СПОСОБ АКТИВАЦИИ ПРОЦЕССОВ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК B03C1/00 B01F13/00 

Изобретения относятся к области промышленной переработки отходов, утилизация которых затруднена из-за высокой стабильности их физико-химических свойств, и могут быть использованы, в частности, при утилизации шламовых вод, шламов доменных, гальванических и других производств, при очистке бытовых сточных вод, иловых полей, золоуносов ТЭЦ, ГРЭС, террикоников и т.д., а также для разделения нейтрализованных соединений металлов по молекулярным весам.

Известен способ активации физико-химических процессов в многофазной активируемой среде, состоящей из смеси жидкости с твердой и/или газообразной фазой, которая попадает в цилиндрический корпус активатора на вращающиеся гребенки, лепестки которых, колеблясь, формируют режим гидродинамической кавитации. Одновременно ультразвуковой излучатель создает акустические волны большой интенсивности с возникновением режима акустической кавитации. При схлопывании кавитационных пузырьков излучаются ударные волны, которые и воздействуют на активируемую среду [Описание изобретения к патенту РФ №2308324 от 07.04.2006, МПК B02C 19/18, опубл. 20.10.2007]. В результате интенсифицируется процесс активации многофазной активируемой среды.

К недостаткам настоящего способа следует отнести его сложность и невозможность использования для промышленной обработки сред, поскольку при этом непропорционально увеличиваются габариты оборудования и затраты энергии на его обслуживание и поддержание в рабочем режиме эксплуатации.

Известен способ нейтрализации промышленных стоков, содержащих нефтепродукты и органические компоненты, включающий добавку флокулянтов или коагулянтов, флотацию и отстаивание продуктов нейтрализации, которую проводят в рабочей зоне аппарата с вращающимся электромагнитным полем, а флокулянты или коагулянты добавляют в промышленные стоки после их выхода из аппарата с вращающимся электрическим полем, после чего полученную смесь перерабатывают в жидкое печное топливо в рабочей зоне такого же аппарата с вращающимся электромагнитным полем [Описание изобретения к патенту РФ №2185336 от 16.07.2001, МПК⁷ C02F 1/66, C02F 9/04, C02F 9/04, C02F 101:32, опубл. 20.07.2002]. В результате многоступенчатая технологическая линия была переведена в одноступенчатую, что позволило значительно сократить материало-, энерго- и трудозатраты, а также сократить производственные площади.

К недостаткам настоящего способа следует отнести его ограниченную производительность. Поскольку обработка стоков в аппарате с вращающимся электромагнитным полем требует их выдерживания в рабочей зоне в течение определенного времени, то не существует реального механизма увеличить пропускную способность оборудования без снижения качества обработки. Если же увеличить длину рабочей зоны индуктора, то возрастает вероятность конверсии уже переработанных (нейтрализованных) стоков обратно в соли тяжелых металлов.

Известен способ активации жидкости, заключающийся в том, что в сеть включают магнитный индуктор и в рабочей зоне формируют вихревое вращающееся поле, которое действует на металлические иголки и приводит их в движение. Поток обрабатываемой жидкости, проходя, в частности, между винтообразными пластинами, закручивается и отбрасывается к периферии, то есть в зону с максимальной напряженностью магнитного поля. В результате срыва потока на кромках пластин образуются вихри, которые турбулизируют поток, способствуют его перемешиванию, что обеспечивает более активную и равномерную обработку жидкости в результате действия вышеуказанных эффектов, происходящих в рабочей зоне. При столкновении с противоположно закрученными пластинами возникают противотоки жидкости, которые дополнительно способствуют более активному перемешиванию. При этом создается некоторое сопротивление движению жидкости, которая большее время задерживается в рабочей зоне, что также способствует более полной и равномерной ее обработке [Описание полезной модели № 69415 от 09.01.2007, МПК B01F 13/08, опубл. 27.12.2007]. В результате срыва потока на кромках пластин образуются вихри, которые турбулизируют поток, способствуют его перемешиванию, что обеспечивает более активную и равномерную обработку жидкости в результате действия вышеуказанных эффектов, происходящих в рабочей зоне.

К особенностям настоящей технологии следует отнести недостаточное качество разделения обрабатываемых жидкостей по физическим свойствам. Именно поэтому делается попытка увеличения времени их обработки металлическими иголками. Для этого скорость потока ограничивают механически, хотя для этого достаточно уменьшить расход жидкостей, при этом влияние дополнительной турбулизации потока в сравнении с его механической обработкой иголками ничтожно мало. В результате можно сделать вывод об исчерпании настоящим способом (использование вращения иголок в электромагнитном поле) своих потенциальных возможностей.

