Способ обработки жидкой среды, преимущественно барды, и электромагнит для создания структурированного магнитного поля

Изобретение относится к разделению жидкостей, а именно к разделению водных гелевых смесей, и может быть использовано в химической и пищевой промышленности. Способ включает экспонирование жидкой среды в симметричном магнитном поле с осью симметрии третьего порядка, создаваемом электромагнитом, содержащим обмотку, размещенную на тороидальной катушке. Обмотка состоит из трех последовательно соединенных секторов, каждый из которых уложен на тороидальную катушку по образующей поверхности тора. Внутренний и внешний радиусы катушки относятся как 1:0,577. Ширина секторов обмотки, размещенной на торе, соотносится с шириной зон, свободных от обмотки, по "золотому сечению". Технический результат состоит в отделении воды из жидких сред, содержащих смесь гель-твердые частицы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к разделению жидкостей, а именно для разделения водных гелевых смесей, и может быть использовано в химической и пищевой промышленности.

Известен способ очистки барды послеспиртового производства [RU 2005103761 А], включающий в себя принудительную фильтрацию суспензии послеспиртовой барды, отделение части фильтрата обратно в производство или на окончательную очистку и слив в канализацию, который осуществляют после коагулятора, при этом коагулятор выполнен в виде активатора с индуктором электромагнитного вращающегося поля, внутри которого расположена немагнитная труба с ферромагнитными элементами, (например, в виде иголок), причем труба своим выходом подключена к центрифугирующей емкости.

Известен способ подготовки мелассной барды для приготовления питательных сред [SU № 526658], предусматривающий добавление серной кислоты до рН 2,5, для получения осадка гипса, отстаивание барды и отделение гипса, отличающегося тем, что с целью наиболее полного удаления кальция из барды и предохранения оборудования от гипсования, в барду после отделения гипса, имеющего рН 2.5, добавляют исходную барду до рН 3.5, после чего отстаивают смесь для осаждения образовавшегося гипса и затем барду пропускают через магнитное поле, имеющее напряженность 1500-2000 эрстед.

Недостатками вышеприведенных способов является воздействие на жидкую среду для ее разделения магнитными полями, не обладающими необходимой симметрией.

Известно устройство для обработки жидких сред, содержащее ферромагнитный корпус с входным и выходным патрубками и магнитную систему в виде намагничивающей катушки и осевого магнитопровода, установленного в корпусе, с образованием кольцевого жидкостного тракта и снабженного, по крайней мере, одной зоной переменного магнитного поля, отличающееся тем, что, на части своей длины, магнитопровод выполнен с постоянным магнитным полем, а намагничивающая катушка размещена в жидкостном тракте с разделением последнего на два параллельных кольцевых канала [RU 2002131919 А].

Недостатком вышеприведенных устройств для обработки жидких сред является невозможность генерации ими магнитных полей, обладающих необходимой симметрией, создание равномерно распределенного магнитного поля, не связанного с кристаллографической симметрией.

Известен электромагнит для создания структурированного магнитного поля, используемый для отжига кристаллов берилла [RU 2145453 С1, 2000].

Недостатком электромагнита является то, что создаваемое им электромагнитное поле неточно соответствует по своим характеристикам тому магнитному полю, которое присуще молекулам воды и их группам при рассмотрении воды как жидкого кристалла, и в соответствии с чем, он не пригоден для разделения жидких сред.

Задачей предлагаемого изобретения является отделение воды из жидких сред, содержащих смесь гель-твердые частицы, преимущественно из барды, для разделения на жидкую фазу и смесь гель-твердые частицы.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе обработки жидкой среды, преимущественно барды, для разделения ее на жидкую фазу и смесь гель-твердые частицы, осуществляют экспонирование жидкой среды в симметричном магнитном поле, с осью симметрии третьего порядка, создаваемом электромагнитом, содержащим обмотку, размещенную на тороидальной катушке.

