Toepassing van magnetische velden voor technologische doeleinden

Voor technologische doeleinden worden magnetische velden voornamelijk gebruikt voor:

• impact op metaal en geladen deeltjes,

• magnetisatie van water en waterige oplossingen,

• impact op biologische objecten.

In het eerste geval magnetisch veld het wordt gebruikt in afscheiders voor de zuivering van verschillende voedingsmedia van metalen ferromagnetische onzuiverheden en in apparaten voor de scheiding van geladen deeltjes.

In de tweede, met als doel de fysisch-chemische eigenschappen van water te veranderen.

In de derde - om de processen van biologische aard te beheersen.

In magnetische scheiders die gebruikmaken van magnetische systemen, worden ferromagnetische onzuiverheden (staal, gietijzer, etc.) gescheiden van het stortgoed. Er zijn scheidingstekens met permanente magneten en elektromagneten. Om de hefkracht van magneten te berekenen, wordt een benaderingsformule gebruikt die bekend is uit de algemene cursus elektrotechniek.

waar Fm de hefkracht is, N, S is de doorsnede van een permanente magneet of magnetisch circuit van een elektromagneet, m2, V is de magnetische inductie, T.

Volgens de vereiste waarde van de hefkracht wordt de vereiste waarde van de magnetische inductie bepaald wanneer een elektromagneet wordt gebruikt, de magnetiseringskracht (Iw):

waar I de stroom van de elektromagneet is, A, w is het aantal windingen van de spoel van de elektromagneet, Rm is de magnetische weerstand gelijk aan

hier is lk de lengte van individuele secties van het magnetische circuit met een constante doorsnede en materiaal, m, μk is de magnetische permeabiliteit van de overeenkomstige secties, H / m, Sk is de doorsnede van de overeenkomstige secties, m2, S is de doorsnede van het magnetische circuit, m2, B is de inductie, T.

Magnetische weerstand is alleen constant voor niet-magnetische delen van het circuit. Voor magnetische secties wordt de waarde van RM gevonden met behulp van de magnetisatiecurven, aangezien μ hier een variabele grootheid is.

Permanente magnetische veldscheiders

De eenvoudigste en meest economische scheiders zijn met permanente magneten, omdat ze geen extra energie nodig hebben om de spoelen van stroom te voorzien. Ze worden bijvoorbeeld in bakkerijen gebruikt om meel te ontdoen van ijzerhoudende onzuiverheden. De totale hefkracht van de bandrecorders in deze scheiders moet in de regel minimaal 120 N zijn. In een magnetisch veld moet het meel in een dunne laag bewegen, ongeveer 6-8 mm dik, met een snelheid van niet meer dan 0,5 m/s.

Permanente magneetscheiders hebben ook belangrijke nadelen: hun hefkracht is klein en verzwakt na verloop van tijd door veroudering van de magneten. Scheiders met elektromagneten hebben deze nadelen niet, omdat de daarin geïnstalleerde elektromagneten worden aangedreven door gelijkstroom. Hun hefkracht is veel hoger en kan worden aangepast door de spoelstroom.

In afb. 1 toont een schema van een elektromagnetische scheider voor bulkverontreinigingen.Het separatiemateriaal wordt in de stortbunker 1 gevoerd en beweegt langs de transportband 2 naar de aandrijftrommel 3 van niet-magnetisch materiaal (messing etc.). Trommel 3 draait rond een stationaire elektromagneet DC 4.

Middelpuntvliedende kracht gooit het materiaal in het losgat 5, en de ferro-onzuiverheden onder invloed van het magnetische veld van de elektromagneet 4 "kleven" aan de transportband en worden er pas van losgemaakt nadat ze het werkveld van de magneten hebben verlaten vallen in het losgat voor ferro-onzuiverheden 6. Hoe dunner de productlaag op de transportband, hoe beter de scheiding.

Magnetische velden kunnen worden gebruikt om geladen deeltjes in verspreide systemen te scheiden.Deze scheiding is gebaseerd op Lorentz-krachten.

waar Fl de kracht is die op een geladen deeltje werkt, N, k is de evenredigheidsfactor, q is de deeltjeslading, C, v is de deeltjessnelheid, m / s, N is Magnetische veldsterkte, A / m, a is de hoek tussen de veld- en snelheidsvectoren.

Positief en negatief geladen deeltjes, ionen worden in tegengestelde richtingen afgebogen onder invloed van Lorentz-krachten, daarnaast worden deeltjes met verschillende snelheden ook gesorteerd in een magnetisch veld in overeenstemming met de grootte van hun snelheden.

Rijst. 1. Schema van een elektromagnetische scheider voor bulkverontreinigingen

Apparaten voor het magnetiseren van water

Talrijke onderzoeken die de afgelopen jaren zijn uitgevoerd, hebben de mogelijkheid aangetoond van een effectieve toepassing van magnetische behandeling van watersystemen - technisch en natuurlijk water, oplossingen en suspensies.

Bij de magnetische behandeling van watersystemen gebeurt het volgende:

• versnelling van coagulatie - adhesie van vaste deeltjes gesuspendeerd in water,

• vorming en verbetering van adsorptie,

• de vorming van zoutkristallen tijdens verdamping niet op de wanden van het vat, maar in het volume,

• het versnellen van het oplossen van vaste stoffen,

• verandering in de bevochtigbaarheid van vaste oppervlakken,

• verandering in concentratie van opgeloste gassen.

Aangezien water een actieve deelnemer is in alle biologische en de meeste technologische processen, worden veranderingen in zijn eigenschappen onder invloed van een magnetisch veld met succes toegepast in de levensmiddelentechnologie, de geneeskunde, de chemie, de biochemie en ook in de landbouw.

