КАТАЛОГ

АППАРАТ ВИХРЕВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ АВЭП (АВС)                  

 

 

АППАРАТ ВИХРЕВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ АВЭП (АВС)

Назначение:  для более интенсивного проведения разных физических и химических процессов.

Аппараты герметичны, не имеют динамических уплотнителей

Аппараты АВЭП (АВС-100) состоят:

- Устройство электромагнитное

- Система охлаждения

- Рабочая камера

 - Пульт управления.

 

 

 

 

 

 

 

avs2            avs3

Рис.1 Аппарат АВЭП (АВС)-100. Внутренний диаметр расточки индуктора 100мм., диаметр рабочей камеры 90 мм: 1 – корпус индуктора; 2 – индуктор ЭМП; 3 – рабочая камера; 4-пульт управления

avs4 

Рис. 2 Аппарат АВЭП (АВС)-150. Внутренний диаметр расточки индуктора 150мм., диаметр рабочей камеры 136 мм: 1 – корпус индуктора; 2 – индуктор ЭМП; 3 – рабочая камера; 4-блок управления

В аппарате АВЭП (АВС) -150 пульт управления и система охлаждения выполнены в виде отдельного блока.

Аппараты АВЭП (АВС)  надежны в эксплуатации,  установка в производственных помещениях не требует каких-либо специальных фундаментов. При последовательном или параллельном расположении аппаратов можно обеспечить требуемую производительность всей техно­логической линии.

Интенсификация процессов в АВЭП (АВС) производится интенсивным смешиванием и диспергированием обрабатываемых компонентов, с помощью процессов акус­тической и электромагнитной обработки, высокого локального давления и электролиза.

Аппараты АВЭП (АВС)  находят применение в разных отраслях промышленности: в строительной, машиностроительной, химической, сельскохозяйственной, пищевой, горнодобывающей, в фармакологии.

Применение:

- Получение различных многокомпонентных суспензий и эмульсий

- Ускорение про­цессов получения тонкодисперсных смесей

- Активация веществ как в сухом состоянии, так и в виде водных дисперсий для физико-механических свойств резины и сокращению времени вулканизации;

- Очистка промышленных сточ­ных вод от таких вредных веществ, как фенол, формальдегид, тяжелые металлы, мышьяк, цианистые соединения

- Ускорение процессов тепловой обработки,  получение бел­ковых веществ из дрожжевых клеток;

- Повышение микробиологической стабильности продуктов питания и активации дрожжей в хлебопекарном производстве;

- Повышение качества полуфаб­рикатов и готовой продукции из мяса и рыбы;

- Ускорение процессов экстракции, в том числе при приготовлении бульонов, производстве ягодных напитков (соков), пектина и т. д;

- Получение суспензий и эмульсий повышенной микробиологической безопасности в пищевой промышленности без использования добавок-стабилизаторов

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Характеристика аппарата

Типы аппаратов

АВЭП-100 (АВС)

АВЭП-150 (АВС)

  Производительность              максимальная, м3/час

  – при очистке сточных вод

12

30

  – при получении суспензии

5

15

  Рабочее давление, МПа (кгс/   см2), не более:

0,25 (2,5)

  Диаметр рабочей зоны, мм

90

136

  Магнитная индукция в      рабочей зоне, Т

0,15

0,15

  Электропитание

от сети переменного тока

  Частота, Гц

50

50

  Напряжение, В

380

380

  Скорость вращения      магнитного поля в рабочей    камере, об/мин

3 000

3 000

  Потребляемая мощность,    кВт

4,5

9,5

  Габаритные размеры, мм

  – апарата

1200×900×1610

1300×1100×1 690

  – блока управления

1 060×1030×1 900

  Маса, кг

  – аппарата

  – блока управления

520

500

450

Принцип действия аппарата основан на преобразовании энергии электромагнитного поля в другие виды энергии.

 

Аппарат АВЭП (АВС) состоит из рабочей камеры (трубопровода) диаметром 90–136 мм, которая находится в индукторе вращающегося электро­магнитного поля. В рабочей зоне камеры установлены цилиндрические ферромагнитные элементы диаметром 0,5–5 мм и длиной 5–60 мм. Количество ферромагнитных элементов варьируется от нескольких десятков до нескольких сотен штук (0,05–5 кг) в зависимости от объёма рабочей зоны аппарата (рис. 3).

avs5

Рис. 3. Схема электромагнитного аппарата с вихревым слоем: 1 – защитная втулка; 2 – индуктор вращающегося электромагнитного поля; 3 – корпус индуктора; 4 – рабочая камера с немагнитного материала; 5 – ферромагнитные элементы

 

Основные узлы электромагнитных аппаратов с вихревым слоем:

- Индуктор вращающегося электромагнитного поля с системой охлаждения

- Рабочая камера с ферромагнитными элементами (рис. 3).

