Aplikácia magnetických polí na technologické účely

Na technologické účely sa magnetické polia používajú najmä na:

• dopad na kov a nabité častice,

• magnetizácia vody a vodných roztokov,

• vplyv na biologické objekty.

V prvom prípade magnetické pole používa sa v separátoroch na čistenie rôznych potravinárskych médií od kovových feromagnetických nečistôt a v zariadeniach na separáciu nabitých častíc.

V druhom s cieľom zmeniť fyzikálno-chemické vlastnosti vody.

V treťom — kontrolovať procesy biologickej povahy.

V magnetických separátoroch využívajúcich magnetické systémy sa od sypkej hmoty oddeľujú feromagnetické nečistoty (oceľ, liatina atď.). Existujú oddeľovače s permanentné magnety a elektromagnety. Na výpočet zdvíhacej sily magnetov sa používa približný vzorec známy zo všeobecného kurzu elektrotechniky.

kde Fm je zdvíhacia sila, N, S je prierez permanentného magnetu alebo magnetického obvodu elektromagnetu, m2, V je magnetická indukcia, T.

Podľa požadovanej hodnoty zdvíhacej sily sa pri použití elektromagnetu určí požadovaná hodnota magnetickej indukcie, magnetizačná sila (Iw):

kde I je prúd elektromagnetu, A, w je počet závitov cievky elektromagnetu, Rm je magnetický odpor rovný

tu lk je dĺžka jednotlivých sekcií magnetického obvodu s konštantným prierezom a materiálom, m, μk je magnetická permeabilita zodpovedajúcich sekcií, H / m, Sk je prierez zodpovedajúcich sekcií, m2, S je prierez magnetického obvodu, m2, B je indukcia, T.

Magnetický odpor je konštantný len pre nemagnetické časti obvodu. Pre magnetické rezy sa hodnota RM zistí pomocou magnetizačných kriviek, pretože tu je μ premenlivá veličina.

Separátory permanentného magnetického poľa

Najjednoduchšie a najhospodárnejšie separátory sú s permanentnými magnetmi, pretože nevyžadujú dodatočnú energiu na napájanie cievok. Používajú sa napríklad v pekárňach na čistenie múky od železitých nečistôt. Celková zdvíhacia sila magnetofónov v týchto separátoroch by mala byť spravidla najmenej 120 N. V magnetickom poli by sa múka mala pohybovať v tenkej vrstve, hrubej asi 6-8 mm, rýchlosťou maximálne viac ako 0,5 m/s.

Separátory s permanentnými magnetmi majú tiež značné nevýhody: ich zdvíhacia sila je malá a časom slabne v dôsledku starnutia magnetov. Separátory s elektromagnetmi nemajú tieto nevýhody, pretože elektromagnety v nich inštalované sú napájané jednosmerným prúdom. Ich zdvíhacia sila je oveľa vyššia a dá sa nastaviť prúdom cievky.

Na obr. 1 je znázornená schéma elektromagnetického separátora sypkých nečistôt.Separačný materiál sa privádza do násypky 1 a posúva sa po dopravníku 2 k hnaciemu bubnu 3 z nemagnetického materiálu (mosadz a pod.). Bubon 3 sa otáča okolo stacionárneho elektromagnetu DC 4.

Odstredivá sila vrhá materiál do vykladacieho otvoru 5 a feronečistoty sa pôsobením magnetického poľa elektromagnetu 4 "nalepia" na dopravný pás a odlepia sa od neho až potom, čo opustia pole pôsobenia magnetov. padanie do vykladacieho otvoru pre feronečistoty 6. Čím tenšia je vrstva produktu na dopravnom páse, tým lepšia je separácia.

Magnetické polia môžu byť použité na separáciu nabitých častíc v disperzných systémoch.Táto separácia je založená na Lorentzových silách.

kde Fl je sila pôsobiaca na nabitú časticu, N, k je faktor úmernosti, q je náboj častice, C, v je rýchlosť častice, m/s, N je sila magnetického poľa, A / m, a je uhol medzi vektormi poľa a rýchlosti.

Kladne a záporne nabité častice, ióny sú pôsobením Lorentzových síl vychyľované v opačných smeroch, navyše častice s rôznou rýchlosťou sú tiež triedené v magnetickom poli podľa veľkostí ich rýchlostí.

Ryža. 1. Schéma elektromagnetického separátora sypkých nečistôt

Zariadenia na magnetizáciu vody

Početné štúdie uskutočnené v posledných rokoch ukázali možnosť efektívnej aplikácie magnetickej úpravy vodných systémov — technických a prírodných vôd, roztokov a suspenzií.

Počas magnetickej úpravy vodných systémov dochádza k:

• zrýchlenie koagulácie – adhézia pevných častíc suspendovaných vo vode,

• tvorba a zlepšenie adsorpcie,

• tvorba kryštálov soli počas odparovania nie na stenách nádoby, ale v objeme,

• urýchlenie rozpúšťania pevných látok,

• zmena zmáčavosti pevných povrchov,

• zmena koncentrácie rozpustených plynov.

Keďže voda je aktívnym účastníkom všetkých biologických a väčšiny technologických procesov, zmeny jej vlastností pod vplyvom magnetického poľa sa úspešne využívajú v potravinárstve, medicíne, chémii, biochémii, ale aj v poľnohospodárstve.