Задача, решаемая первым изобретением заявленной группы технических решений, и достигаемый технический результат заключаются в создании очередного способа активации физико-химических и механо-физических процессов в жидкотекучих перерабатываемых средах, повышении качества продуктов переработки, их стабилизации по химическому составу и более полном разделении по физическим свойствам.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в способе активации процессов, включающем подачу жидкотекучей перерабатываемой среды в пространство рабочей камеры индуктора вращающегося электромагнитного поля, снабженную рабочими телами в виде ферромагнитных частиц, обработку среды электромагнитным полем с принудительным механическим перемешиванием и последующее флотационное разделение продуктов переработки, перед подачей в пространство рабочей камеры индуктора перерабатываемой среды, последнюю переводят в состояние режима кавитации путем создания перепада давления не менее 0,3 МПа.

Дополнительно в рабочую среду перед ее переводом в режим кавитации вводят реагенты, а в продукты переработки перед их флотационным разделением вводят флокулянты или коагулянты.

Задача, решаемая вторым изобретением заявленной группы технических решений, и достигаемый технический результат также заключаются в создании очередного способа активации физико-химических и механо-физических процессов в жидкотекучих перерабатываемых средах, повышении качества продуктов переработки, их стабилизации по химическому составу и более полном разделении по физическим свойствам. Кроме этого упрощается аппаратное оформление способа, за счет исключения промежуточных рабочих тел в виде ферромагнитных частиц.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в способе активации процессов, включающем подачу жидкотекучей перерабатываемой среды в пространство рабочей камеры индуктора вращающегося электромагнитного поля, обработку среды электромагнитным полем и последующее флотационное разделение продуктов переработки, при этом в качестве перерабатываемой среды используют водные растворы с механическими примесями магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов, которые перед подачей в пространство рабочей камеры индуктора переводят в состояние режима кавитации путем создания перепада давления не менее 0,3 МПа.

Дополнительно в рабочую среду перед ее переводом в режим кавитации вводят реагенты, а в продукты переработки перед их флотационным разделением вводят флокулянты или коагулянты.

Известен активатор физико-химических процессов, включающий размещенный в цилиндрическом корпусе и соединенный с приводом рабочий орган с режущими элементами, и ультразвуковой излучатель, при этом рабочий орган выполнен в виде двух гребенок, выполненных в виде лучей с концентрически расположенными на них режущими элементами и закрепленных на наружном и внутреннем валах с возможностью взаимодействия между собой [см. Описание изобретения к патенту РФ №2308324]. Устройство позволяет интенсифицировать процесс активации многофазной активируемой среды.

К недостаткам настоящего активатора следует отнести сложность конструкции, обилие трущихся механических частей и, как отмечалось выше - невозможность использования для промышленной обработки сред, поскольку при этом непропорционально увеличиваются габариты оборудования и затраты энергии на его обслуживание и поддержание в рабочем режиме эксплуатации.

Известен ряд типового оборудования для активации процессов. В частности - аппарат активации процессов для обработки материалов, содержащий трубчатую реакционную камеру с охватывающим ее индуктором вращающегося электромагнитного поля, при этом аппарат снабжен сменной вставкой, трехфазным тиристорным преобразователем, подвижной решеткой с толкателем, изменяющей величину объема рабочей зоны, и полой трубкой с заваренным торцом, имеющей внутри нагреватель или охлаждающее устройство и возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси рабочего пространства [Описание изобретения к патенту РФ №2170707 от 13.07.2000, МПК⁷ C02F 1/48, опубл 20.07.2001]. Изобретение позволяет более полно использовать энергетические и технологические возможности аппарата активации процессов.

Также известен аппарат вихревого слоя, содержащий крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, подключенными к внешней системе подачи и охлаждения, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы с ферромагнитными частицами, при этом аппарат снабжен системой регулирования подаваемой мощности [Описание изобретения к патенту РФ №2072257 от 16.10.1992, МПК⁶ B01F 13/08, опубл. 27.01.1997]. Аппарат отличается пониженным энергопотреблением.

Известен электромагнитный активатор процессов, содержащий рабочую зону трубы с рабочими телами иголок внутри нее, наружным электромагнитным индуктором и установленном в трубе на выходе рабочей зоны отражателем рабочих тел в виде диска с отверстиями, при этом активатор снабжен загрузочным устройством и ловителем рабочих тел, установленными соответственно на входе и выходе из рабочей зоны [Описание полезной модели к патенту РФ №81907 от 05.11.2008, МПК B01F 13/08, опубл. 10.04.2009]. Активатор обеспечивает качество продукции в заданных пределах и повышение эффективности.

Настоящие устройства имеют общий недостаток - для более качественной обработки перерабатываемых сред недостаточно энергии вращающегося электромагнитного поля и воздействия ферромагнитных частиц. Именно этим объясняется наличие множества устройств, имеющих общий принцип действия, основанный на использовании единственного эффекта.

