Устройство для кристаллизации веществ в жидкости Советский патент 1993 года по МПК C02F1/48 B01D9/00 

Изобретение относится к перерабатывающей промышленности, и может быть ис- пользовано в технологиях разделения жидких сред, сгущения растворов и получения из них веществ, а также для очистки жидкости от растворенных веществ.

Целью изобретения является увеличение удельной производительности устройства.

Схема устройства изображена на чертеже, вид сбоку в разрезе.

Устройство для кристаллизации веществ в жидкости содержит корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3, с патрубками 4, 5, 6, 7 для подачи очищаемой жидкости, отвода кристаллических веществ, очищенной жидкости и воздуха соответственно, электрическую обмотку 8, установленную коаксиально на корпусе 1, и соединенную с источником 9 импульсов тока. Размещенные коаксиально в корпусе 1 электропроводные обечайки 10, 11, 12 разделителя жидкости и концентратор 13 веществ, установленные с рабочими зазорами между ними и корпусом, а также кристаллизатор 14 с патрубком 5 для отвода веществ, закрепленный соосно на днище 3.

Электропроводные обечайки 10, 11, 12 выполнены каждая в виде набора конических колец, соединенных между собой попарно одноименными основаниями, и установленных по высоте корпуса 1 вдоль его оси, при этом между основаниями колец выполнена перфорация, а крайние кольца обечаек 10,11,12 соединены с электропроводными кольцами 15, 16, 17, 18, 19, 20 концентраторов магнитного потока соответственно.

Внутренние поверхности корпуса 1, колец обечаек 10, 11, 12, а также колец 15, 16, 17, 18, 19, 20 снабжены электрической изоляцией.

Корпус 1 изготовлен из электропроводного материала в виде цилиндрической обечайки,

Крышка 2 и днище 3 изготовлены из диэлектрического материала.

Концентратор 13 веществ выполнен в виде конического стержня электропроводного материала, и установлен соосно в корпусе 1 между крышкой 2, днищем 3, и направлен вершиной конуса в сторону кристаллизатора 14с патрубком 5 для отвода веществ.

со

00

Iго

00 00 4 00

В качестве источника 9 импульсов тока используют сеть переменного тока.

Вещества растворенные в жидкости подают через патрубок 4 в корпус 1. Жидкость проходит через перфорацию в обечайках 10, 11, 12, вытесняет воздух через патрубок 7 и заполняет полости в корпусе 1.

Электрическую обмотку 8 подключают к источнику 9, и пропускают в ней переменный электрический ток, создавая в обмотке переменный магнитный поток.

В соответствии с Законом электромагнитной индукции магнитный поток обмотки 8 возбуждает токи взаимоиндукции в корпусе 1, в обечайках 10, 11, 12 разделителя жидкости с кольцами 15, 16, 17, 18, 19, 20 концентратора магнитного потока, и в обечайке 13 концентратора частиц, а также в жидкости, находящейся в рабочих зазорах между электропроводными контурами обечаек.

При этом электрические токи в жидкости направлены параллельно с токами протекающими в охватываемых жидкостью обечайках, и направлены антипараллельно токам протекающим в обечайках и в корпусе 1, охватывающих жидкость.

В соответствии с правилом Ленца на заряженные ионы веществ действуют силы Лоренца, притягивающие ионы веществ к параллельным токам и отталкивающие их от антипараллельных токов.

Под действием сил Лоренца ионы веществ дрейфуют в жидкости к центральной оси корпуса 1, сепарируются через перфорацию в усеченных вершинах колец обечаек 10, 11, 12 и концентрируются на поверхности обечайки 13, откуда стекают в кристаллизатор 14 частиц и отводятся через патрубок 5 в концентрированном растворе. Очищенная жидкость выжимается через перфорацию в широких основаниях колец обечаек 10, 11, 12, и отводится через патрубок 6 с боковой поверхности корпуса 1.

Пример выполнения.