Pomocou lokálnej koncentrácie látok v kvapaline je možné dosiahnuť:

• odsoľovanie a zlepšovanie kvality prírodných a technologických vôd,

• čistenie tekutín od suspendovaných nečistôt,

• kontrolovať činnosť fyziologických a farmakologických roztokov potravín,

• kontrola procesov selektívneho rastu mikroorganizmov (zrýchlenie alebo inhibícia rýchlosti rastu a delenia baktérií, kvasiniek),

• riadenie procesov bakteriálneho vyplavovania odpadových vôd,

• magnetická anestéziológia.

Riadenie vlastností koloidných systémov, procesov rozpúšťania a kryštalizácie sa používa na:

• zvýšenie účinnosti zahusťovacích a filtračných procesov,

• redukcia usadenín solí, vodného kameňa a iných nánosov,

• zlepšenie rastu rastlín, zvýšenie ich výnosu, klíčenie.

Všimnime si vlastnosti magnetickej úpravy vody. 1. Magnetická úprava vyžaduje povinný prietok vody pri určitej rýchlosti cez jedno alebo viacero magnetických polí.

2.Účinok magnetizácie netrvá večne, ale zmizne nejaký čas po skončení magnetického poľa, merané v hodinách alebo dňoch.

3. Účinok úpravy závisí od indukcie magnetického poľa a jeho spádu, prietoku, zloženia vodného systému a času jeho pobytu v poli. Je potrebné poznamenať, že neexistuje žiadna priama úmernosť medzi účinkom liečby a veľkosťou intenzity magnetického poľa. Dôležitú úlohu hrá sklon magnetického poľa. Je to pochopiteľné, ak uvážime, že sila F pôsobiaca na látku zo strany nerovnomerného magnetického poľa je určená výrazom

kde x je magnetická susceptibilita na jednotku objemu látky, H je sila magnetického poľa, A / m, dH / dx je gradient intenzity

Hodnoty indukcie magnetického poľa sú spravidla v rozsahu 0,2 - 1,0 T a gradient je 50,00 - 200,00 T / m.

Najlepšie výsledky magnetickej úpravy sa dosahujú pri prietoku vody v poli 1–3 m/s.

Málo sa vie o vplyve povahy a koncentrácie látok rozpustených vo vode. Zistilo sa, že magnetizačný efekt závisí od typu a množstva nečistôt soli vo vode.

Tu je niekoľko projektov zariadení na magnetickú úpravu vodných systémov s permanentnými magnetmi a elektromagnetmi napájanými prúdmi rôznych frekvencií.

Na obr. 2.je znázornená schéma zariadenia na magnetizáciu vody s dvoma valcovými permanentnými magnetmi 3, Voda prúdi v medzere 2 magnetického obvodu tvoreného dutým feromagnetickým jadrom 4 umiestneným v puzdre L Indukcia magnetického poľa je 0,5 T, spád je 100,00 T/m Šírka medzery 2 mm.

Ryža. 2. Schéma zariadenia na magnetizáciu vody

Ryža. 3.Zariadenie na magnetickú úpravu vodných systémov

Spotrebiče vybavené elektromagnetmi sú široko používané. Zariadenie tohto typu je znázornené na obr. 3. Pozostáva z niekoľkých elektromagnetov 3 s cievkami 4 umiestnenými v diamagnetickom povlaku 1. To všetko je umiestnené v železnej rúre 2. Voda prúdi do medzery medzi rúrou a telesom, chránenej diamagnetickým krytom. Sila magnetického poľa v tejto medzere je 45 000 - 160 000 A / m. V iných verziách tohto typu prístroja sú elektromagnety umiestnené na trubici zvonku.

Vo všetkých uvažovaných zariadeniach voda prechádza relatívne úzkymi medzerami, preto je predčistená od pevných suspenzií. Na obr. 4 znázorňuje schému zariadenia transformátorového typu. Pozostáva zo strmeňa 1 s elektromagnetickými cievkami 2, medzi ktorých pólmi je uložená trubica 3 z diamagnetického materiálu. Zariadenie sa používa na úpravu vody alebo celulózy striedavými alebo pulzujúcimi prúdmi rôznych frekvencií.

Tu sú popísané iba najtypickejšie konštrukcie zariadení, ktoré sa úspešne používajú v rôznych oblastiach výroby.

Magnetické polia tiež ovplyvňujú vývoj vitálnej aktivity mikroorganizmov. Magnetobiológia je rozvíjajúci sa vedný odbor, ktorý stále viac nachádza praktické aplikácie, a to aj v biotechnologických procesoch výroby potravín. Odhaľuje sa vplyv konštantných, premenlivých a pulzujúcich magnetických polí na reprodukciu, morfologické a kultúrne vlastnosti, metabolizmus, aktivitu enzýmov a ďalšie aspekty životnej aktivity mikroorganizmov.

Pôsobenie magnetických polí na mikroorganizmy bez ohľadu na ich fyzikálne parametre vedie k fenotypovej variabilite morfologických, kultúrnych a biochemických vlastností. U niektorých druhov sa v dôsledku liečby môže zmeniť chemické zloženie, antigénna štruktúra, virulencia, rezistencia na antibiotiká, fágy a UV žiarenie. Niekedy magnetické polia spôsobujú priame mutácie, ale častejšie ovplyvňujú extrachromozomálne genetické štruktúry.

Neexistuje všeobecne akceptovaná teória vysvetľujúca mechanizmus magnetického poľa na bunke. Biologický účinok magnetických polí na mikroorganizmy je pravdepodobne založený na všeobecnom mechanizme nepriameho vplyvu prostredníctvom faktora prostredia.