В результате действия электромагнитного поля  ферромагнитные элементы создают вихревой слой (рис. 4).

avs6

Рис. 4. Фотография вихревого слоя (снимок камерой СКС-1М 1000 кадров/с)

 

При производстве электромагнитных аппаратов на соответствующую учитываются параметры магнитного поля в рабочей зоне аппарата и геометрические размеры рабочей камеры. Магнитное поле индуктора определяется напряженностью, которая определяется геометрическими размерами контура и значением тока, ее размерность (А/м). Основным параметром силового взаимодействия магнитного поля с электрическим током является магнитная индукция.

Напряженность электромаг­нитного поля в рабочей зоне аппарата АВЭП (АВС) зависит от технических характеристик аппарата, определяющих его назначение и может варьироваться в пределе от 6,4×104до 20,0×10А/м.

Одной из самых важных технических характеристик индуктора является его длина и диаметр расточки.

При соотношении длины индуктора (lин) к его диаметру расточкиDиндо значения 0,3 ток явнополюсного индуктора меньше, чем неявнополюсного. При больших значениях меньший ток потребляет индуктор в неявнополюсном исполнении.

 

В аппаратах АВЭП (АВС) устанавливаются индукторы с явнополюсным исполнением, потребляющие меньший ток по сравнению с неявнополюсным (рис. 5).

 avs7 

Рис. 5. Значение необходимого тока который потребляетсяобмотками индуктора для получения необходимой индукции в центре его расточки: 1 – неявнополюсный индуктор, 2 – явнополюсный индуктор

В ходе технологических процессов очень важна равномерность  магнитного поля в радиальном и продольном сечении рабочей камеры аппарата.

На рис. 6 представлены зависимости основных характе­ристик и величин магнитной индукции вдоль образующей расточки индуктора с диаметром расточки 100 мм и соотношениемlинд./Dинд. 1.

avs8

Рис. 6. Зависимость основных характеристик явнополюсного индуктора вращающегося электромагнитного поля от напряжения, которое подается на обмотки (диаметр расточки – 100 мм, длина сердечника – 100 мм)

Потребление энергии в индукторе зависит от его внутренних геометрических размеров и величины напряженности.

Потребление энергии в рабочей камере определяется ее конструкцией, материалом и толщиной стенки и не зависит от величины напряженности магнитного поля. Для снижения уровня потребления в аппаратах АВЭП (АВС) корпус рабочей камеры изготовлен из немагнитного материала (нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т). Рабочая камера для АВЭП (АВС) конструируется в зависимости от требований проводимых технологических процессов. 

Для проведения жидко-фазных процессов для удержания ферромагнитных частиц в рабочей зоне  по торцам сменной втулки, или только на выходе могут устанавливаются специальные решетки-уловители (рис. 7) или специальные лабиринты для обработки волокнистых веществ.

avs9 Рис. 7. Общий вид рабочей камеры АВЭП (АВС) для проведения жидко-фазных процессов: 1 – камера; 2 – сменная втулка; 3– решетки уловители; 4 – бигельное устройство

Измельчение и перемешивание компонентов может происходить также при помощи специальных ножей

(рис. 8), трубок (рис. 9), или ротора (рис. 10) и решетки выполняют функцию фильтров-сепараторов.

avs10

Рис. 8. Общий вид рабочей камеры АВЭП (АВС) перемешивание и измельчение продукта за счет ножей: 1 – ножи; 2 – камера; 3– сетка-фильтр; 4 – сменная втулка

avs12

Рис. 9. Общий вид рабочей камеры АВЭП (АВС) перемешивание и измельчение продукта за счет трубок: 1 – камера; 2 – сетка-фильтр; 3 – сменная втулка; 4 – трубки; 5 – трубка-фильтр

avs13

Рис. 10. Общий вид рабочей камеры АВЭП (АВС) перемешивание продукта за счет ротора: 1 – камера; 2– бронзовые втулки (смазываются и охлаждаются за счет обрабатываемой жидкости); 3 – крышка; 4 – ротор

    Материалом для изготовления ферромагнитных цилинд­рические элементов, ножей и трубок служат углеродистые стали, никель и любые ферромагнитные металлы.