При экспонировании жидкой среды ее размещают в емкости из немагнитного материала, которую устанавливают в отверстии тороидальной катушки электромагнита.

Предпочтительно, что в процессе экспонирования жидкой среды в симметричном магнитном поле, ее дополнительно подвергают воздействию электростатического поля напряженностью 300-5000 В.

Поставленная задача достигается также тем, что электромагнит для создания симметричного магнитного поля, пригодного для разделения жидких сред на жидкую фазу и смесь гель-твердые частицы, содержит обмотку, размещенную на тороидальной катушке, состоящую из трех последовательно соединенных секторов, каждый из которых уложен на тороидальную катушку по образующей поверхности тора, отличающийся тем, что внутренний и внешний радиусы катушки относятся как: R1:R2=1:0,577, а ширина секторов обмотки, размещенной на торе, соотносится с шириной зон, свободных от обмотки, по "золотому сечению": S₁:S₂=0,382:0,618.

В силу сложного химического состава барды, воздействие со стороны магнитного поля предполагается осуществлять только на воду. Рассматриваемая как жидкий кристалл водная молекула или их комплексы содержит ось симметрии третьего порядка (а снежинки даже шестого). Поэтому для создания условий объединения отдельных «частиц» воды в более крупные образования, в настоящем изобретении предлагается использовать электромагнит, создающий в каждой точке среды не только ось симметрии третьего порядка, а и линейные и угловые соответствия, характерные для жидких кристаллов воды.

Предлагаемый электромагнит, используемый для разделения жидких сред содержит обмотку (фиг.1), размещенную в виде трех секторов на тороидальной катушке. Внутренний и внешний радиусы катушки R1 и R2 соотносятся как 1:0,577 (фиг.4). Три сектора обмотки шириной S1, имеющие одинаковое число витков, соединены последовательно. Сектора уложены на поверхность тороидальной катушки вдоль образующей поверхности тора. Ширина сектора обмотки относится к ширине зоны, свободной от обмотки S2, по «золотому сечению» S1:S2=0,382:0,618.

Каждый сектор S1 представляет собою образующую поверхности тора (фиг.2 и фиг.3), расположенную на траектории движения точки по поверхности тора, возникающую в результате полного оборота точки вокруг внешней и внутренней осей одновременно и с одинаковой угловой скоростью. Три сектора расположены так, чтобы создать в центре тора ось симметрии третьего порядка. Для получения симметричного магнитного поля на сектора подается постоянный ток. На фиг.5 показана структура симметричного магнитного поля в центральном отверстии тора. Такая симметрия соответствует классу симметрии воды, рассматриваемой как жидкий кристалл. Вектора напряженности магнитного поля при выбранном соотношении R1 и R2 угловые характеристики, тождественные угловым характеристикам траекториям движения атомов внутри жидкого кристалла воды. В результате действия симметричного магнитного поля на структуру жидкого кристалла происходит объединение мелких жидких кристаллов воды во все более крупные (принцип П.Кюри) с их природной симметрией. Примеси при этом своеобразном росте вытесняются на поверхность «растущего» кристалла (факт, известный в минералогии уже давно) и таким образом, происходит разделение, например, барды на жидкую фазу и смесь гель-твердые частицы.

Если для разделения барды применять только симметричное магнитное поле, то разделение происходит в течение 1-1,5 часа. Для ускорения процесса разделения применено дополнительно электростатическое поле напряженностью не менее 300 В.

При значениях менее 300 В ускорения не происходит. Оптимальным является значение 5000-10000 В.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами.

Фиг.1 - общий вид электромагнита с тремя токоведущими S1 секторами.

Фиг.2 - форма образующей тора (а) вид сбоку.

Фиг.3 - форма образующей тора (а) вид сверху.

Фиг.4 - тор с выбранным соотношением внешнего R1 и внутреннего R2.

Фиг.5 -структура магнитного поля в центральном отверстии тора при заданном направлении движении тока I по секторам.

