеспечить достаточно высокую эффективность магнитного воздействия на дисперсные преобразования (агрегация, коагуляция, ассоциация в водных растворах).

В основу изобретения поставлена задача в способе магнитной обработки и осветления водных растворов и устройстве для его осуществления, путем последовательного прохождения водных растворов через магнитные поля, магнитная индукция которых возрастает в направлении движения потока водного раствора, обеспечить оптимальные условия поляризации частиц для повышения эффективности их дисперсных преобразований и степени удаления, а также оптимальные условия для предотвращения ассоциации противоионов.

Поставленная задача достигается в способе магнитной обработки и осветления водных растворов, состоящем в последовательном прохождении водных растворов через магнитные поля с разной величиной магнитной индукции, в котором на начальном этапе, когда поток водного раствора подвергают воздействию магнитного поля с меньшей величиной магнитной индукции, достигаются оптимальные условия поляризации для агрегации и коагуляции нерастворимых частиц, а на конечном этапе, когда поток водного раствора подвергают воздействию магнитного поля с большей величиной магнитной индукции - предотвращения ассоциации противоионов.

Поставленная задача может быть достигнута в способе магнитной обработки и осветления водных растворов благодаря тому, что поток водного раствора на начальном этапе подвергают воздействию магнитного поля с индукцией в пределах 0,1-0,2 Тл, на конечном - с индукцией в пределах 0,3-0,8 Тл, а время магнитного воздействия поля на начальном этапе в пределах 0,6-1,2 с, на конечном этапе в пределах 0,3-0,5 с.

Поставленная задача реализуется в устройстве для магнитной обработки и осветления водных растворов, включающем корпус с крышкой, который состоит из камеры осаждения и шламосборника, разделенных решеткой, перегородки, входной и выходной патрубки, размещенные в верхней части корпуса, патрубок отвода шлама, сетчатый фильтрующий элемент, магнитные системы, выполненные с разной величиной магнитной индукции, при этом величина магнитной индукции систем увеличивается в направлении движения потока водного раствора.

Поставленная задача может быть достигнута в устройстве для магнитной обработки и осветления водных растворов, в котором магнитные системы выполнены в виде магнитных стержней.

Поставленная задача может быть достигнута в устройстве для магнитной обработки и осветления водных растворов, в котором все стержни магнитных систем установлены с возможностью отвода их за пределы корпуса без снятия крышки и разгерметизаци корпуса.

Поставленная задача может быть достигнута в устройстве для магнитной обработки и осветления водных растворов, в котором в объеме сетчатого фильтрующего элемента размещена зернистая загрузка, например пенополистирол.

В результате реализации предлагаемого технического решения, в котором водные растворы последовательно пропускаются через магнитные поля, магнитная индукция которых возрастает в направлении движения потока водного раствора, осуществляется комплексное воздействие на все компоненты дисперсной системы. Известно [6], что воздействие внешнего магнитного поля вызывает сдвиг (деформацию) электронных облаков, который определяет поляризационные явления в растворе - изменения ближних и дальних взаимодействий между компонентами раствора (диполь-диполь, ион-противоион и т.д.), которые проявляются в изменениях химических, физико-химических свойств. В связи с отсутствием теоретических основ механизм воздействия магнитного поля поясняется на основе обобщения экспериментальных данных. Известно [6], что в результате воздействия магнитного поля изменяется поверхностное натяжение, которое в основном определяется диполь-диполь взаимодействиями. В связи с этим естественно ожидать изменение способности к смачиванию. На смачиваемой поверхности может образоваться адсорбционный шар из молекул растворителя и растворенных компонентов.

Таким образом, в результате воздействия магнитного поля изменяются основные факторы стойкости коллоидных частиц (адсорбционно-гидративный, электростатический). При этом способность к коагуляции частиц может увеличиваться или уменьшаться. Известно [7], что в результате воздействия магнитного поля изменяется (уменьшается) степень гидратации ионов, что способствует образованию ассоциатов, то есть, создаются благоприятные условия для выделения растворенных компонентов в твердую фазу. Образование ассоциатов-ионов можно объяснить как с точки зрения поляризационных эффектов (взаимодействие диполь-ион, ион-противоион), так и кинетических. В результате воздейтвия внешнего магнитного поля изменяется траектория движения ионов (дрейф противоионов), что определяет возможность повышения локальной концентрации противоионов и выделения их в твердую фазу. Известно [4], что эффектом воздействия магнитного поля может быть стабилизация раствора и предотвращение выделения растворимых компонентов в твердую фазу, поясняющаяся уменьшением вероятного сближения противоионов и образованием ассоциатов. Рассмотренные выше поляризационные и кинетические явления происходят одновременно, взаимно связаны между собой и проявляются как единый комплексный эффект воздействия магнитного поля, который зависит от определенных параметров: типа магнитной системы, времени обработки, гидродинамических и других условий. Учитывая степень влияния параметров, в предлагаемом решении реализуется тот принцип, что комплексный эффект воздействия магнитного поля, который проявляется как в стабилизации, так и в дестабилизации отдельных компонентов дисперсной системы, зависит от величины индукции (напряженности) магнитного поля и времени его воздействия на водный раствор.