Корпус 1 устройства изготовлен из бронзы в виде цилиндрической обечайки наружным диаметром 2,6-10 м, внутренним диаметром 2-10 м, высотой 3-10 м, поперечного сечения полости

площадью

3,1 -10 м2. Корпус 1 обладает полным электрическим сопротивлением для

кольцевых токов промышленности частоты 50 гц. С внутренней стороны он покрыт диэлектрической пленкой толщиной 5-10 м (на черт, не показ.).

Крышка 2 изготовлена из диэлектрического материала (оргстекло) в виде диска диаметром 2, м, толщиной 2 -10 м, и

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

закреплена герметично на верхнем торце корпуса 1.

Днище 3 изготовлено из диэлектрического материала (оргстекло) в виде диска диаметром 2,6- м, толщиной 2 10 м, и закреплено герметично на нижнем торце корпуса 1.

Корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3 образуют емкость объемом 9 -10 м3.

Патрубок 4 диаметром 2 м для подачи очищаемой жидкости закреплен на крышке 2 и направлен в полость корпуса 1.

Кристаллизатор 14 веществ диаметром 8 м, высотой 1,6 м с патрубком 5 для отвода кристаллических веществ закреплен на днище 3 соосно с корпусом 1.

Патрубок 6 диаметром 2 м для отвода очищенной жидкости выполнен в нижней части корпуса 1 на расстоянии 3- м от его нижнего торца и направлен в полость корпуса, образованную обечайкой 10с боковой стенкой корпуса.

Патрубок 7 диаметром 8 м для отвода воздуха в очищенной жидкости закреплен на крышке 2 на расстоянии 9,5- м от центра крышки.

Электрическая обмотка 8 выполнена на катушке внутренним диаметром 2,610 м, высотой 1,5 м, площадью поперечного сечения отверстия обмотки 5,3 10 м , намотана медным проводом в лаковой изоляции, содержит витков. Обмотка 8 обладает полным электрическим сопротивлением Ома для тока промышленной частоты 50 Гц. Обмотка 8 закреплена коак- сиально на корпусе 1, в средней его части, и соединена с источником 9 импульсов тока.

В качестве источника 9 импульсов тока используют электрическую сеть переменного тока промышленной частоты 50 Гц, напряжением - В, силой тока А, мощностью ,2 кВт.

Обечайка 10 изготовлена из листовой меди в виде соосного набора конических колец, соединенных между собой попарно одноименными основаниями, при этом кольца покрыты диэлектрической пленкой с внутренней стороны, а по периметрам оснований колец выполнена перфорация,

Диаметр обечайки 10 в широких основаниях колец 1,8 -10 м, в усеченных вершинах колец-10 1 м, каждое кольцо обечайки 10 имеет высоту 2-10 м. Всего в обечайке 10 содержится тринадцать конических колец, которые по концам обечайки соединены с кольцами 15 и 16 концентратора магнитного потока, выполненными из меди.

Обечайка 10 совместно с кольцами 15 и 16 имеет общую высоту 3 10 м, установлены коаксиально в корпусе 1 с рабочими зазорами с его боковой стенкой. Обечайка 10 с кольцами 15 и 16 обладает полным электрическим сопротивлением -10 Ом для кольцевых токов промышленной частоты.

Обечайка 11 изготовлена из листовой меди в виде соосного набора конических колец, соединенных между собой попарно одноименными основаниями, при этом кольца покрыты диэлектрической пленкой с внутренней стороны, а по периметрам оснований колец выполнена перфорация. Диаметр колец в широких основаниях 1,6 Ю м, в усеченных вершинах м, высота 2 м. Крайние кольца обечайки 11 соединены с кольцами 17 и 18 концентратора магнитного потока, выполненными из меди. Тринадцать конических колец обечайки 11 с кольцами 17 и 18 образуют единый электропроводный контур высотой м, который установлен коаксиально в корпусе 1 и в обечайке 3 м, который установлен коаксиально в корпусе 1 и в обечайке 10 с рабочими зазорами м с обечайкой 10. Обечайка 11 с кольцами 17 и 18 обладает полным электрическим сопротивлением ,5 -10 Ом для кольцевых токов пром.частоты.