Известен ряд типового оборудования, где делаются попытки дополнительной турбулизации потока перерабатываемых сред.

Известна установка активации процессов, содержащая рабочий блок с охлаждаемым водой или маслом индуктором с иголками в качестве рабочих тел, блоки управления и тепловой защиты, причем рабочий блок снабжен системами подачи и отвода обработанных материалов, встроенными непосредственно в рабочую зону в виде шнеков и пропеллеров, которые, в свою очередь, осуществляют домол или помол твердых частиц [Описание полезной модели к патенту РФ №50876 от 26.10.2005, МПК В03С 1/00, опубл. 27.01.2006]. В результате расширяются возможности установки для активации более широкого спектра перерабатываемых материалов.

Можно предположить, что одновременное присутствие в рабочем блоке хаотично вращающихся иголок и вращающихся пропеллеров вызывает повышенный износ последних и, соответственно, торможение первых. В результате качество обработки среды будет хуже, чем в случае ее обработки одними только иголками.

Также известно устройство для активации жидкости, содержащее рабочую зону трубы с рабочими телами в виде иголок внутри нее и наружным магнитным индуктором, причем в полости рабочей зоны трубы установлена вставка в виде цилиндрического тела, расположенного по центральной оси трубы, на концах которого установлены винтообразнозакрученные пластины с противоположной друг другу закруткой [см. Описание полезной модели к патенту РФ №69415]. В результате работы устройства повышается эффективность обработки жидкости.

К недостаткам настоящего устройства следует также отнести недостаточное качество разделения обрабатываемых жидкости по физическим свойствам (см. критику способа). Влияние дополнительной турбулизации потока винтообразнозакрученными пластинами в сравнении с его механической обработкой иголками ничтожно мало. В результате можно сделать вывод об ограниченных возможностях известного устройства, принцип работы которого основан на вращении иголок в электромагнитном поле.

Задача, решаемая третьим изобретением заявленной группы технических решений, и достигаемый технический результат заключаются в создании очередного устройства активации физико-химических и механо-физических процессов в жидкотекучих перерабатываемых средах, повышении качества продуктов переработки, их стабилизации по химическому составу и повышение уровня подготовки продуктов для более полного разделения по физическим свойствам.

Для решения поставленной задачи и достижения заданного технического результата в электромагнитном активаторе процессов, содержащем индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий рабочую камеру в виде осевого канала, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы с рабочими телами в виде ферромагнитных частиц, с отражателями рабочих тел, установленными по краям реакционной камеры, которая, в свою очередь, соединена с патрубками подвода жидкотекучей перерабатываемой среды и отвода продуктов переработки, на входе в реакционную камеру на патрубке подвода перерабатываемой среды установлен кавитатор, выполненный в виде форсунки с возможностью обеспечения перепада давления на ее входе и выходе не менее 0,3 МПа.

Дополнительно патрубок подвода перерабатываемой среды включает узел подвода реагентов, установленный перед кавитатором, а патрубок отвода продуктов переработки среды включает узел подвода флокулянтов или коагулянтов, установленный на выходе из реакционной камеры.

Задача, решаемая четвертым изобретением заявленной группы технических решений, и достигаемый технический результат заключаются в создании очередного устройства активации физико-химических и механо-физических процессов в жидкотекучих перерабатываемых сред, повышении качества продуктов переработки, их стабилизации по химическому составу и повышение уровня подготовки продуктов для более полного разделения по физическим свойствам. Кроме этого упрощается конструкция устройства за счет исключения из его состава промежуточных рабочих тел в виде ферромагнитных частиц.

Для решения поставленной задачи и достижения заданного технического результата в электромагнитном активаторе процессов, содержащем индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий рабочую камеру в виде осевого канала, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, соединенной с патрубком подвода жидкотекучей перерабатываемой среды, включающей механические примеси магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов, и патрубком отвода продуктов переработки, при этом на входе в реакционную камеру на патрубке подвода перерабатываемой среды установлен кавитатор, выполненный в виде форсунки с возможностью обеспечения перепада давления на ее входе и выходе не менее 0,3 МПа.

Дополнительно патрубок подвода перерабатываемой среды включает узел подвода реагентов, установленный перед кавитатором, а патрубок отвода продуктов переработки среды включает узел подвода флокулянтов или коагулянтов, установленный на выходе из реакционной камеры.

Изобретение поясняется чертежом, где:

- на фиг.1 показан общий вид электромагнитного активатора процессов, реализующий первый вариант способа активации процессов;

- на фиг.2 - общий вид электромагнитного активатора, реализующий второй вариант способа;

- на фиг.3 - вариант адаптации активатора фиг.1 для реализации второго варианта способа активации процессов.

