Приложение на магнитни полета за технологични цели

За технологични цели магнитните полета се използват главно за:

• въздействие върху метал и заредени частици,

• намагнитване на вода и водни разтвори,

• въздействие върху биологични обекти.

В първия случай магнитно поле използва се в сепаратори за пречистване на различни хранителни среди от метални феромагнитни примеси и в устройства за отделяне на заредени частици.

Във втория — с цел промяна на физико -химичните свойства на водата.

В третия — да контролира процесите от биологична природа.

В магнитните сепаратори, използващи магнитни системи, феромагнитните примеси (стомана, чугун и др.) Се отделят от насипната маса. Има разделители с постоянни магнити и електромагнити. За изчисляване на повдигащата сила на магнитите се използва приблизителна формула, известна от общия курс на електротехниката.

където Fm е повдигащата сила, N, S е напречното сечение на постоянен магнит или магнитна верига на електромагнит, m2, V е магнитната индукция, T.

Според необходимата стойност на повдигащата сила, необходимата стойност на магнитната индукция се определя, когато се използва електромагнит, силата на намагнитване (Iw):

където I е токът на електромагнита, A, w е броят на завъртанията на бобината на електромагнита, Rm е магнитното съпротивление, равно на

тук lk е дължината на отделни участъци от магнитната верига с постоянно напречно сечение и материал, m, μk е магнитната пропускливост на съответните секции, H / m, Sk е напречното сечение на съответните секции, m2, S е сечението на магнитната верига, m2, B е индукцията, T.

Магнитното съпротивление е постоянно само за немагнитни участъци от веригата. За магнитни секции стойността на RM се намира с помощта на кривите на намагнитване, тъй като тук μ е променлива величина.

Постоянни сепаратори на магнитно поле

Най -простите и икономични сепаратори са с постоянни магнити, тъй като не изискват допълнителна енергия за захранване на намотките. Те се използват например в пекарни за почистване на брашно от феро-примеси. Общата повдигаща сила на магнитофоните в тези сепаратори, като правило, трябва да бъде най-малко 120 N. В магнитно поле брашното трябва да се движи на тънък слой, с дебелина около 6-8 мм, със скорост не повече от 0,5 m / s.

Сепараторите с постоянни магнити също имат значителни недостатъци: тяхната повдигаща сила е малка и отслабва с течение на времето поради стареенето на магнитите. Сепараторите с електромагнити нямат тези недостатъци, тъй като инсталираните в тях електромагнити се захранват от постоянен ток. Тяхната повдигаща сила е много по -висока и може да се регулира от тока на намотките.

На фиг. 1 показва диаграма на електромагнитен сепаратор за насипни примеси. Материалът за отделяне се подава в приемния бункер 1 и се движи по конвейера 2 към задвижващия барабан 3, изработен от немагнитен материал (месинг и др.). Барабан 3 се върти около неподвижен електромагнит DC 4.

Центробежната сила хвърля материала в разтоварващия отвор 5, а феро-примесите под действието на магнитното поле на електромагнита 4 «се придържат» към конвейерната лента и се откъсват от нея едва след като напуснат полето на действие на магнитите , попадащи в разтоварващия отвор за феро-примеси 6. Колкото по-тънък е слоят продукт върху конвейерната лента, толкова по-добро е разделянето.

Магнитните полета могат да се използват за разделяне на заредени частици в дисперсни системи.Това разделение се основава на силите на Лоренц

където Fl е силата, действаща върху заредена частица, N, k е коефициентът на пропорционалност, q е зарядът на частиците, C, v е скоростта на частиците, m / s, N е силата на магнитното поле, A / m, a е ъгълът между векторите на полето и скоростта.

Положително и отрицателно заредените частици, йони се отклоняват в противоположни посоки под действието на силите на Лоренц, освен това частиците с различни скорости също се сортират в магнитно поле в съответствие с величините на техните скорости.

Ориз. 1. Схема на електромагнитен сепаратор за насипни примеси

Устройства за намагнетизиране на водата

Многобройни проучвания, проведени през последните години, показаха възможността за ефективно прилагане на магнитно третиране на водни системи — технически и природни води, разтвори и суспензии.

По време на магнитното третиране на водните системи се случва следното:

• ускоряване на коагулацията — адхезия на твърди частици, суспендирани във вода,

• образуване и подобряване на адсорбцията,

• образуването на солни кристали по време на изпаряване не по стените на съда, а в обема,

• ускоряване на разтварянето на твърди вещества,

• промяна в омокряемостта на твърди повърхности,

• промяна в концентрацията на разтворени газове.

Тъй като водата е активен участник във всички биологични и по -голямата част от технологичните процеси, промените в нейните свойства под въздействието на магнитно поле се използват успешно в хранителните технологии, медицината, химията, биохимията, а също и в селското стопанство.