Обечайка 12 изготовлена из листовой меди в виде соосного набора конических колец, соединенных между собой попарно одноименными основаниями, при этом кольца покрыты диэлектрической пленкой с внутренней стороны, а по периметрам оснований колец выполнена перфорация. Кольца обечайки 12 имеют диаметр 1,4-10 м в широких основаниях, диаметр м в усеченных вершинах, высоту 2 1Q м. Крайние кольца обечайки 12 соединены с кольцами 19 и 20 концентратора магнитного потока, выполненными из меди. Тринадцать конических колец обечайки 12 совместно с кольцами 19 и 20 образуют единый электропроводный контур высотой 3 м, который установлен коаксиально в корпусе 1 и обечайке 11 с раббчим зазором 10 м с обечайкой 11.

Обечайка 12с кольцами 19 и 20 облада

ет полным электрическим сопротивлением ,1 Ом для кольцевых токов про- мышленной частоты.

Концентратор 13 веществ изготовлен из меди в виде конического стержня диаметром 5,8 м в широкой части, длиной 3 м, который закреплен широким осно- ванием коаксиально в кольце 19 концентратора магнитного потока, размещен сооснс в корпусе 1 и коаксиально в обечайке 12 с рабочими зазорами, и направлен вершиной

5

0

5

конуса в сторону днища 3 с кристаллизатором 14 частиц.

Обечайка концентратора 13 обладает полным электрическим сопротивлением

Ом, для кольцевых токов промышленной частоты.

Кольца 15, 17, 19, а также 16, 18, 20 электрически изолированы друг от друга, от корпуса 1 и от обечайки концентратора 13

0 веществ.

Кристаллизацию веществ в жидкости осуществляют следующим образом.

Вещества растворенные в жидкости (водный раствор калийной соли) с концент5 рацией 120 г/л соли подают через патрубок 4 в корпус 1 с расходом 0,1 л/с (360 л/час). Жидкость проходит через перфорацию в обечайках 10, 11, 12, вытесняет воздух через патрубок 7 и заполняет полости в кор0 пусе 1.

Электрическую обмотку 8 подключают к источнику 9 и пропускают в ней переменный электрический ток силой А пром.частоты 50 Гц.

5 Электрический ток в обмотке 8 создает переменный магнитный поток ,8 Вб и ЭДС индукции ,6 В. Последняя возбуждает в корпусе 1 кольцевые индукционные токи 1,2 104 А с переменным магнит0 ным потоком ,5 Вб.

Магнитный поток ,5 Вб наводит ЭДС индукции и возбуждает индукционные токи ,5 -104 А в обечайке 10 и кольцах 15 и 16 с магнитным потоком

5 ,4 Вб, а также возбуждает индукционные токи ,5 А в жидкости, расположенной между корпусом 1 и обеч. 10.

Магнитный поток Фю 1,4 Вб на- водит ЭДС индукции и возбуждает индукционные токи 104 А в обечайке 11 и кольцах 17 и 18, с магнитным потоком Ф11 1,3 Вб, а также возбуждает индук- ционные токи ,15 А в жидкости расположенной в зазоре между обечайками 10 и 11.

Магнитный поток Фп 1,3- Вб наводит ЭДС индукции и возбуждает индукционные токи ,6 10 А в обечайке 12 и кольцах 19 и 20, с магнитным потоком ,2 Вб, а также возбуждает индукционные токи ,16 А в жидкости, расположенной в зазоре между обечайками 11 и 12.

Магнитный поток Ф|2 1,2 -10 Вб наводит ЭДС индукции и возбуждает индукци- онные токи Из 5-104 А в обечайке 13 концентратора веществ с магнитным потоком Фтз 6 Вб, а также возбуждает

токи А в жидкости расположенной в зазоре между обечайками 12 и 13.

В соответствии с Законом электромагнитной индукции электрические токи взаимоиндукции протекают антипараллельно возбуждающими их токам.

