Anwendung magnetischer Felder für technologische Zwecke

Aus technologischen Gründen werden Magnetfelder hauptsächlich verwendet für:

• Einwirkung auf Metall und geladene Teilchen,

• Magnetisierung von Wasser und wässrigen Lösungen,

• Auswirkungen auf biologische Objekte.

Im ersten Fall Magnetfeld Es wird in Separatoren zur Reinigung verschiedener Lebensmittelmedien von metallischen ferromagnetischen Verunreinigungen und in Geräten zur Trennung geladener Partikel verwendet.

Im zweiten Fall mit dem Ziel, die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Wasser zu verändern.

Im dritten geht es darum, die Prozesse biologischer Natur zu kontrollieren.

In Magnetabscheidern mit Magnetsystemen werden ferromagnetische Verunreinigungen (Stahl, Gusseisen etc.) aus der Schüttmasse abgeschieden. Es gibt Trennzeichen mit Permanentmagnete und Elektromagnete. Zur Berechnung der Hubkraft von Magneten wird eine aus der allgemeinen Elektrotechnik bekannte Näherungsformel verwendet.

Dabei ist Fm die Hubkraft, N, S der Querschnitt eines Permanentmagneten oder Magnetkreises eines Elektromagneten, m2, V die magnetische Induktion, T.

Entsprechend dem erforderlichen Wert der Hubkraft wird bei Verwendung eines Elektromagneten der erforderliche Wert der magnetischen Induktion, die Magnetisierungskraft (Iw), bestimmt:

wobei I der Strom des Elektromagneten ist, A, w die Anzahl der Windungen der Spule des Elektromagneten ist, Rm der magnetische Widerstand gleich ist

Dabei ist lk die Länge einzelner Abschnitte des Magnetkreises mit konstantem Querschnitt und Material, m, μk die magnetische Permeabilität der entsprechenden Abschnitte, H/m, Sk der Querschnitt der entsprechenden Abschnitte, m2, S ist der Querschnitt des magnetischen Kreises, m2, B ist die Induktion, T.

Der magnetische Widerstand ist nur für nichtmagnetische Abschnitte des Stromkreises konstant. Für magnetische Abschnitte wird der Wert von RM anhand der Magnetisierungskurven ermittelt, da μ hier eine variable Größe ist.

Permanentmagnetfeldabscheider

Die einfachsten und wirtschaftlichsten Separatoren sind Permanentmagnete, da sie keine zusätzliche Energie für den Antrieb der Spulen benötigen. Sie werden beispielsweise in Bäckereien eingesetzt, um Mehl von eisenhaltigen Verunreinigungen zu reinigen. Die Gesamthebekraft der Tonbandgeräte in diesen Separatoren sollte in der Regel mindestens 120 N betragen. In einem Magnetfeld sollte sich das Mehl in einer dünnen Schicht von etwa 6-8 mm Dicke mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr bewegen als 0,5 m/s.

Permanentmagnetabscheider haben auch erhebliche Nachteile: Ihre Hubkraft ist gering und lässt mit der Zeit aufgrund der Alterung der Magnete nach. Diese Nachteile haben Separatoren mit Elektromagneten nicht, da die darin verbauten Elektromagnete mit Gleichstrom betrieben werden. Ihre Hubkraft ist viel höher und kann über den Spulenstrom eingestellt werden.

In Abb. In Abb. 1 zeigt ein Diagramm eines elektromagnetischen Abscheiders für Massenverunreinigungen.Das Trennmaterial wird in den Aufnahmetrichter 1 geleitet und gelangt über das Förderband 2 zur Antriebstrommel 3 aus nichtmagnetischem Material (Messing etc.). Trommel 3 dreht sich um einen stationären Elektromagneten DC 4.

Durch die Zentrifugalkraft wird das Material in die Entladeöffnung 5 geschleudert, und die Eisenverunreinigungen „kleben“ unter der Wirkung des Magnetfelds des Elektromagneten 4 am Förderband und werden erst nach Verlassen des Wirkungsbereichs der Magnete von diesem gelöst fällt in die Entladeöffnung für Eisen- Verunreinigungen 6. Je dünner die Produktschicht auf dem Förderband, desto besser die Trennung.

Mithilfe von Magnetfeldern können geladene Teilchen in dispersen Systemen getrennt werden. Diese Trennung basiert auf Lorentzkräften.

