2076
.pdf
Рис. 2.7. Изменение вязкости от напряженности магнитного поля: 1 – изменение вязкости дистиллированной воды; 2 – изменение вязкости связующего раствора
Экспериментальные результаты настоящей работы совпадают с результатами полученными В.И. Миненко с соавторами [55], наблюдавшими 3,4 % изменения вязкости при H=0.
Данные изменения кинематической вязкости водно-связующего раствора в зависимости от напряженности магнитного поля, показали, что наибольший эффект отклонения вязкости растворов наблюдается при Н=0,553 105 А/м (700 Эрстед) – 15,84 %, что уже значительно отличается от предела чувствительности прибора и погрешности измерения и свидетельствует о явном влиянии магнитной обработки на вязкость раствора.
Таким образом, полученные экспериментальные результаты показывают, что существует влияние магнитной обработки на вязкость водных систем. Хотя для дистиллированной воды изменение вязкости невелико (5,16 % – максимальное изменение), что находится в пределах чувствительности применяемых в данной работе приборов и методик исследования. Зависимость вязкости водных растворов, имеющая экстремумы, носит рельефный характер проявления эффекта магнитной обработки.
41
Однако данныйметод(измерениявязкости) неможетслужитиндикатором магнитной обработки, т.к. при различных значениях магнитного поля наблюдаютсяодинаковыепоказателивязкостиводно-связующегораствора.
Результаты влияния магнитного поля на величину рН табл. П3-П4 приложения и рис.2.8 указывают на то, что обработка растворов электромагнитным полем приводит к изменению рН. Максимальное изменение рН дистиллированной воды при магнитном воздействии составляет 12,50 % Н=0,079 105 и 0,355 105 А/м (100 и 450 Эрстед), в остальных случаях оно не превышает 7-8 %. Изменение рН исследуемого раствора, обработанного магнитным полем, относительно исходного раствора доходит до 3,03 %. Из представленных данных, полученных путем статистической обработки, видно, что магнитная обработка влияет на указанное свойство воды. При этом зависимость имеет характер синусоиды, однако, амплитуда колебаний измерений рН несколькоменьше, чемприопределениивязкостирастворов.
Рис.2.8. Изменение рН от напряженности магнитного поля: 1 – изменение рН дистиллированной воды; 2 – изменение рН связующего раствора
На основании изложенного анализа исследований можно отметить, что изменение величины рН дистиллированной воды может служить в каче-
42
стве простого и доступного способа оценки степени влияния магнитного поля на водные системы.
В настоящей работе выполнены измерения электропроводности воды и водных систем при различных значениях напряженности магнитного поля.
Максимальное изменение электропроводности дистиллированной воды зафиксировано при напряженностях магнитного поля Н=1,264 105 и 1,343 105 А/м (1600 и 1700 Эрстед) и составляет соответственно 102,2 и 154,7 %,в остальных случаях это отклонение не превышает 40-50 %. Но даже эти результаты значительно отличаются от литературных данных [56], которые отмечают изменение электропроводности при увеличении напряженности магнитного поля. Однако во всех случаях эти измерения не превышают 1,3 %.
Рис.2.9. Изменение электропроводности от напряженности магнитного поля: 1 – изменение электропроводности дистиллированной воды; 2 – изменение электропроводности связующего раствора
Наибольшее отклонение электропроводности раствора от исходных показателей наблюдается при Н=0,395 104; 0,790 104А/м и 0,118 105; 0,237 105; 0,316 105 А/м (50, 100, 150, 300, 400 Эрстед), что составляет соответственно – 92,3; 75,96; 69,18; 72,57; 78,4 % во всех остальных случаях оно относительно стабильно (40-45 %). Метод измерения электропроводности, дающий стабильные результаты, может быть использован в промышленных условиях для непрерывного контроля эффективности магнитной обработки.
Из приведенных результатов экспериментальных исследований по вязкости, рН и электропроводности водных систем можно отметить:
43
–существует зависимость этих физико-химических показателей от напряженности магнитного поля;
–измерения кинематической вязкости не могут быть использованы для контроля эффективности действия магнитных аппаратов;
–измерения рН дистиллированной воды являются простыми и доступными методами индикации степени омагничивания;
–зависимость показателей рН связующего раствора от напряженности магнитного поля носит полиэкстремальный характер. В связи с этим данная величина не может быть использована в качестве метода контроля, т.к. при различных значениях напряженности выявлены одинаковые показатели рН;
–метод измерения электропроводности как дистиллированной воды, так и связующего раствора является одним из самых простых и надежных способов индикации степени омагничивания растворов и позволяет с достаточной точностью судить об эффекте магнитного воздействия.