Met behulp van lokale concentratie van stoffen in een vloeistof is het mogelijk om het volgende te bereiken:

• ontzilting en verbetering van de kwaliteit van natuurlijke en technologische wateren,

• het reinigen van vloeistoffen van zwevende onzuiverheden,

• controle van de activiteit van voedselfysiologische en farmacologische oplossingen,

• controle van de processen van selectieve groei van micro-organismen (versnelling of remming van de groeisnelheid en deling van bacteriën, gisten),

• controle van de processen van bacteriële uitloging van afvalwater,

• magnetische anesthesiologie.

Het beheersen van de eigenschappen van colloïdale systemen, oplossings- en kristallisatieprocessen wordt gebruikt om:

• verhoging van de efficiëntie van de verdikkings- en filtratieprocessen,

• vermindering van afzettingen van zouten, aanslag en andere ophopingen,

• verbetering van de plantengroei, verhoging van hun opbrengst, kieming.

Laten we eens kijken naar de kenmerken van magnetische waterbehandeling. 1. Magnetische behandeling vereist de verplichte stroom van water met een bepaalde snelheid door een of meer magnetische velden.

2.Het effect van magnetisatie duurt niet eeuwig, maar verdwijnt enige tijd na het einde van het magnetische veld, gemeten in uren of dagen.

3. Het effect van de behandeling hangt af van de inductie van het magnetische veld en zijn gradiënt, het debiet, de samenstelling van het watersysteem en de tijd dat het in het veld is. Opgemerkt wordt dat er geen directe evenredigheid bestaat tussen het behandelingseffect en de grootte van de magnetische veldsterkte. De kanteling van het magnetische veld speelt een belangrijke rol. Dit is begrijpelijk als we bedenken dat de kracht F die op een stof inwerkt vanaf de kant van een niet-uniform magnetisch veld wordt bepaald door de uitdrukking

waarbij x de magnetische gevoeligheid per volume-eenheid van de stof is, H de magnetische veldsterkte is, A / m, dH / dx de intensiteitsgradiënt is

In de regel liggen de inductiewaarden van het magnetische veld in het bereik van 0,2-1,0 T en de gradiënt is 50,00-200,00 T / m.

De beste resultaten van de magnetische behandeling worden bereikt bij een waterstroomsnelheid in het veld gelijk aan 1–3 m/s.

Er is weinig bekend over de invloed van de aard en concentratie van in water opgeloste stoffen. Er werd vastgesteld dat het magnetisatie-effect afhangt van het type en de hoeveelheid zoutverontreinigingen in het water.

Hier zijn enkele projecten van installaties voor magnetische behandeling van watersystemen met permanente magneten en elektromagneten aangedreven door stromen van verschillende frequenties.

In afb. 2. toont een diagram van een apparaat voor het magnetiseren van water met twee cilindrische permanente magneten 3, Water stroomt in de opening 2 van het magnetische circuit gevormd door een holle ferromagnetische kern 4 geplaatst in een behuizing L De inductie van het magnetische veld is 0,5 T, het verloop is 100,00 T / m De breedte van de opening 2 mm.

Rijst. 2. Schema van een apparaat voor het magnetiseren van water

Rijst. 3.Apparaat voor magnetische behandeling van watersystemen

Apparaten uitgerust met elektromagneten worden veel gebruikt. Een dergelijke inrichting is getoond in Fig. 3. Het bestaat uit meerdere elektromagneten 3 met spoelen 4 geplaatst in een diamagnetische coating 1. Dit alles bevindt zich in een ijzeren pijp 2. Water stroomt in de opening tussen de pijp en het lichaam, beschermd door een diamagnetische afdekking. De sterkte van het magnetische veld in deze opening is 45.000-160.000 A / m. Bij andere uitvoeringen van dit type apparaten worden de elektromagneten van buitenaf op de buis geplaatst.

In alle beschouwde apparaten passeert water relatief nauwe openingen, daarom wordt het vooraf gereinigd van vaste suspensies. In afb. 4 toont een schema van een apparaat van het transformatortype. Het bestaat uit een juk 1 met elektromagnetische spoelen 2, tussen de polen waarvan een buis 3 van diamagnetisch materiaal is gelegd. Het apparaat wordt gebruikt om water of cellulose te behandelen met wisselende of pulserende stromen van verschillende frequenties.

Alleen de meest typische apparaatontwerpen die met succes in verschillende productiegebieden worden gebruikt, worden hier beschreven.

Magnetische velden beïnvloeden ook de ontwikkeling van de vitale activiteit van micro-organismen. Magnetobiologie is een zich ontwikkelend wetenschappelijk veld dat steeds meer praktische toepassingen vindt, ook in de biotechnologische processen van voedselproductie. De invloed van constante, variabele en pulserende magnetische velden op de reproductie, morfologische en culturele eigenschappen, metabolisme, enzymactiviteit en andere aspecten van de levensactiviteit van micro-organismen wordt onthuld.

Het effect van magnetische velden op micro-organismen, ongeacht hun fysieke parameters, leidt tot fenotypische variabiliteit van morfologische, culturele en biochemische eigenschappen. Bij sommige soorten kunnen als gevolg van de behandeling de chemische samenstelling, de antigene structuur, de virulentie, de resistentie tegen antibiotica, fagen en UV-straling veranderen. Soms veroorzaken magnetische velden directe mutaties, maar vaker beïnvloeden ze extrachromosomale genetische structuren.

Er is geen algemeen aanvaarde theorie die het mechanisme van het magnetische veld op de cel verklaart. Waarschijnlijk is het biologische effect van magnetische velden op micro-organismen gebaseerd op het algemene mechanisme van indirecte invloed via de omgevingsfactor.