    Цилиндрические  ферромагнитные элементы изготавливаются из сварочной проволоки Св. 08Г2С ГОСТ2246-60, пружинной ГОСТ9389-60, никелевой НП-2) или используются  ролики игольчатых подшипников (сталь ШХ15).

    При необходимости  для исключения контакта материала ферромагнитных элемен­тов с обрабатываемыми компонентами, наносится покрытие полимерным материалом (полиэтиленом, поливинил­хлоридом, фторопластом и т.д.).

Помещение ферромагнитных элементов в рабочую зону производится посредством электромагнитного дозатора (рис11):

avs14

Рис. 11. Общий вид дозатора феромагнитных элементов: 1 – камера загрузки феромагнитных элементов; 2– электромагнит; 3 – крышка;   4 – корпус электромагнита; 5 – камера подачи феромагнитных элементов в АВЭП (АВС)

При размещении рабочей камеры с ферромагнитными элемен­тами в индукторе вращающегося электромагнитного поля расход активной мощности в аппарате существенно увеличивается и энергия тратится на их нагревание, а также на процессы, которые происходят в вихревом слое при обработке компонентов. На расход активной мощности аппарата оказывает влияние количество ферромагнитных элементов в рабочей камере и их маг­нитные свойства (рис. 12, табл. 1). Геометрические размеры ферромагнитных элементов имеют незначительное влияние, а обрабатываемая в рабочей камере суспензия не влияет на расход активной мощности.

avs15Рис. 12. Влияние массы и геометрических размеров ферромагнитных элементов на расход активной мощности в АВЭП (АВС) (диаметр расточки индуктора 100 мм, ферромагнитные элементы с пружинной проволокиd = 2 мм): 1 – при разной длине ферромагнитных элементов; 2 – при разной концентрации суспензии целлюлозы

 

Таблица 1

 

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ АВЭП (АВС) (ДИАМЕТР РАСТОЧКИ ИНДУКТОРА 100 ММ, НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В РАБОЧЕЙ КАМЕРЕН = 12,0 · 104А/М; ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ:D = 1,6 ММ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС: ОБРАБОТКА 3 % СУСПЕНЗИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ)

Масса ферро­магнитных элементов в рабочей камере, г

Расход активной мощности аппарата при использовании ферромагнитных элементов
с разного материала, кВт

Сталь 65 Г

Сталь 08Г2С

Сталь ШХ-15

никель НП-2

0

2,40

2,40

2,40

2,40

100

2,88

2,88

2,74

2,56

200

3,36

3,28

3,08

2,72

300

3,76

3,76

3,41

2,88

400

4,08

4,08

3,75

2,96

Активная мощность, тратится на получение вихревого слоя, а также выполнения им соответствующей работы. Она является непостоянной величиной и по большей части зависит от материала ферромагнитных элементов и их количества в рабочей камере. Для ферромагнитных элементов из углеродистой стали  значение активной мощности находится в пределах 1,43–3,6 кВт/кг и зависит от конструктива индуктора ЭМП (табл. 1).

До 48 % активной мощности вихревого слоя тратится на выделение тепла, на процесс переме­шивания и измельчения (до 35 %). Взаимодействие ферро­магнитных элементов между собой и сменной втулкой даёт разницу потенциалов (до 17 мВ), которая имеет импульсный характер с частотой 4–10 мкс. Это приводит к возникновению процесса электролиза в электропроводных средах, на электролиз тратится до 15 % мощности вихревого слоя и только около 2 % энергии тратится на получение высокочас­тотного МП и акустических колебаний в рабочей среде.

От ферромагнитных элементов в ЭМП аппарата зависят  факторы, влияющие на ход технологических процессов и на их конечный результат. Для  каждого процесса определяется  оптимальная скорость  движения ферромагнитных элементов,  для получения необходимого давления, а также частота соударений ферромагнитных элементов. Полученные данные показывают, что частота колебаний элементовfи частота их ударов n зависит от плотности вихревого слоя   то есть коэффициента заполнения рабочей камеры ферромагнитными элементами. Коэффициент заполнения рабочей камеры ферромагнитными элементами определяется отношением суммарного объема ферромагнитных частиц в вихревом слое к объему рабочей зоны камеры.