2.2.3. Определение оптимальных параметров омагничивания технологических вод
На основании полученных результатов установлено оптимальное значение напряженности магнитного поля Н=2,212 105 А/м (2800 Эрстед). Следующими факторами, влияющими на эффективность процесса фильтрования, являются: скорость движения обрабатываемой системы через зазор магнитного аппарата V; температура технологических вод t °С; время «релаксации» омагниченного раствора т.
Влитературных источниках оптимальная скорость потока жидкости в рабочих зазорах аппарата имеет большой разброс (V= 0,5–5 м/с). Так В.И. Миненко и С.П. Петров считают, что с увеличением скорости движения воды эффективность обработки сначала повышается, а затем начинает уменьшаться, при чем наилучший эффект достигается при скорости 0,5 м/с [57]. Г.И. Анофриев и А.М. Крапивин [58] утверждают, что изменение скорости в диапазоне от 1 до 5 м/с не оказывает влияния на эффективность обработки в магнитном поле.
Всвязи с этим целью настоящих исследований являлось определение оптимальных параметров скорости движения жидкости в зазоре магнитного аппарата.
Испытание проводились на электромагнитном аппарате, обработке подвергались технологические воды. Для проведения исследования принимали различные значения напряженности магнитного поля, наиболее характерные и полученные в предыдущих исследованиях. На рис. 2.10 приведены зависимости значения эффекта обработки от скорости протекания жидкости через зазор магнитного аппарата.
44
Рис.2.10. Изменение эффекта фильтрования от скорости протекания жидкости через рабочий зазор магнитного аппарата
при различных значениях напряженности поля:
1 – Н=2,212 105; 2 – Н=1,264 105; 3 – Н=1,659 105; 4 – Н=0,639 105
Анализ приведенных результатов в диапазоне скоростей от 0,1–1,5 м/с показывает, что при неизменных параметрах магнитного поля с увеличением скорости движения раствора до 0,3 м/с эффект обработки магнитным полем возрастает, дальнейшее увеличение скорости до 1,5 м/с (см. рис. 2.10, кривые – 1, 2, 3) понижает эффект обработки. При чем при скорости протекающей жидкости через рабочий зазор магнитного аппарата максимальный эффект равен 49,5 %.
Полученные результаты позволяют сделать практический вывод о том, что магнитная обработка растворов в оптимальном режиме (Н=2,212 105 А/м и V= 0,3 м/с) обеспечивает повышение эффективности на 49,5 %.
Следующим важным фактором, влияющим на процесс, является температура.
В условиях предлагаемого практического использования методов магнитной обработки водных систем температура обрабатываемой среды может быть самой разнообразной. Более того, эта температура может значительно изменяться в ходе технологического процесса. В связи с этим необходимо было выяснить характер влияния температуры среды на эффективность ее обработки в первую очередь влияние температуры, при
45
которой среда подвергается воздействию силовых полей магнитного аппарата.
Температура обрабатываемой среды изменялась в пределах от 15 до 25 °С при этом применяется термостатирование. Скорость обработки и напряженность поля принимались как в предыдущих исследованиях.
Результаты проведенных исследований иллюстрируются зависимостью, показанной на рис. 2.11. Анализ показывают, что изменение температуры обработки влияет на эффективность воздействия. При чем при увеличении температуры до 20 °С эффективность обработки увеличивается, а при дальнейшем увеличении температуры почти стабилизируется
(см. рис. 2.11, кривые 1 и 2).
Рис.2.11 Изменение эффекта от температуры обрабатываемой жидкости: 1 – Н=2,212 105 А/м, V=0,3 м/c; 2 – Н=1,264 105 А/м, V=1,0 м/c;
3 – Н=1,659 105 А/м, V=1,0 м/c; 4 – Н=0,639 105 А/м, V=1,25 м/c
Полученные результаты температуры должны быть учтены при выборе и обосновании той или иной схемы использования методов магнитной обработки водных систем в технологических процессах.
Отмечено, что аномальные свойства обработанного раствора не остаются без изменений, они постоянно релаксируют к тем свойствам, которыми раствор обладает до обработки магнитными полями. Это указывает на то, что в течение времени эффективность предварительного обработанного раствора будет все время уменьшаться и через некоторое время исчезнет совсем.
46
Определение времени существования аномальных свойств обработанных растворов (время «памяти» или релаксации) является чрезвычайно важным, особенно при практическом использовании методов магнитной обработки, т.к. именно этим временем будет во многом определяться условие дальнейшего используемого обработанного раствора, и в первую очередь время, в течение которого обработанный раствор должен быть использован в технологическом процессе.