На фиг.1 представлены графики зависимости изменения оптической плотности водного раствора после воздействия на него магнитных полей с разной величиной магнитной индукции от времени магнитного воздействия: кривая 1 - для магнитного поля с величиной магнитной индукции, равной 0,2 Тл; кривая 2 - для магнитного поля с величиной магнитной индукции, равной 0,6 Тл. Относительные изменения оптической плотности отвечают процессам: фазообразование - растворение - фазообразование. При этом достижению необходимого эффекта в системе с большей величиной индукции отвечает меньшее время воздействия и наоборот.

На начальном этапе обеспечиваются оптимальные условия поляризации для агрегации, коагуляции нерастворимых частиц, что позволяет повысить степень и скорость их удаления в камере осаждения под влиянием сил инерции и тяжести. При этом процессы дестабилизации обусловлены увеличением поверхностного натяжения воды на поверхности разделения фаз, усилением процессов адсорбции растворенных компонентов. Таким образом, одновременно в осадок переходят коллоидные частицы и часть растворенных компонентов.

Воздействие на поток водного раствора магнитного поля на начальном этапе проходит при условиях, что величина магнитной индукции составляет 0,2 Тл, а продолжительность воздействия - 0,6 с, в противоположность конечному этапу, когда магнитным полем с величиной магнитной индукции 0,6 Тл соответствующий эффект достигается при продолжительности воздействия поля 0,1 с. Это позволяет обеспечить процесс фазообразования в метастабильной области для укрупнения частиц, и таким образом, увеличение скорости их осаждения.

Использование на конечном этапе магнитного поля с большей величиной магнитной индукции позволяет обеспечить условия для предотвращения образования ионных ассоциатов, которые в дальнейшем могут быть центрами кристаллизации твердой фазы. При этом заряженные частицы двигаются более хаотично и непредсказуемо, что уменьшает возможность их сближения и последующие взаимодействия. Возможность обеспечения величины магнитной индукции в пределах 0,6 Тл позволяет сократить время воздействия магнитного поля до 0,4 с, в то время, как соответствующий эффект с использованием магнитной системы с меньшей величиной магнитной индукции обеспечивается за большее время, то есть 1,4 с.

Размещение на начальном этапе движения потока водного раствора магнитной системы с меньшей величиной магнитной индукции позволяет обеспечить оптимальные условия удаления коллоидных частиц и частично растворенных частиц за счет образования агрегатов в виде скоагулированных магнитных и немагнитных частиц и, таким образом, предотвратить быстрое загрязнение поверхности магнитной системы с большей величиной магнитной индукции, создавая оптимальные условия для следующей стабилизации раствора - предотвращение образования ассоциатов-противоионов.

Отдаленность магнитной системы с величиной магнитной индукции в пределах 0,1-0,2 Тл от магнитной системы с величиной магнитной индукции в пределах 0,3-0,8 Тл, позволяет разграничить процессы дестабилизации и стабилизаци солевой системы водного раствора соответственно каждому этапу прохождения потока через магнитные системы.

Выполнение магнитных систем в виде стержней уменьшает сопротивление потока водного раствора и его турбулентность для эффективного удаления загрязнений, а также способствует удобству обслуживания, которое обусловлено возможностью отвода стержневых магнитных систем за пределы корпуса без снятия крышки и разгерметизации корпуса в режиме регенерации.

Размещение в объеме сетчатого фильтрующего элемента зернистой загрузки позволяет повысить эффект удаления как нерастворимых (d=0,1-10 мкм), так и растворимых компонентов (например, ионов Fe+2, Fe+3 путем их адсорбции на поверхности зерен загрузки.

Использование в качестве зернистой загрузки пенополистирола позволяет более точно откорректировать фракционный состав загрузки с целью обеспечения необходимого эффекта очистки, а также скорость фильтрования, предотвратить вынесение зерен через сетку.

На фиг.2 показан общий вид и разрез устройства для магнитной обработки и осветления водных растворов.