Интенсивность действия на компоненты обрабатываемых веществ (частоту колебаний и ударов, величину угловой скорости элементов) можно изменять путем изменения напряженности наружного электромагнитного поля в зависимости от требований техно­логического процесса (табл.2).

 

Таблица 2

ЗАВИСИМОСТЬ ЧАСТОТЫ И СКОРОСТИ УГЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ  ФЕРРОМАГНИТНОГО ЭЛЕМЕНТА ОТ НАПРЯЖЕННОСТИ НАРУЖНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Показатели

Напряженность электромагнитного поля Н·10–3, А/м

120

135

150

165

180

200

  Количество ударов/с

362

410

476

538

564

646

  Частота колебания        элемента f, Гц

332

350

380

412

448

490

  Максимальная угловая    скорость элемента в    момент удара

1 992

2 080

2 124

2 228

2 246

2 359

К1– коэффициент сопротивления (определяется экспериментально) (для воды К1= 1,31)

Исходя из размеров ферромагнитных элементов, поверхность контакта двух ферромагнитных элементов во время столкновения равна (1…5)·10–6м2; а субстанция, которая во время столкновения находится между двумя ферромагнитными элементами, находится под давлением до 300 МПа, что  приводит к изменению напряжения в материале обрабатываемого вещества. Этим объясняется значительный эффект вихревого слоя при получении тонкодисперсных эмульсий и суспензий.

Интенсивное движение ферромагнитных элементов в рабочей камере возможно только при определенном их количества. Превышение их количества в рабочей камере приводит к остановке их движения и выносу их из-под действия электромагнитного поля. Основным критерием оценки условий, при которых ферромагнитные элементы перестают интенсивно двигаться в рабочей зоне, является критический коэффициент заполнения рабочей камеры ферромагнит­ными элементами.

Коэффициент заполнения рабочей камеры для ферромагнитных элементов цилиндрической формы: f1

гдех– магнитная восприимчивость материала ферромагнитных элементов;

l /d– параметрический критерий подобности (где  – длина ферромагнитного элемента,d – диаметр элемента);

Iz– момент инерции элемента;

V– объем одного элемента;

Н– напряженность магнитного поля;

f2– вязкость среды;

p– плотность среды.

Точно определить этот коэффициент практически невозможно из-за количества переменных, поэтомуКкрпроще определять экспериментально, пользуясь зависимостью:

f3

гдеVф.ел– суммарный объем всех ферромагнитных элементов, после окончания интенсивного движения в рабочей камере.

VK– внутренний объем рабочей зоны, который при скорости потока до 0,2 м/с определяется как объем, который находится в зоне действия вращающегося магнитного поля.

На рис. 13 показаны значенияКкрдля ферромагнитных элементов из пружинной проволоки в зависимости от их диаметра, соотношения l /d и от напряженности электромаг­нитного поля в рабочей зоне аппарата АВЭП (АВС) при обработке суспензии целлюлозы.

avs16

Рис. 13. Зависимость критического коэффициента заполнения рабочей камеры ферромагнитными элементами от их геометрических размеров при разной концентрации целлюлозы и диаметра ферромагнитных элементов: а – 1,2 мм; б – 1,6 мм; в – 2 мм; (напряженность ЭМП 10,8 · 10А/м)

Данные зависимости показывают, что для ферромагнитных элементов диаметром 1,2–2 ммККР максимальное значение достигается при соотношенииl/d = 8-10. Суспензия целлюлозы (до определенной концентрации), позитивно влияет на стабильность работы вихревого слоя, что подтверждается правильным выбором в определенииКкрэкспериментальным путем. Также экспериментальным путем устанавливается зависимость от величины напряженности ЭМП в рабочей камере. Полученные результаты показывают, что максимальное значениеКкрдостигается при напряженности ЭМП в пределах 15,5·104…18,5·10А/м и концентрации целлюлозы 4 %.

Для обеспечения необходимой интенсивности движения ферромагнитных элементов в вихревом слое при увеличении концентрации целлюлозы необходимо увеличивать напряженность электромагнитного поля в рабочей зоне аппарата. Одновременное увеличение напряженности магнит­ного поля и увеличение количества ферромагнитных элементов в рабочей камере приводит к увеличению частоты действия ферромаг­нитных элементов на суспензию целлюлозы в 3,5 раза.