Dabei ist Fl die auf ein geladenes Teilchen wirkende Kraft, N, k der Proportionalitätsfaktor, q die Teilchenladung, C, v die Teilchengeschwindigkeit, m/s, N magnetische Feldstärke, A / m, a ist der Winkel zwischen den Feld- und Geschwindigkeitsvektoren.

Positiv und negativ geladene Teilchen, Ionen werden unter der Wirkung von Lorentzkräften in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt, außerdem werden Teilchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auch in einem Magnetfeld entsprechend der Größe ihrer Geschwindigkeiten sortiert.

Reis. 1. Schema eines elektromagnetischen Abscheiders für Massenverunreinigungen

Geräte zur Magnetisierung von Wasser

Zahlreiche in den letzten Jahren durchgeführte Studien haben die Möglichkeit einer wirksamen Anwendung der magnetischen Behandlung von Wassersystemen – technischen und natürlichen Wässern, Lösungen und Suspensionen – gezeigt.

Bei der magnetischen Aufbereitung von Wassersystemen geschieht Folgendes:

• Beschleunigung der Koagulation – Adhäsion von in Wasser suspendierten Feststoffpartikeln,

• Bildung und Verbesserung der Adsorption,

• die Bildung von Salzkristallen beim Verdampfen nicht an den Gefäßwänden, sondern im Volumen,

• Beschleunigung der Auflösung von Feststoffen,

• Änderung der Benetzbarkeit fester Oberflächen,

• Änderung der Konzentration gelöster Gase.

Da Wasser an allen biologischen und den meisten technologischen Prozessen aktiv beteiligt ist, werden Veränderungen seiner Eigenschaften unter dem Einfluss eines Magnetfelds erfolgreich in der Lebensmitteltechnologie, Medizin, Chemie, Biochemie und auch in der Landwirtschaft eingesetzt.

Mit Hilfe der lokalen Konzentration von Stoffen in einer Flüssigkeit kann Folgendes erreicht werden:

• Entsalzung und Verbesserung der Qualität natürlicher und technologischer Gewässer,

• Reinigungsflüssigkeiten von suspendierten Verunreinigungen,

• Kontrolle der Aktivität von nahrungsphysiologischen und pharmakologischen Lösungen,

• Kontrolle der Prozesse des selektiven Wachstums von Mikroorganismen (Beschleunigung oder Hemmung der Wachstums- und Teilungsrate von Bakterien, Hefen),

• Kontrolle der Prozesse der bakteriellen Auswaschung von Abwasser,

• magnetische Anästhesiologie.

Die Steuerung der Eigenschaften kolloidaler Systeme, Auflösungs- und Kristallisationsprozesse wird verwendet, um:

• Steigerung der Effizienz der Eindickungs- und Filtrationsprozesse,

• Reduzierung von Salz-, Kalk- und anderen Ablagerungen,

• Verbesserung des Pflanzenwachstums, Steigerung ihres Ertrags und der Keimung.

Beachten wir die Merkmale der magnetischen Wasseraufbereitung. 1. Die magnetische Behandlung erfordert den obligatorischen Fluss von Wasser mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch ein oder mehrere Magnetfelder.

2.Die Wirkung der Magnetisierung hält nicht ewig an, sondern verschwindet einige Zeit nach dem Ende des Magnetfeldes, gemessen in Stunden oder Tagen.

3. Die Wirkung der Behandlung hängt von der Induktion des Magnetfelds und seinem Gradienten, der Durchflussrate, der Zusammensetzung des Wassersystems und der Verweildauer im Feld ab. Es ist zu beachten, dass zwischen dem Behandlungseffekt und der Größe der Magnetfeldstärke kein direkter Zusammenhang besteht. Die Neigung des Magnetfeldes spielt eine wichtige Rolle. Dies ist verständlich, wenn man bedenkt, dass die Kraft F, die von der Seite eines ungleichmäßigen Magnetfelds auf einen Stoff einwirkt, durch den Ausdruck bestimmt wird

Dabei ist x die magnetische Suszeptibilität pro Volumeneinheit der Substanz, H die magnetische Feldstärke, A / m, dH / dx der Intensitätsgradient

In der Regel liegen die Magnetfeldinduktionswerte im Bereich von 0,2–1,0 T und der Gradient beträgt 50,00–200,00 T/m.

