Способ магнитной обработки воды Советский патент 1990 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 C02F103/34 

(21)4415218/31-26

(22)25.01.88

(46) 23. 11 .90. Бюл. f 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 № 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 накипообра- зования в теплообменном обрудовании, 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 , О,1 мг/л. 2 ил.

концентрация 6,03

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^-8-10^-5 м, концентрация 0,03-0,1 мг/л. 2 ил.

Изобретение 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 образом.

Воду обогащают полидисперсными ферромагнитными частицами до опредеI

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

Пример. Определяют концентрацию ферромагнетиков в коде. При С «i 0,03 мг/л в воду перед ее поступлением в магнитный аппарат обогащают полидисперсными ферромагнитными частицами размером до концентрации 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 из воды, не обогащенной ферромагнетиками.

05

о

00

00 СП

3t

При С 0,03-0,06 мг/л в магнитно аппарате 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 измене- ния L 360-5 мм. Однако при С 0,06-0,1 мг/л длину воздействия магнитного поля целесообразно принят 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 сравнению с изготовлением магнитного аппарата, рассчитанного на большую длину воздействия магнитного поля, то целесообразен вариант С 0,06-0,1 мг/л и L ,20-5 мм. Если экономические соображения диктуют обратное, то приемлемым будет вариант: ,,03-0з0 6 мг/л и L 360-180 мм.

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

На фиг. 1 приведены результаты исследований зависимости эффективности противонакипной магнитной обработки воды CjJ от С при 1 5 мм (1), L 20 мм (2), L - 90 мм (3) и L 180 мм (4). Исследования проводились на экспериментальной многосекционной установке проточного типа Эффективность Ср определялась, как. относительное изменение массы накипи на поверхностях теплообмена бе:з и с магнитной обработкой.

Как видно из фиг, 1, при С 0,06-1 мг/л эффективность :практ:л- чески не зависит от L, а при С 0,03-0,06 мг/л с увеличением L эффективность возрастает, достигая при L 180 мм практически та . го же значения , как и при С 0,06-0,1 мг/л. Это обегоятельст во позволяет варьировать материал Кость магнитного аппарата в зависимости от концентрации ферромагнетиков, добавляемых в воду, подлежа- ш,уга магнитной обработке, С другой- стороны, в технической зоде вследствие коррозии оборудования концентрация ферромагнетиков может превышать 0,03 мг/л, поэтому для такой воды

5

0

81

JQ

S

35А

шовышение эффективности (|; можно дос-, тигнуть увеличением только L до 180--360 мм без введения в воду ферромагнетиков.

Зависимость эффективности С от L при различных,С объясняется следующим. Известно, что центром кристаллизации накипеобразующих солей при нагреве воды в теплообменнике являются клас- теризуюшлеся под действием магнитного поля 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 пересьнцения воды по накипеобразуюш;им солям требуется большая длина воздействия магнитного поля L 380-360 мм, При С 0,06-0,1 мг/л кластеризация идет стодь быстро, что для достижения предельного эффекта достаточно активной длины .1агнитного поля L 5-20 мм.

0

5

0

5

8

Выбор диапазона размеров полидисперсных частиц ферромагнетиков от 10 до 10 м обусловлен следуюшим. Минимальный размер ферромагнитной частицы, например магнетика, обладающей магнитным моментом, соответствует размеру /хх , т.е. нижнему пределу выбранного диапазона размеров частиц ферромагнетиков, вводимых в воду. Размер , соответствующий верхнему пределу выбранного диапазона размеров ферромагнитных частиц, обусловлен следующими причинами. В рабочем канале магнитного аппарата наилучшие условия для образования зародышей твердой фазы, на которых происходит кристаллизация накипеобразующих солей при нагреве воды, в пристенном слое,. Гидродинамический режим движения воды в пристенных слоях рабочего канала ламинарный, а в зоне магнитной обработки воды важны переходные области от ламинарного релсима течения к турбулентному, поскольку именно в ламинарном пристенном слое ::роцесс укрупнения зародьшшй идет интенсивно 1 а натери-ал для кластеров поставляется из ядра потока за счет поперечной турбулентной диффу- з1-:и. Кроне тог О:, в пристенном слое имеет место концентрация ионов за счет действия сил Лоренца, коагуляция ферромагнитных частиц до критических р;1змеров и частичная кристал51608135

лизация на них в пристенном слое на- кипеобразующих солей.

Практический интерес представляет определение минимального размера ферромагнитных частиц, при введе- НИИ которых в обрабатываемую воду обеспечивается их поступление в пристенные слои рабочего канала соответственно имеющим место в зоне обработ- д ки значениям напряженности магнитного поля Н и Градиента dH/dx.

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

L t Ъ/У„, где L - длина зоны обработки; V и t - скорость поступления и время пребывания частицы в зоне обработки.

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

V 2h/L Vo

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

РЛЛ F, + F,, + F

А )

(1)

где Eg, - сила сопротивления Стокса; Fy - сила, необходимая для придания частице скорости V; F - сила Архимеда. Будем оперировать удельными силами т.е. силами, отнесенными к единице массы. Тогда запишем:

;

(2)

(3) (4)

(5)

|Ы - магнитная постоянная;

д. - удельная магнитная восприимчивость ферромагнитной частицы.

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

1

. р-ро

.(6)

(po XHdH/dx-gip -0)L2 - 2hVo

д

5

0

5

0

5

0

5

0

Подставляя в уравнение (6) значения

|3

р 5ЧО кг/мЗ (магнетит); Од 10 мг/мЗ; Ч 1СГ п.с; -Х 2 х X fP мз/кг; h L 2- VQ м/с; Н dH/dx 10 А/м (принятые значения параметров h, L, Vp, Ни dH/dx применяются в большинстве конструкций магнитных аппаратов), получим, что d .

Таким образом обоснован верхний предел принятого диапазона размеров полидисперсных частиц ферромагнетиков, вводимых в воду, обедненную ферромагнетиками, для повышения эффективности противонакипной обработки. Частицы размером под действием силы непосредственно поступают в пристенные слои. На частицы размером менее 10 м сила оказывает существенного влияния и они поступают в цристенные слои за счет поперечной турбулентной диффузии. Совместное действие двух указанных факторов обуславливает проникновение ферромагнитных частиц в пристенные слои и интенсификацию в последних процессах зародьппе- образования в магнитном поле.

Использование предлагаемого способа магнитной обработки воды обеспечивает по сравнению с известным повьппе- ние экономичности процесса магнитной обработки воды за счет уменьшения концентрации ферромагнетиков, вводимых в воду перед ее поступлением в магнитный аппарат. Формула изобретения

Способ магнитной обработки воды заключающийся в пропускании ее через поперечное магнитное поле, при предварительном введении в нее ферромагнетиков, отличающийся

55 ности и эффективности способа, в качестве ферромагнетиков используют полидисперсные частицы размером 10 - концентрацией 0,03 - .0,1 мг/л.

О 0,03 0,06 0,1

С,мф

Фиг.1

сриг.г