В предложенном устройстве токи ю, 1ж1 протекают антипараллельно возбуждающим их токам ж в корпусе 1, токи 1ц, Ж2 протекают антипараллельно возбуждающим их токам ho, протекающим в обечайке 10, токи Ii2.1жЗ протекают антипараллельно возбуждающим их токам In, протекающим в обечайке 11, токи 112,1ж1 протекают антипараллельно возбуждающим их токам Ii2, протекающим в обечайке 12. В то же время

ТОКИ Но И 1Ж1, Hi И 1Ж2, 112 И 1Ж3, Из И 1ж4

протекают параллельно друг другу соотв.

Согласно известному правилу Ленца антипараллельные токи взаимно отталкиваются, а параллельные токи протягиваются друг к другу силами Лоренца

о Ц

11 12 I 2яг

где fi0 4 -3,14 -10 7-магнитная проницаемость вакуума,

ц (Гн/м) - магнитная проницаемость среды,

И, te (А) - сила взаимодействующих токов,

Р (м) - длина взаимодействующих токов,

г (м) - расстояние между взаимодействующими токами.

Силы Лоренца действуют на электрически заряженные частицы, создающие токи в проводнике, и не действуют на электрически нейтральные частицы среды. В жидком проводнике второго рода силы Лоренца действуют на положительно и отрицательно заряженные ионы растворенных веществ в одном направлении. В описанном устройстве они направлены центростремительно от поверхности контуров корпуса 1 и обечаек 10, 11, 12, охватывающих жидкость и направлены к поверхности обечаек 10,11, 12, 13 в жидкости охватывающей данные обечайки.

При этом на ионы растворенных веществ в жидкости действуют суммарные силы Лоренца - ,4 Ньютона.

Под действием полученных сил Лоренца ионы растворенных веществ дрейфуют в жидкости от периферии к центральной оси корпуса 1, сепарируются через перфорацию

обечаек 10,11,12, расположенную в усеченных вершинах колец обечаек, и концентрируются на поверхности обечайки 13 концентратора веществ до концентрации

превышающей предел растворимости калийной соли в воде. При этом происходит кристаллизация растворенной соли в жидкости, кристаллы калийной соли стекают в кристаллизатор 14, откуда их отводят через

патрубок 5 в растворе.

Нейтральные молекулы воды, на которые силы Лоренца не действуют, через перфорацию обечаек 10,11,12, расположенную в широких основаниях колец обечаек, выдавливаются за пределы обечаек и собираются в кольцевой полости между обечайкой 10 и боковой стенкой корпуса 1, откуда через патрубок 6 отводят очищенную воду. При заданном режиме работы устройства через патрубок 5 отводят 42 кг/час калийной соли в насыщенном растворе объемом 60 л/час.

Через патрубок 6 отводят очищенную воду с расходом 300 л/час, с остаточным

содержанием в ней 4 г/л растворенной соли.

Удельная производительность устройства увеличена за счет выполнения обечаек в виде набора конических колец, соединенных между собой попарно одноименными основаниями, и выполнении перфорации по периметрам оснований колец. Это упорядочивает сепарацию веществ и уменьшает перемешивающие потоки жидкости.

Формула изобретения Устройство для кристаллизации веществ в жидкости, содержащее корпус с крышкой, днищем и патрубками для подачи

очищаемой жидкости и отвода очищенной жидкости и кристаллических веществ, электрическую обмотку, установленную коакси- ально на корпусе и соединенную с источником импульсов тока, а также набор

перфорированных обечаек из электропроводного материала, установленных коакси- ально в корпусе с образованием рабочих зазоров между ними и снабженных электрической изоляцией с одной стороны, о т л и чающееся тем, что, с целью увеличения удельной производительности, обечайки выполнены каждая в виде набора конических колец, соединенных между собой попарно одноименными основаниями и

установленных по высоте корпуса вдоль его оси, при этом перфорация выполнена по периметрам оснований колец.

М я Л

/5

16 18

9

3

Использование: технологии разделения жидких сред, в частности, для очистки жидкости от растворенных веществ. Сущность изобретения: в корпусе с зазором к его стенкам установлены обечайки. Каждая обечайка выполнена в виде набора конических колец, соединенных между собой попарно одноименными основаниями и установленных по высоте корпуса вдоль его оси. По периметрам оснований колец выполнена перфорация. 1 ил.