Способы активации процессов рассмотрим на примерах работы соответствующих устройств - электромагнитных активаторов процессов.

Электромагнитный активатор процессов по первому варианту устройства содержит индуктор 1 вращающегося электромагнитного поля, имеющий рабочую камеру 2 в виде осевого канала, в котором с зазором к стенкам канала установлена герметичная по отношению к ней реакционная камера 3 в виде изнашиваемой и периодически сменяемой трубы с рабочими телами 4 в виде ферромагнитных частиц, с отражателями 5 (например, сетчатыми или перфорированными) рабочих тел, установленными по краям реакционной камеры 3, которая, в свою очередь, соединена с патрубками подвода 6 жидкотекучей перерабатываемой среды и отвода 7 продуктов переработки, при этом на входе в реакционную камеру 3 на патрубке 6 подвода перерабатываемой среды установлен кавитатор 8, выполненный в виде форсунки с возможностью обеспечения перепада давления на ее входе 9 и выходе 10 не менее 0,3 МПа. Дополнительно к этому патрубок 6 подвода перерабатываемой среды включает узел 11 подвода реагентов, установленный перед кавитатором 8, а патрубок 7 отвода продуктов переработки среды включает узел 12 подвода флокулянтов или коагулянтов, установленный на выходе из реакционной камеры 3.

Электромагнитный активатор процессов по второму варианту устройства также содержит индуктор 1 вращающегося электромагнитного поля, имеющий рабочую камеру 2 в виде осевого канала, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера 3 в виде трубы, соединенной с патрубком 6 подвода жидкотекучей перерабатываемой среды, включающей механические примеси магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов, и патрубком 7 отвода продуктов переработки, при этом на входе в реакционную камеру 3 на патрубке 6 подвода перерабатываемой среды установлен кавитатор 8, выполненный в виде форсунки с возможностью обеспечения перепада давления на ее входе 9 и выходе 10 не менее 3 атм. Дополнительно в этом активаторе, как и в активаторе по первому варианту, патрубок 6 подвода перерабатываемой среды также включает узел 11 подвода реагентов, установленный перед кавитатором 8, а патрубок 7 отвода продуктов переработки среды также включает узел 12 подвода флокулянтов или коагулянтов, установленный на выходе из реакционной камеры 3.

Способ активации процессов, реализуемый активатором по первому варианту устройства, включает подачу жидкотекучей перерабатываемой среды в пространство рабочей камеры 2 индуктора 1 вращающегося электромагнитного поля, а точнее в ее изнашиваемую и заменяемую по необходимости часть - реакционную камеру 3, снабженную рабочими телами 4 в виде ферромагнитных частиц, заключенных в ограниченном объеме реакционной камеры 3, обработку среды электромагнитным полем с принудительным механическим перемешиванием и последующее флотационное разделение продуктов переработки, причем перед подачей в пространство рабочей камеры 2 индуктора 1 перерабатываемой среды, последнюю переводят в состояние режима кавитации путем создания перепада давления не менее 0,3 МПа. Соответственно, в рабочую среду перед ее переводом в режим кавитации можно вводить реагенты, а в продукты переработки перед их флотационным разделением можно вводить флокулянты или коагулянты.

Способ активации процессов, реализуемый активатором по второму варианту устройства также включает подачу жидкотекучей перерабатываемой среды в пространство рабочей камеры 2 индуктора 1 вращающегося электромагнитного поля (а точнее, также в ее изнашиваемую и заменяемую по необходимости часть - реакционную камеру 3), обработку среды электромагнитным полем и последующее флотационное разделение продуктов переработки, при этом в качестве перерабатываемой среды используют водные растворы с механическими примесями магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов, которые перед подачей в пространство рабочей камеры 2 индуктора 1 переводят в состояние режима кавитации путем создания перепада давления не менее 3 атм. Соответственно, как и в первом варианте способа, в рабочую среду перед ее переводом в режим кавитации можно вводить реагенты, а в продукты переработки перед их флотационным разделением можно вводить флокулянты или коагулянты.

Проанализируем существенные признаки изобретений.

Особенностью первого и второго вариантов способа активации процессов является то, что перед подачей в пространство рабочей камеры индуктора перерабатываемой среды, последнюю переводят в состояние режима кавитации.

Настоящее состояние может быть достигнуто путем создания перепада давления перерабатываемой среды на входе в реакционную камеру 3 -0,3 МПа и выше.

После перевода перерабатываемой среды в состояние режима кавитации в реакционной камере 3 индуктора 1 происходит множество электро-газо-импульсных взрывов, обеспечивающих в локальных объемах кавитационных пузырьков давление до 1000 мПа. При этом происходят разнообразные физико-химические и механо-физические процессы.

Образуется короткая жесткая ударная волна (1-50 мкс), в результате действия которой при указанном выше импульсном давлении растворимость озоносодержащего воздуха возрастает более чем в 30 раз. Происходит выделение из водного потока механических частиц дисперсностью меньше 0,2 мкм, которые становится центрами кристаллизации, при этом возникает акустическая волна.

В растворе, в котором образовалась акустическая волна, резко усиливаются окислительно-восстановительные процессы. Соответствующие реакции возникают вследствие расщепления молекулы воды в кавитационной полости на радикалы Н⁺ и ОН- и озон О₃, которые после схлопывания газовых пузырьков переходят в раствор и реагируют с растворенными в жидкотекучей перерабатываемой среде веществами.

При росте температуры под воздействием плазменных разрядов происходит пробой газовых включений и сжигание (окисление) органических загрязнителей перерабатываемой среды.

В процессе распада озона образуется окислительный агент, при воздействии которого в перерабатываемой среде активно проходят окислительно-восстановительные реакции и происходит ее обеззараживание.

Высокая напряженность электромагнитного поля, которая создается в жидкости перерабатываемой среды, поляризует микрофлору и разрывает поляризованные объекты и клетки на частицы и, таким образом, действует как мощный обеззараживающий фактор. Измельченные до 10^-9 мк твердые частицы различных веществ легко подвергаются флотации по молекулярным весам.

Таким образом, инициализация состояния кавитации является мощной подготовкой перерабатываемой среды для следующей стадии - обработки электромагнитным полем. При этом следует отметить, что режим кавитации можно инициировать задолго перед подачей перерабатываемой среды (например, токсичных отходов) в пространство реакционной камеры 3 индуктора 1. При этом будет достигнут положительный эффект в части активации некоторых физико-химических процессов, но по мере движения перерабатываемой среды эти процессы не будут продолжены и по большей части произойдет конверсия полученных соединений обратно в исходное токсичное состояние.

Также режим кавитации можно инициировать непосредственно в реакционной камере 3, где уже происходит обработка электромагнитным полем. В этом случае физико-химические процессы в перерабатываемой среде благодаря одновременности протекания и разности их природы неоднократно будут переводить продукты из исходного токсичного состояния в экологически безопасное и наоборот. На выходе из реакционной камеры будет получен недостаточно чистый и экологически безопасный продукт.

Наиболее правильным будет инициализация режима кавитации перед подачей в пространство рабочей камеры 3 индуктора 1. В этом случае начатые в результате кавитации физико-химические процессы получают логическое завершение в реакционной камере 3. Появляется возможность увеличить расход перерабатываемой среды при одновременном достижении полного перевода токсичных составляющих в экологически безопасную форму для последующего флотационного разделения.

Следует отметить, что перепад давления перерабатываемой среды на входе в реакционную камеру 3 меньший 0,3 МПа не способен вызвать кавитационные процессы в полной мере, т.е. в полном объеме потока среды, а перепады значительно большие 0,3 МПа требуют использования специального оборудования, рассчитанного на высокие давления. Оптимальным принято считать перепад давлений, лежащий в пределах от 0,3 до 0,63 МПа.

Особенностью первого варианта способа активации процессов является то, что предварительно переведенная в режим кавитации жидкотекучая перерабатываемая среда поступает в пространство рабочей камеры 2 индуктора 1 вращающегося электромагнитного поля, снабженной рабочими телами 4 в виде ферромагнитных частиц, например, иголок. Перерабатываемая среда получает мощное воздействие не только электромагнитным полем, также происходит принудительное механическое перемешивание среды вращающимися ферромагнитными частицами и последующее флотационное разделение продуктов переработки. Это позволяет перерабатывать практически любые отходы, главное, чтобы они имели жидкотекучее состояние или были переведены в него.

Например, при нейтрализации и очистке промышленных вод, зол уноса ТЭЦ, ГРЭС, террикоников, шламов и т.д., имеющих в своем составе соли тяжелых металлов, было установлено, что в рабочей камере 2 установки (индуктора 1) объединяют сразу две операции, например, окисление шестивалентного хрома Cr⁶⁺ до трехвалентного Cr³⁺, и выделение всех тяжелых металлов из раствора в виде гидроокисей. Это явление объясняется тем, что наряду с быстрым и хорошим перемешиванием образуется некоторое количество гидроксил-ионов и частиц коллоидного железа за счет разрушения ферромагнитных частиц (иголок). Железо в таком виде является дополнительным восстановителем для шестивалентного хрома Cr⁶⁺.

При утилизации послеспиртовой барды, которая представляет собой белково-витаминный продукт с содержанием сухих веществ, например, 8-16%, представленных в виде твердых частиц (дробины), коллоидного раствора белков и раствора минеральных солей, было установлено, что для полного выделения сухих веществ одного принудительного механического перемешивания среды вращающимися ферромагнитными частицами недостаточно - благодаря сильному механическому воздействию продукт переработки получается более однородный по дисперсному составу, но в составе жидкости остается достаточно большое количество растворенных белков, не поддающихся флотационному разделению. Перевод раствора барды в состояние режима кавитации перед подачей в реакционную камеру 3 эту проблему решает - пройдя обе ступени активации, раствор легко поддается флотационному разделению.

Особенностью второго варианта способа активации процессов является то, что режим кавитации сам по себе позволяет активизировать физико-химические и механо-физические процессы в перерабатываемой среде, в частности, в растворах солей магнитопроводящих металлов выделяются и укрупняются частицы металлов, которые ведут себя в электромагнитном поле как самостоятельные рабочие тела 4 (подобно иголкам, гвоздям, спицам, стержням и пр.). То же самое относится и к водным растворам с механическими примесями магнитных материалов. В этом случае отпадает надобность в штатных рабочих телах 4 в виде отдельных расходуемых ферромагнитных частиц. Это существенно упрощает способ активации процессов при сохранении всех качественных показателей продуктов переработки. Единственные ограничения - в качестве перерабатываемой среды используют водные растворы с механическими примесями магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов. Таким образом, без предварительного введения перерабатываемой среды в режим кавитации настоящий способ - неработоспособен.

Например, при нейтрализации и очистке вышеупомянутых для первого варианта способа промышленные воды, шламы и т.д., имеют в своем составе магнитные материалы и растворы солей тяжелых, в том числе, магнитопроводяших металлов. Этого достаточно, чтобы запустить процессы активации в перерабатываемых средах. Продукты, получающиеся в результате кавитационных процессов являются в этом случае источником гидроксил-ионов и частиц коллоидного железа, правда, не столь явным, как в случае с интенсивно изнашиваемыми иголками в первом варианте способа активации. Тем не менее этого количества восстановителя достаточно, например, для прохождения тех же процессов окисления солей тяжелых металлов и выделение их из раствора в виде гидроокисей.

В случае с активацией процессов в послеспиртовой барде второй вариант способа неприемлем, поскольку обработка электромагнитным полем не приводит к принудительному механическому перемешиванию потока барды, а режим кавитации не способен в полной мере подготовить продукт к флотационному разделению.

В обоих вариантах реализации способов в перерабатываемую рабочую среду перед ее переводом в режим кавитации можно ввести реагенты, способствующие интенсификации физико-химических процессов, а в продукты переработки перед их флотационным разделением ввести флокулянты или коагулянты, способствующие интенсификации механо-физических процессов.

На выходе с заключительной стадии обоих процессов получают компоненты, переведенные в наиболее устойчивую, а значит, экологически чистую химическую форму.

Для реализации способов активации процессов использованы соответствующие устройства, особенностью которых является то, что на входе в реакционную камеру 3 на патрубке 6 подвода перерабатываемой среды установлен кавитатор 8, выполненный в виде форсунки с возможностью обеспечения перепада давления на ее входе 9 и выходе 10 не менее 0,3 МПа.

Электромагнитный активатор процессов по первому варианту устройства имеет реакционную камеру 3 в виде трубы с рабочими телами 4 в виде ферромагнитных частиц с отражателями рабочих тел 5, установленными по краям реакционной камеры 3. Помимо режима кавитации в данном устройстве перерабатываемая среда получает мощное воздействие электромагнитным полем, а также принудительное механическое перемешивание вращающимися ферромагнитными частицами, что позволяет обеспечить последующее флотационное разделение продуктов переработки. Как упоминалось выше, это позволяет перерабатывать практически любые отходы, главное, чтобы они имели жидкотекучее состояние или были переведены в него.

Электромагнитный активатор процессов по второму варианту устройства имеет более простую конструкцию по сравнению с первым вариантом устройства - там нет штатных рабочих тел 4 в виде самостоятельных ферромагнитных частиц с их отражателями 5, установленными по краям реакционной камеры 3, и ловушек 13 ферромагнитных частиц (тем не менее при необходимости первый вариант устройства может быть легко переоборудован для реализации второго варианта способа - см. фиг.3).

Единственная особенность настоящего активатора - это качественный состав перерабатываемой среды, в качестве которой используют водные растворы с механическими примесями магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов. При отсутствии кавитатора 8 на входе в реакционную камеру 3 настоящее устройство - неработоспособно.

Реализацию изобретений рассмотрим на следующих характерных примерах.

Пример 1. Очистка жидкотекучих шламов (или промышленных вод) с обработкой их потока ферромагнитными частицами.

Химический состав настоящих отходов - это смеси солей тяжелых металлов, включая соединения шестивалентного хрома Cr⁶⁺. Соединения металлов представлены в виде высокотоксичных и, к тому же, канцерогенных растворов солей.

В отходы добавляют реагент - 10% раствор известкового молока и хлорное железо для перевода шестивалентного хрома Cr⁶⁺ в трехвалентный Cr³⁺ и через патрубок 6 подвода вводят в электромагнитный активатор процессов. Рабочая среда, пройдя форсунку (кавитатор 8) с перепадом давления в 0,35 МПа, входит в режим кавитации и поступает в реакционную камеру 3, снабженную рабочими телами 4 в виде ферромагнитных частиц (например, иголок), и по краям которой установленны отражатели 5. Вращающееся электромагнитное поле вращает ферромагнитные частицы, которые дополнительно к режиму кавитации активизируют физико-химические и механо-физические процессы в отходах. Часть ферромагнитных частиц от соударений друг о друга пытается покинуть пространство реакционной камеры, но ударяется о сетчатые отражатели 5 и возвращается в реакционную камеру 3, а те, которые случайно покинули ее пределы, попадают в специальные ловушки 13 по обе стороны от реакционной камеры 3. Регулировкой давления жидкотекучих отходов добиваются их нужного расхода, а следовательно, и производительности активатора.

По выходе из реакционной камеры 3 активированные и обезвреженные продукты переработки обрабатываются флокулянтами или коагулянтами, например гидрооксихлоридом алюминия и др., что позволяет более качественно разделить нейтрализованные соединение металлов по молекулярным весам, например, методом флотации.

После активации процессов смеси солей тяжелых металлов переходят в экологически безопасные гидроокиси.

Пример 2. Очистка жидкотекучих шахтных вод с обработкой электромагнитным полем индуктора.

Химический состав настоящих отходов - это соли кобальта, меди, кадмия и т.д. Соединения металлов представлены в виде растворов солей.

В настоящие отходы реагент можно не добавлять (в крайнем случае - добавляют известь) и через патрубок 6 подвода отходы вводят в электромагнитный активатор процессов. Настоящая рабочая среда, пройдя форсунку (кавитатор 8) с перепадом давления в 0,35 МПа, входит в режим кавитации, происходит выделение частиц свободных металлов, и таким образом подготовленная среда поступает в реакционную камеру 3, представляющую собой открытый, т.е. свободный от отражателей 5 и рабочих тел 4 канал. Образовавшиеся в результате процессов кавитации частицы магнитных материалов начинают вращаться в электромагнитном поле, и по мере движения вдоль канала реакционной камеры 3 скорость их вращения достигает максимальных значений. Этих двух процессов достаточно для активации физико-химических и механо-физических процессов в перерабатываемых отходах. Регулировкой давления жидкотекучих отходов добиваются их нужного расхода.

По выходе из реакционной камеры 3 активированные и обезвреженные продукты переработки, как и в первом Примере, обрабатываются флокулянтами или коагулянтами, например тем же гидрооксихлоридом алюминия или ауратом-8 и т.д., что позволяет более качественно разделить нейтрализованные соединение металлов по молекулярным весам, например, методом флотации.

После активации процессов шахтные воды приобретают вид безопасных гидроокисей и чистой воды.

Пример 3. Подготовка питьевой воды.

Подземный водозабор поставляет в населенный пункт воду, содержащую Fe₃O₄ (магнетит) и соли тяжелых металлов (медь, цинк, кобальт, свинец и т.д.).

Настоящую воду пропускают через электромагнитный активатор процессов, аналогичный описанному в Примере 1 (т.е. с кавитатором 8 и иголками в качестве рабочих тел 4). Происходит разделение воды на компоненты и ее обеззараживание. По выходе из реакционной камеры 3 Fe₃O₄ переходит в Fe₂O₃, который выпадает в осадок вместе с гидроокисями тяжелых металлов. Далее активированная, обезвреженная и структурированная вода, доведенная до уровня питьевой, попадает в накопительную емкость. После этого ее насосами подают в напорную башню и оттуда - потребителям.

Аналогичным образом активируют процессы и в других перерабатываемых средах (перерабатываемых отходах).

В результате реализации изобретений были созданы очередные способы активации физико-химических и механо-физических процессов в жидкотекучих перерабатываемых средах и, соответственно оборудование для их осуществления, повысилось качество продуктов переработки, стабилизировался химический состав и произошло более полное разделение продуктов по физическим свойствам. Кроме этого за счет исключения промежуточных рабочих тел в виде ферромагнитных частиц появилась возможность упростить один из способов активации процессов и конструкцию устройства для его осуществления.