Устройство для магнитной обработки и осветления водных растворов включает корпус 1 с крышкой 2, который состоит из камеры осаждения 3 и шламосборника 4, разделенных решеткой 5, перегородки 6, входной 7 и выходной 8 патрубок, которые расположены в верхней части корпуса 1, патрубок отвода шлама 9, магнитную систему 10 с меньшей величиной магнитной индукции 10, сетчатый фильтрующий элемент 11, зернистую загрузку 12, магнитную систему 13 с большей величиной магнитной индукции.

Устройство для магнитной обработки и осветления водных растворов работает следующим образом.

Поток среды, который подлежит очистке, например поток питательной воды системы отопления, поступает из входного патрубка 7 (фиг.2) в камеру осаждения 3, расположенную в корпусе 1. На начальном этапе, когда поток водного раствора подвергают воздействию магнитного поля с величиной магнитной индукции в пределах 0,1-0,2 Тл на протяжении 0,6-1,2 с, (фиг.1, кривая 1), обеспечивают осаждение частиц с большей магнитной восприимчивостью на магнитной системе 10 (фиг.2) и их укрупнение. При этом получаются большие по массе агрегаты в виде скоагулированных магнитных и немагнитных частиц, скорость осаждения которых увеличивается на 30%. Таким образом, преобладающая часть загрязнений из водных растворов удаляется гравитационно-инерционным осаждением в шламосборник 4, проходя систему перегородок в (табл.1):

Эффект изъятия частиц загрязнений из водных растворов, %



На отдаленный конечный этап, т.е. после прохождения магнитной системы 10, поступает поток водного раствора с частицами с меньшей магнитной восприимчивостью и мелкими немагнитными частицами. Воздействие магнитного поля с величиной магнитной индукции в пределах 0,3-0,8 Тл составляет 0,3-0,5 с (фиг.1, кривая 2), что обеспечивает осаждение частиц с меньшей магнитной восприимчивостью на магнитной системе 13 (фиг.2) и стабилизацию солевой системы.

Более легкие магнитные и немагнитные частицы задерживаются сетчатым фильтрующим элементом 11. Эффект их удаления при наличии зернистой загрузки 12, например пенополистирола, увеличивается в 2-4 раза. Таким образом, из камеры осаждения 3 в выходной патрубок 8 поступает осветленный водный раствор.

Уменьшение выпадения шлама в объеме водного раствора и на поверхности теплообмена, %, в результате воздействия магнитного поля



Таким образом, предложенное техническое решение, использованное в системах водяного отопления, позволяет уменьшить выпадение из воды карбонатов, фосфатов, сульфатов с образованием осадка как в форме шлама, так и плотной накипи на поверхности теплообмена (табл.2).

Использованная информация

1. Магнитная обработка промышленных вод "УКР НИИНТИ". 1988, №12, с.21.

2. Патент США №4289621, кл. 210/222 (В 01 D 35/06).

3. Заявка 4107512, ФРГ, МПК 5 С 02 F 1/48.

4. Новое устройство для магнитной обработки воды. Prodfinish - 1990-93, п. 1 - с. 28 - Англия.

5. Патент России №2175954, кл. С 02 F 1/48 // С 02 F 103:02.

6. Душкин С.С., Евстратов В.Н. Магнитная водоподготовка на химических предприятиях. М.: Химия, 1986, с.136.

7. Солдатов В.С. Простые ионообменные равновесия. Минск: Наука, 1972, с.224. 



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ магнитной обработки и осветления водных растворов, состоящий в последовательном прохождении водных растворов через магнитные поля с разной величиной магнитной индукции, отличающийся тем, что на начальном этапе поток водного раствора подвергают воздействию магнитного поля с величиной магнитной индукции в пределах 0,1-0,2 Тл в течение 0,6-1,2 с, обеспечивая поляризацию для агрегации, коагуляции нерастворимых частиц, а на конечном этапе поток водного раствора подвергают воздействию магнитного поля с величиной магнитной индукции в пределах 0,3-0,8 Тл в течение 0,3-0,5 с для предотвращения ассоциации противоионов.

2. Устройство для магнитной обработки и осветления водных растворов, включающее корпус с крышкой, который состоит из камеры осаждения и шламосборника, разделенных решеткой, перегородки, входной и выходной патрубки, размещенные в верхней части корпуса, патрубок отвода шлама, магнитные системы, сетчатый фильтрующий элемент, отличающееся тем, что магнитные системы выполнены в виде стержней с разной величиной магнитной индукции, при этом величина магнитной индукции систем увеличивается в направлении движения потока водного раствора.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что все стержни магнитных систем установлены с возможностью отвода их за пределы корпуса без снятия крышки и разгерметизации корпуса.

4. Устройство по любому из пп.2 и 3, отличающееся тем, что в объеме сетчатого фильтрующего элемента размещена зернистая загрузка.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве зернистой загрузки использован пенополистирол.







ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru