Magnētisko lauku pielietošana tehnoloģiskiem nolūkiem

Tehnoloģiskiem nolūkiem magnētiskos laukus galvenokārt izmanto:

• ietekme uz metālu un lādētām daļiņām,

• ūdens un ūdens šķīdumu magnetizācija,

• ietekme uz bioloģiskiem objektiem.

Pirmajā gadījumā magnētiskais lauks to izmanto separatoros dažādu pārtikas barotņu attīrīšanai no metālu feromagnētiskajiem piemaisījumiem un ierīcēs lādētu daļiņu atdalīšanai.

Otrajā ar mērķi mainīt ūdens fizikāli ķīmiskās īpašības.

Trešajā — kontrolēt bioloģiska rakstura procesus.

Magnētiskajos separatoros, kuros izmanto magnētiskās sistēmas, feromagnētiskie piemaisījumi (tērauds, čuguns u.c.) tiek atdalīti no kopējās masas. Ir atdalītāji ar pastāvīgie magnēti un elektromagnēti. Lai aprēķinātu magnētu celšanas spēku, tiek izmantota aptuvenā formula, kas zināma no vispārējā elektrotehnikas kursa.

kur Fm ir celšanas spēks, N, S ir pastāvīgā magnēta vai elektromagnēta magnētiskās ķēdes šķērsgriezums, m2, V ir magnētiskā indukcija, T.

Atbilstoši vajadzīgajai pacelšanas spēka vērtībai, izmantojot elektromagnētu, nosaka nepieciešamo magnētiskās indukcijas vērtību, magnetizēšanas spēku (Iw):

kur I ir elektromagnēta strāva, A, w ir elektromagnēta spoles apgriezienu skaits, Rm ir magnētiskā pretestība, kas vienāda ar

šeit lk ir atsevišķu magnētiskās ķēdes posmu garums ar nemainīgu šķērsgriezumu un materiālu, m, μk ir attiecīgo sekciju magnētiskā caurlaidība, H / m, Sk ir atbilstošo sekciju šķērsgriezums, m2, S ir magnētiskās ķēdes šķērsgriezums, m2, B ir indukcija, T.

Magnētiskā pretestība ir nemainīga tikai ķēdes nemagnētiskajām sekcijām. Magnētiskajām sekcijām RM vērtību nosaka, izmantojot magnetizācijas līknes, jo šeit μ ir mainīgs lielums.

Pastāvīgie magnētiskā lauka separatori

Vienkāršākie un ekonomiskākie separatori ir ar pastāvīgajiem magnētiem, jo ​​tiem nav nepieciešama papildu enerģija spoļu darbināšanai. Tos izmanto, piemēram, maizes ceptuvēs, lai attīrītu miltus no dzelzs piemaisījumiem. Kopējam magnetofonu celšanas spēkam šajos separatoros parasti jābūt vismaz 120 N. Magnētiskajā laukā miltiem jāpārvietojas plānā, apmēram 6-8 mm biezā slānī ar ātrumu ne vairāk. par 0,5 m/s.

Pastāvīgo magnētu separatoriem ir arī būtiski trūkumi: to celšanas spēks ir mazs un laika gaitā vājinās magnētu novecošanas dēļ. Atdalītājiem ar elektromagnētiem šo trūkumu nav, jo tajos uzstādītos elektromagnētus darbina ar līdzstrāvu. To pacelšanas spēks ir daudz lielāks, un to var regulēt ar spoles strāvu.

attēlā. 1 ir parādīta elektromagnētiskā separatora diagramma lielapjoma piemaisījumiem.Atdalīšanas materiāls tiek ievadīts uztveršanas tvertnē 1 un virzās pa konveijeru 2 uz piedziņas cilindru 3, kas izgatavots no nemagnētiska materiāla (misiņa utt.). 3. cilindrs griežas ap stacionāru elektromagnētu DC 4.

Centrbēdzes spēks iemet materiālu izkraušanas caurumā 5, un fero piemaisījumi elektromagnēta 4 magnētiskā lauka ietekmē "pielīp" pie konveijera lentes un tiek atdalīti no tās tikai pēc tam, kad tie atstāj magnētu darbības lauku. iekrišana dzelzs piemaisījumu izkraušanas atverē 6. Jo plānāks ir produkta slānis uz konveijera lentes, jo labāka atdalīšana.

Magnētiskie lauki var tikt izmantoti lādētu daļiņu atdalīšanai izkliedētās sistēmās.Šīs atdalīšanas pamatā ir Lorenca spēki.

kur Fl ir spēks, kas iedarbojas uz lādētu daļiņu, N, k ir proporcionalitātes koeficients, q ir daļiņas lādiņš, C, v ir daļiņas ātrums, m/s, N ir magnētiskā lauka stiprums, A / m, a ir leņķis starp lauka un ātruma vektoriem.

Pozitīvi un negatīvi lādētas daļiņas, joni Lorenca spēku iedarbībā tiek novirzīti pretējos virzienos, turklāt daļiņas ar dažādu ātrumu arī tiek sakārtotas magnētiskajā laukā atbilstoši to ātrumu lielumiem.

Rīsi. 1. Beztaras piemaisījumu elektromagnētiskā separatora diagramma

Ierīces ūdens magnetizēšanai

Neskaitāmi pēdējos gados veiktie pētījumi ir parādījuši ūdens sistēmu — tehnisko un dabisko ūdeņu, šķīdumu un suspensiju — magnētiskās apstrādes efektīvas pielietošanas iespēju.

Ūdens sistēmu magnētiskās apstrādes laikā notiek:

• koagulācijas paātrināšana — ūdenī suspendētu cieto daļiņu saķere,

• adsorbcijas veidošanās un uzlabošana,

• sāls kristālu veidošanās iztvaikošanas laikā nevis uz trauka sieniņām, bet gan tilpumā,

• paātrina cieto vielu šķīšanu,

• cieto virsmu mitrināmības izmaiņas,

• izšķīdušo gāzu koncentrācijas izmaiņas.

Tā kā ūdens ir aktīvs visu bioloģisko un lielāko daļu tehnoloģisko procesu dalībnieks, tā īpašību izmaiņas magnētiskā lauka ietekmē tiek veiksmīgi izmantotas pārtikas tehnoloģijā, medicīnā, ķīmijā, bioķīmijā un arī lauksaimniecībā.

Ar lokālas vielu koncentrācijas palīdzību šķidrumā var sasniegt:

• dabisko un tehnoloģisko ūdeņu atsāļošana un kvalitātes uzlabošana,

• tīrīšanas šķidrumi no suspendētiem piemaisījumiem,

• kontrolēt pārtikas fizioloģisko un farmakoloģisko šķīdumu aktivitāti,

• mikroorganismu selektīvās augšanas procesu kontrole (baktēriju, rauga augšanas un dalīšanās ātruma paātrināšana vai kavēšana),

• notekūdeņu baktēriju izskalošanās procesu kontrole,

• magnētiskā anestezioloģija.

Koloidālo sistēmu, šķīdināšanas un kristalizācijas procesu īpašību kontrole tiek izmantota, lai:

• palielināt biezināšanas un filtrēšanas procesu efektivitāti,

• sāļu, katlakmens un citu uzkrāšanās samazināšana,

• uzlabojot augu augšanu, palielinot to ražu, dīgtspēju.

Atzīmēsim magnētiskās ūdens apstrādes iezīmes. 1. Magnētiskā apstrāde prasa obligātu ūdens plūsmu ar noteiktu ātrumu caur vienu vai vairākiem magnētiskajiem laukiem.

2.Magnetizācijas efekts nav mūžīgs, bet pazūd kādu laiku pēc magnētiskā lauka beigām, mērot stundās vai dienās.

3. Apstrādes efekts ir atkarīgs no magnētiskā lauka indukcijas un tā gradienta, plūsmas ātruma, ūdens sistēmas sastāva un laika, kad tā atrodas laukā. Jāatzīmē, ka nav tiešas proporcionalitātes starp apstrādes efektu un magnētiskā lauka intensitātes lielumu. Magnētiskā lauka slīpumam ir svarīga loma. Tas ir saprotams, ja ņemam vērā, ka spēku F, kas iedarbojas uz vielu no nevienmērīga magnētiskā lauka puses, nosaka izteiksme

kur x ir magnētiskā jutība uz vielas tilpuma vienību, H ir magnētiskā lauka stiprums, A / m, dH / dx ir intensitātes gradients

Parasti magnētiskā lauka indukcijas vērtības ir diapazonā no 0,2-1,0 T, un gradients ir 50,00-200,00 T / m.