С помощта на локална концентрация на вещества в течност е възможно да се постигне:

• обезсоляване и подобряване на качеството на естествените и технологичните води,

• почистване на течности от суспендирани примеси,

• контролират активността на хранителните физиологични и фармакологични разтвори,

• контрол на процесите на селективен растеж на микроорганизми (ускоряване или инхибиране на скоростта на растеж и разделяне на бактерии, дрожди),

• контрол на процесите на бактериално излугване на отпадъчни води,

• магнитна анестезиология.

Контролирането на свойствата на колоидните системи, процесите на разтваряне и кристализация се използва за:

• повишаване на ефективността на процесите на сгъстяване и филтрация,

• намаляване на отлаганията на соли, котлен камък и други натрупвания,

• подобряване на растежа на растенията, увеличаване на техния добив, покълване.

Нека отбележим характеристиките на магнитното третиране на водата. 1. Магнитното третиране изисква задължителното протичане на вода с определена скорост през едно или повече магнитни полета.

2. Ефектът от намагнитването не трае вечно, но изчезва известно време след края на магнитното поле, измерен в часове или дни.

3. Ефектът от обработката зависи от индукцията на магнитното поле и нейния градиент, дебита, състава на водната система и времето, в което е в полето. Отбелязва се, че няма пряка пропорционалност между ефекта на третиране и големината на силата на магнитното поле. Наклонът на магнитното поле играе важна роля. Това е разбираемо, ако вземем предвид, че силата F, действаща върху вещество от страната на неоднородно магнитно поле, се определя от израза

където x е магнитната чувствителност на единица обем на веществото, H е силата на магнитното поле, A / m, dH / dx е градиентът на интензитета

По правило стойностите на индукцията на магнитното поле са в диапазона 0,2-1,0 T, а градиентът е 50,00-200,00 T / m.

Най -добрите резултати от магнитното третиране се постигат при дебит на водата в полето, равен на 1–3 m / s.

Малко се знае за влиянието на природата и концентрацията на вещества, разтворени във вода. Установено е, че ефектът на намагнитване зависи от вида и количеството на примесите на солта във водата.

Ето няколко проекта на инсталации за магнитно третиране на водни системи с постоянни магнити и електромагнити, захранвани от токове с различни честоти.

На фиг. 2.е показана диаграма на устройство за намагнитване на вода с два цилиндрични постоянни магнита 3, Водни потоци в пролуката 2 на магнитната верига, образувана от куха феромагнитна сърцевина 4, поставена в калъф L Индукцията на магнитното поле е 0,5 T, градиентът е 100,00 T / m Ширината на пролуката 2 mm.

Ориз. 2. Схема на устройство за магнетизиране на вода

Ориз. 3. Устройство за магнитно третиране на водни системи

Апаратите, оборудвани с електромагнити, се използват широко. Устройство от този тип е показано на фиг. 3. Състои се от няколко електромагнита 3 с намотки 4, поставени в диамагнитно покритие 1. Всичко това се намира в желязна тръба 2. Водата тече в пролуката между тръбата и тялото, защитена с диамагнитен капак. Силата на магнитното поле в тази празнина е 45 000-160 000 A / m. В други версии на този тип апарати, електромагнитите се поставят върху тръбата отвън.

Във всички разглеждани устройства водата преминава през относително тесни пролуки, поради което се почиства предварително от твърди суспензии. На фиг. 4 показва диаграма на апарат от трансформаторен тип. Състои се от хомот 1 с електромагнитни бобини 2, между полюсите на който е положена тръба 3 от диамагнитен материал. Устройството се използва за третиране на вода или целулоза с променливи или пулсиращи токове с различни честоти.

Тук са описани само най -типичните дизайни на устройства, които се използват успешно в различни области на производството.

Магнитните полета също влияят върху развитието на жизнената дейност на микроорганизмите. Магнитобиологията е развиваща се научна област, която намира все по -голямо практическо приложение, включително в биотехнологичните процеси на производство на храни. Разкрито е влиянието на постоянни, променливи и пулсиращи магнитни полета върху възпроизводството, морфологичните и културните свойства, метаболизма, ензимната активност и други аспекти на жизнената активност на микроорганизмите.

Ефектът на магнитните полета върху микроорганизмите, независимо от техните физични параметри, води до фенотипна променливост на морфологичните, културните и биохимичните свойства. При някои видове в резултат на лечение химичният състав, антигенната структура, вирулентността, устойчивостта към антибиотици, фаги и UV лъчение могат да се променят. Понякога магнитните полета причиняват директни мутации, но по -често те засягат екстрахромозомни генетични структури.

Няма общоприета теория, обясняваща механизма на магнитното поле върху клетката. Вероятно биологичният ефект на магнитните полета върху микроорганизмите се основава на общия механизъм на косвено влияние чрез екологичния фактор.