Фиг.6 - схема расположения емкости с жидкой средой (бардой) по отношению к электромагниту и электродам.

Электромагнит 1 (фиг.1) для создания структурированного (симметричного) магнитного поля с осью симметрии 3 его порядка в качестве каркаса содержит тороидальную катушку 2 (изготовленную из немагнитного материала), радиусы которой R1 и R2 (фиг.4) относятся как: R1:R2=1:0,577 и обмотку 3, уложенную тремя токоведущими секторами, соединенными последовательно на тороидальной катушке 2. Последовательно соединенные сектора уложены на катушку по образующей поверхности тора. Их ширина с шириною зон, свободных от обмотки, относятся по « золотому сечению»: S1:S2=0,382:0,618. Размер R1 - 20 см. Токоведущие сектора изготавливали из медной шины.

Устройство (фиг.6) для разделения жидкой среды (барды) на воду и смесь гель-твердые частицы содержит электромагнит 1, емкость 4, выполненную из немагнитного материала (стекло) для жидкой среды и снабженную заливными патрубками для заливки жидкой среды (барды) вверху и соответственно сливными патрубками внизу емкости, на торцах емкости 4 размещены электроды (обкладки конденсатора) 5 для создания электростатического поля; устройство также содержит источники питания 6 для питания электромагнита и 7 для создания электростатического поля. Емкость 4 расположена в центральном отверстии тора 2, как можно плотнее к токоведущим секторам обмотки 3.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1

Жидкая среда (барда) непосредственно из технологической линии (имеющая температуру 70-90°С) заливается (фиг.6) в емкость (от 100 г до 1,5 литров) 4. Затем подключают электромагнит 1 к источнику питания 6 постоянного тока (50-70 А). Разделение барды на фазы проходит в течение 1-1,5 часов.

Под действием сил гравитации и полей смесь гель-твердые частицы уходит на дно емкости, а вода скапливается в верхней части емкости.

После оседания смеси (гель-твердые частицы) воду (жидкую фазу) сливают через верхний кран 8 емкости 4, а смесь (гель-твердые частицы) через нижний кран 9.

Пример 2

Для ускорения процесса разделения одновременно с экспонированием в магнитном поле по примеру 1 дополнительно подают постоянное напряжение 3000 В на электроды 5.

Барду экспонируют в полях в течение 20-30 мин. Соотношение объема очищенной воды и смеси гель-твердые частицы соответственно составляет 70% и 30%.

Пример 3.

Для ускорения процесса разделения одновременно с экспонированием в магнитном поле по примеру 1 подают постоянное напряжение 10000 В на электроды 5. Барду экспонируют в полях в течение 15-20 мин. Соотношение объема очищенной воды и смеси гель-твердые частицы соответственно составляет 70% и 30%.

1. Способ обработки жидкой среды, преимущественно барды, включающий разделение ее на жидкую фазу и смесь гель-твердые частицы, отличающийся тем, что разделение осуществляют путем экспонирования жидкой среды в симметричном магнитном поле с осью симметрии третьего порядка, создаваемом электромагнитом, содержащим обмотку, размещенную на тороидальной катушке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для экспонирования жидкой среды ее размещают в емкости из немагнитного материала, которую устанавливают в отверстии тороидальной катушки электромагнита.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в процессе экспонирования жидкой среды в симметричном магнитном поле с осью симметрии третьего порядка ее дополнительно подвергают воздействию электростатического поля.

4. Электромагнит для создания симметричного магнитного поля с осью симметрии третьего порядка, содержащий обмотку, размещенную на тороидальной катушке, состоящую из трех последовательно соединенных секторов, каждый из которых уложен на тороидальную катушку по образующей поверхности тора, отличающийся тем, что внутренний и внешний радиусы катушки относятся как: R1:R2=1:0,577, а ширина секторов обмотки, размещенной на торе, соотносится с шириной зон, свободных от обмотки, по "золотому сечению": S₁:S₂=0,382:0,618.