Die besten Ergebnisse der magnetischen Behandlung werden bei einer Wasserströmungsgeschwindigkeit im Feld von 1–3 m/s erzielt.

Über den Einfluss der Art und Konzentration der im Wasser gelösten Stoffe ist wenig bekannt. Es wurde festgestellt, dass der Magnetisierungseffekt von der Art und Menge der Salzverunreinigungen im Wasser abhängt.

Hier sind einige Projekte von Anlagen zur magnetischen Aufbereitung von Wassersystemen mit Permanentmagneten und Elektromagneten, die durch Ströme unterschiedlicher Frequenz angetrieben werden.

In Abb. 2. zeigt ein Diagramm einer Vorrichtung zur Magnetisierung von Wasser mit zwei zylindrischen Permanentmagneten 3. Wasser fließt im Spalt 2 des Magnetkreises, der durch einen hohlen ferromagnetischen Kern 4 in einem Gehäuse L gebildet wird. Die Induktion des Magnetfelds beträgt 0,5 T. Das Gefälle beträgt 100,00 T/m. Die Spaltbreite beträgt 2 mm.

Reis. 2. Schema einer Vorrichtung zur Magnetisierung von Wasser

Reis. 3.Gerät zur magnetischen Aufbereitung von Wassersystemen

Mit Elektromagneten ausgestattete Geräte sind weit verbreitet. Ein Gerät dieser Art ist in Abb. dargestellt. 3. Es besteht aus mehreren Elektromagneten 3 mit Spulen 4, die in einer diamagnetischen Beschichtung 1 angeordnet sind. All dies befindet sich in einem Eisenrohr 2. Wasser fließt in den Spalt zwischen Rohr und Körper, geschützt durch eine diamagnetische Abdeckung. Die Stärke des Magnetfeldes in diesem Spalt beträgt 45.000–160.000 A/m. Bei anderen Ausführungen dieser Geräteart werden die Elektromagnete von außen auf das Rohr aufgesetzt.

Bei allen betrachteten Geräten fließt das Wasser durch relativ enge Spalten und wird daher vorab von festen Suspensionen gereinigt. In Abb. 4 zeigt ein Diagramm einer Vorrichtung vom Transformatortyp. Es besteht aus einem Joch 1 mit elektromagnetischen Spulen 2, zwischen deren Polen ein Rohr 3 aus diamagnetischem Material verlegt ist. Das Gerät dient der Behandlung von Wasser oder Zellulose mit wechselnden oder pulsierenden Strömen unterschiedlicher Frequenz.

Hier werden nur die typischsten Gerätedesigns beschrieben, die in verschiedenen Produktionsbereichen erfolgreich eingesetzt werden.

Magnetfelder beeinflussen auch die Entwicklung der lebenswichtigen Aktivität von Mikroorganismen. Die Magnetobiologie ist ein sich entwickelndes wissenschaftliches Gebiet, das zunehmend praktische Anwendungen findet, unter anderem in den biotechnologischen Prozessen der Lebensmittelproduktion. Der Einfluss konstanter, variabler und pulsierender Magnetfelder auf die Reproduktion, morphologische und kulturelle Eigenschaften, den Stoffwechsel, die Enzymaktivität und andere Aspekte der Lebensaktivität von Mikroorganismen wird aufgezeigt.

Die Wirkung magnetischer Felder auf Mikroorganismen, unabhängig von ihren physikalischen Parametern, führt zu einer phänotypischen Variabilität morphologischer, kultureller und biochemischer Eigenschaften. Bei einigen Arten können sich durch die Behandlung die chemische Zusammensetzung, die Antigenstruktur, die Virulenz, die Resistenz gegen Antibiotika, Phagen und UV-Strahlung verändern. Manchmal verursachen Magnetfelder direkte Mutationen, häufiger wirken sie sich jedoch auf extrachromosomale genetische Strukturen aus.

Es gibt keine allgemein anerkannte Theorie, die den Mechanismus des Magnetfelds auf die Zelle erklärt. Wahrscheinlich beruht die biologische Wirkung magnetischer Felder auf Mikroorganismen auf dem allgemeinen Mechanismus der indirekten Beeinflussung durch den Umweltfaktor.