Существенным является также определение характера релаксационной зависимости. Если, например, окажется, что на релаксационной зависимости можно выделить участок незначительных изменений эффективности обработки во времени и средняя эффективность для этого участка будет достаточной для практических целей – по этому участку можно будет назначить наиболее целесообразный технологический режим времени использования эффектов от магнитной обработки.
Как показывает опыт, время «памяти» обрабатываемого раствора и характер релаксационной зависимости различны не только при обработке магнитными полями различных растворов. В одних случаях это время измеряется часами [59], в других десятками часов [60] и даже несколькими сутками [61]. Время релаксации во многом определяется также температурой, при которой используется обработанный раствор.
Таким образом, замечено, что релаксационные свойства магнитообработанного раствора во многом индивидуальны и зависят от конкретных условий.
В связи с этим определение времени «памяти» и характера релаксационной зависимости обработанных растворов, используемых в наших исследованиях для интенсификации процесса фильтрования, становится необходимым.
Все параметры магнитной обработки принимались оптимальными: напряженность магнитного поля Н=2,212 105 А/м, скорость V=0,3 м/с, температура t= 20 °С, результаты исследований представлены на рис. 2.12.
Анализ графика свидетельствует, что время «памяти» омагниченного раствора довольно значительно и измеряется порядком более 28 часов. В течение первых двух часов эффект обработки изменяется весьма незначительно. На данной зависимости оказывается возможным выделить участок «рабочего» времени, в течении которого эффект обработки можно использовать практически, при этом средняя эффективность обработки может быть получена как полусумма начальной и конечной эффективности этого промежутка времени.
47
Рис.2.12. Изменение эффективности фильтрования от времени существования «омагниченных» свойств обработанных растворов
Таким образом, полученные зависимости позволяют выбрать оптимальные условия магнитной обработки, дающие максимальный эффект.
Подводя итоги, можно сделать следующие выводы:
1.Результаты экспериментальных исследований позволили получить зависимости эффективности магнитной обработки от напряженности магнитногополя, скорости, температурыдвижущейсяжидкости. Э=1(Н, V, t, т).
2.Для практического применения разработана методика контроля степени омагничивания водных систем. В качестве методов индикации принимается измерение показателей электропроводности сточных вод.
2.3. Описание экспериментальной установки для изучения качества изделий в условиях замкнутого
безотходного процесса водопользования
иметодика проведения исследований
Вусловиях безотходного производства, когда сточные воды после соответствующей обработки и выделенные из них загрязнения полностью возвращаются в технический процесс, особое значение приобретает изучение качественных изменений изделий, получаемых из утилизируемых компонентов сточных вод. Вопрос улучшения качества керамических плиток является одним из основных, на решение которого направлены дальнейшие исследования, которые сводились к изучению изменения тех-
48
нологических факторов, приводящих к повышению качественных характеристик изделий. В связи с этим, в условиях создания безотходных замкнутых систем производства по воде и используемых компонентов , одной из важнейших задач исследований являлось изучение свойств растворов и волокнистой двуокиси кремния в процессе магнитной обработки систем с целью улучшения свойств керамических изделий.
По разработанной автором технологии водопользования керамического производства сточные воды, образующиеся в ходе формования изделий, подвергаются магнитной активации и далее фильтруются через пористые полимерные перегородки. Фильтрат с остаточными магнитными свойствами или доомагничивается, или сразу же направляется на приготовление плиток из волокнистой двуокиси кремния. Осадок, задержанный на фильтрах, с остаточными магнитными свойствами накапливается в емкости для последующего использования в технологическом процессе.
В связи с этим возникла проблема изучения качества получаемых изделий в условиях организации технологического процесса по безотходной технологии, т.е. исследование влияния омагниченных сточных вод и задержанного на фильтрах осадка на качество получаемых керамических изделий.
Для получения сопоставимых данных в соответствии с изложенным изучались семь схем технологического процесса с различными сочетаниями сооружений и стадий магнитной обработки (рис.2.13). Первая схема являлась контрольной, поэтому все результаты сравнивались с результатами этой технологии.
Для этих целей была смонтирована вакуумформовочная установка лабораторного типа, позволяющая полностью моделировать вышеуказанные технологические схемы. Омагничивание систем производилось по методике, описанной в подразд. 2.1. Схема установки представлена на рис. 2.14, внешний вид – рис. 2.15.
Основными элементами вакуум-формовочной установки являлись магнитный активатор (1), формовочные колбы со спецворонками (2, 4), выполненные из немагнитного материала (стекла или керамики), контрольно-измерительная аппаратура (8), ресивер (10), вакуум-насос (11) и приемный резервуар (12).
49
Рис.2.13. Технологические схемы изготовления изделий из волокнистой двуокиси кремния
50