Labākie magnētiskās apstrādes rezultāti tiek sasniegti pie ūdens plūsmas ātruma laukā, kas vienāds ar 1–3 m/s.

Maz zināms par ūdenī izšķīdušo vielu rakstura un koncentrācijas ietekmi. Tika konstatēts, ka magnetizācijas efekts ir atkarīgs no sāls piemaisījumu veida un daudzuma ūdenī.

Šeit ir daži instalāciju projekti ūdens sistēmu magnētiskai apstrādei ar pastāvīgiem magnētiem un elektromagnētiem, ko darbina dažādas frekvences strāvas.

attēlā. 2.attēlota shēma ūdens magnetizēšanai ar diviem cilindriskiem pastāvīgajiem magnētiem 3, Ūdens plūst magnētiskās ķēdes spraugā 2, ko veido doba feromagnētiskā serdeņa 4, kas ievietota korpusā L Magnētiskā lauka indukcija ir 0,5 T, gradients ir 100,00 T / m Atstarpes platums 2 mm.

Rīsi. 2. Ūdens magnetizēšanas ierīces shēma

Rīsi. 3.Ierīce ūdens sistēmu magnētiskai apstrādei

Ierīces, kas aprīkotas ar elektromagnētiem, tiek plaši izmantotas. Šāda veida ierīce ir parādīta attēlā. 3. Tas sastāv no vairākiem elektromagnētiem 3 ar spolēm 4, kas ievietotas diamagnētiskā pārklājumā 1. Tas viss atrodas dzelzs caurulē 2. Ūdens ieplūst spraugā starp cauruli un korpusu, ko aizsargā diamagnētisks vāks. Magnētiskā lauka stiprums šajā spraugā ir 45 000-160 000 A / m. Citās šāda veida aparātu versijās elektromagnēti tiek novietoti uz caurules no ārpuses.

Visās aplūkotajās ierīcēs ūdens iziet cauri salīdzinoši šaurām spraugām, tāpēc tas tiek iepriekš attīrīts no cietām suspensijām. attēlā. 4 parādīta transformatora tipa aparāta diagramma. Tas sastāv no jūga 1 ar elektromagnētiskām spolēm 2, starp kuru poliem ir novietota diamagnētiska materiāla caurule 3. Ierīci izmanto ūdens vai celulozes apstrādei ar dažādu frekvenču maiņstrāvu vai pulsējošu strāvu.

Šeit ir aprakstīti tikai tipiskākie ierīču dizaini, kas veiksmīgi tiek izmantoti dažādās ražošanas jomās.

Magnētiskie lauki ietekmē arī mikroorganismu dzīvībai svarīgās aktivitātes attīstību. Magnetobioloģija ir attīstoša zinātnes nozare, kas arvien vairāk atrod praktisku pielietojumu, tostarp pārtikas ražošanas biotehnālajos procesos. Tiek atklāta pastāvīgu, mainīgu un pulsējošu magnētisko lauku ietekme uz mikroorganismu reprodukciju, morfoloģiskajām un kultūras īpašībām, vielmaiņu, enzīmu aktivitāti un citiem dzīves aktivitātes aspektiem.

Magnētisko lauku ietekme uz mikroorganismiem neatkarīgi no to fizikālajiem parametriem izraisa morfoloģisko, kultūras un bioķīmisko īpašību fenotipisku mainīgumu. Dažām sugām ārstēšanas rezultātā var mainīties ķīmiskais sastāvs, antigēnu struktūra, virulence, rezistence pret antibiotikām, fāgiem un UV starojumu. Dažreiz magnētiskie lauki izraisa tiešas mutācijas, bet biežāk tie ietekmē ārpushromosomu ģenētiskās struktūras.

Nav vispārpieņemtas teorijas, kas izskaidro šūnas magnētiskā lauka mehānismu. Iespējams, magnētisko lauku bioloģiskā ietekme uz mikroorganismiem ir balstīta uz vispārējo netiešās ietekmes mehānismu caur vides faktoru.