Изобретения относятся к области промышленной переработки отходов, утилизация которых затруднена из-за высокой стабильности их физико-химических свойств, и могут быть использованы, в частности, при утилизации шламовых вод, шламов доменных, гальванических и других производств, при очистке бытовых сточных вод, иловых полей, золоуносов ТЭЦ, ГРЭС, террикоников и т.д., а также для разделения нейтрализованных соединений металлов по молекулярным весам. В первом варианте способа перед подачей в пространство рабочей камеры индуктора перерабатываемой среды, последнюю переводят в состояние режима кавитации путем создания перепада давления не менее 0,3 МПа. Во втором варианте способа в качестве перерабатываемой среды используют водные растворы с механическими примесями магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов, которые перед подачей в пространство рабочей камеры индуктора также переводят в состояние режима кавитации путем создания перепада давления не менее 0,3 МПа. В первом варианте электромагнитного активатора процессов, содержащем индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий рабочую камеру в виде осевого канала, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы с рабочими телами в виде ферромагнитных частиц, с отражателями рабочих тел, установленными по краям реакционной камеры, которая в свою очередь соединена с патрубками подвода жидкотекучей перерабатываемой среды и отвода продуктов переработки. Во втором варианте активатора, содержащем индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий рабочую камеру в виде осевого канала, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, соединенной с патрубком подвода жидкотекучей перерабатываемой среды, включающей механические примеси магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов, и патрубком отвода продуктов переработки. В обоих вариантах активатора на входе в реакционную камеру на патрубке подвода перерабатываемой среды установлен кавитатор, выполненный в виде форсунки с возможностью обеспечения перепада давления на ее входе и выходе не менее 0,3 МПа. Технический результат - повышение качества продуктов переработки, их стабилизация по химическому составу и более полное разделение по физическим свойствам. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

1. Способ активации процессов, включающий подачу жидкотекучей перерабатываемой среды в пространство рабочей камеры индуктора вращающегося электромагнитного поля, снабженную рабочими телами в виде ферромагнитных частиц, обработку среды электромагнитным полем с принудительным механическим перемешиванием и последующее флотационное разделение продуктов переработки, отличающийся тем, что перед подачей в пространство рабочей камеры индуктора перерабатываемой среды, последнюю переводят в состояние режима кавитации путем создания перепада давления не менее 0,3 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в рабочую среду перед ее переводом в режим кавитации вводят реагенты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в продукты переработки перед их флотационным разделением вводят флокулянты или коагулянты.

4. Способ активации процессов, включающий подачу жидкотекучей перерабатываемой среды в пространство рабочей камеры индуктора вращающегося электромагнитного поля, обработку среды электромагнитным полем и последующее флотационное разделение продуктов переработки, при этом в качестве перерабатываемой среды используют водные растворы с механическими примесями магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов, которые перед подачей в пространство рабочей камеры индуктора переводят в состояние режима кавитации путем создания перепада давления не менее 0,3 МПа.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в рабочую среду перед ее переводом в режим кавитации вводят реагенты.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что в продукты переработки перед их флотационным разделением вводят флокулянты или коагулянты.

7. Электромагнитный активатор процессов, содержащий индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий рабочую камеру в виде осевого канала, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы с рабочими телами в виде ферромагнитных частиц, с отражателями рабочих тел, установленными по краям реакционной камеры, которая в свою очередь соединена с патрубками подвода жидкотекучей перерабатываемой среды и отвода продуктов переработки, отличающийся тем, что на входе в реакционную камеру на патрубке подвода перерабатываемой среды установлен кавитатор, выполненный в виде форсунки с возможностью обеспечения перепада давления на ее входе и выходе не менее 0,3 МПа.

8. Активатор процессов по п.7, отличающийся тем, что патрубок подвода перерабатываемой среды включает узел подвода реагентов, установленный перед кавитатором.

9. Активатор процессов по п.7, отличающийся тем, что патрубок отвода продуктов переработки среды включает узел подвода флокулянтов или коагулянтов, установленный на выходе из реакционной камеры.

10. Электромагнитный активатор процессов, содержащий индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий рабочую камеру в виде осевого канала, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, соединенной с патрубком подвода жидкотекучей перерабатываемой среды, включающей механические примеси магнитных материалов и/или растворы солей магнитопроводящих металлов, и патрубком отвода продуктов переработки, при этом на входе в реакционную камеру на патрубке подвода перерабатываемой среды установлен кавитатор, выполненный в виде форсунки с возможностью обеспечения перепада давления на ее входе и выходе не менее 0,3 МПа.

11. Активатор процессов по п.10, отличающийся тем, что патрубок подвода перерабатываемой среды включает узел подвода реагентов, установленный перед кавитатором.

12. Активатор процессов по п.10, отличающийся тем, что патрубок отвода продуктов переработки среды включает узел подвода флокулянтов или коагулянтов, установленный на выходе из реакционной камеры.