На характер обработки многокомпонентных жидкостных систем в АВЭП (АВС) влияет интенсивность движения ферромагнитных элементов в рабочей камере. При применении аппаратов в беспрерывных технологических процессах, скорость потока влияет на режим работы вих­ревого слоя при перемешивании и диспергировании компонентов. Вихревой слой ферромагнитных элементов может существовать до определенной скорости потока и при дальнейшем ее увеличении приводит к выносу ферромагнитных элементов из рабочей камеры, а при расположении препятствующих выносу устройств – до получения дисков (критический режим работы вихревого слоя).

Теоретически рассчитать влияние потока жидкости на эффектив­ность работы вихревого слоя практически невозможно, поэтому результаты целесообразно получать именно экспериментальным путем.

Рассмотрим  экспериментальные опыты на аппаратах модели АВЭП (АВС)-100 и АВЭП (АВС)-150:

Критическая скорость, после которой наступает критический режим вихревого слоя, определяется из соотношения:

f4

гдеQmax – производительность аппарата, при которой начинается вынос ферромагнитных элементов из рабочей камеры, м3/с;

S– площадь поперечного сечения рабочей камеры, м2.

Но и при скоростях меньших,эффективность работы вихревого слоя тоже падает, так как это при­водит к уплотнению вихревого слоя и, как следствие, к уменьшению эффективной длины рабочей камеры.

Исследования были проведены с использованием ферромагнитных элементов из углеродистой качественной  конструкционной стали марки 65Г, легированных конструкционных сталей марки ШХ15, свароч­ной проволоки      Св 08Г2С (диаметр 1,2; 1,6; 1,8; 2,0; 3,0 мм) при соотношении длины к диаметру 5–15. Масса ферромагнитных элементов в рабочей камере изменялась таким образом: для аппарата АВЭП (АВС)-100 в пределах 50–350 г, а для аппарата АВЭП (АВС)-150 соответственно 200–900 г, что соотвествовало коэффи­циенту заполнения рабочей камеры 0,014–0,084 и вязкости среды.

avs17Рис.14. Зависимость критической скорости потока от коэффициента заполнения рабочей камеры ферромагнитными элементами (мм; А/м) ферромагнитные элементы: а – сталь 08Г2С,  мм; б – сталь ШХ15,  мм

avs18

Рис. 15. Зависимость критической скорости потока от коэффициента заполнения рабочей камеры ферромагнитными элементами (Dвн= 121 мм, Н = 12,3×104А/м, ферромагнитные элементы: сталь 08Г2С,d= 1,6 мм)

Критическая скорость потока незначительно зависит от от геометрических размеров ферромагнитных элементов и растет с увеличением диаметра ферромаг­нитных элементов.

avs19Рис. 16. Зависимость критической скорости потока от соотношенияl/dдля разных диаметров ферромагнитных элементов (Dвн= 76 мм; Н = 11,8.104А/м); ферромагнитные элементы: сталь 08Г2С,m= 150 г)

При уменьшении коэффициента заполнения рабочей камеры ферро­магнитными элементами гидравлическое сопротивление вихревого слоя снижается, а значения критической скорости потока возрастают. Это значит, что независимо от диаметра рабочей камеры, параметров ферромагнитных элементов (материала из которого они изготовлены, их диаметра, соотношения ) и напряженности электромагнитного поля индук­тора, критическая скорость потока через АВЭП (АВС) при увеличении коэффициента заполнения рабочей каме­ры ферромагнитными элементами снижается.

При увеличении вязкости среды, сила действия потока жидкости на вихревой слой пропорциональна вязкости среды. С ростом вязкости среды, критическая скорость потока уменьшается (рис. 17).

avs20

Рис. 17. Зависимость критической скорости потока от  динамического коэффициента вязкости среды (Dвн= 76 мм; Н = 11,8 · 104А/м; ферромагнитные элементы: сталь 08Г2С,d= 2 мм,l/d= 10)

 

Также критическая скорость зависит от силы удержания ферромагнитных элементов в рабочей камере АВЭП (АВС), она обусловлена величиной магнитной индукции электромагнитного поля и магнитным момен­том самого элемента. Критическая скорость потока прямо пропорциональна величине магнитной индукции. В то же время, следует отметить, что при увеличении маг­нитной индукции, независимо от силы действия потока на вихревой слой, увеличивается вынос ферромагнитных элементов из рабочей камеры за счет увеличения сил соударения ферромагнитных элементов между собой и со стенкой рабочей камеры. Также при увеличении диаметра рабочей камеры значение критической скорости потока через АВЭП (АВС) уменьшается при одной и той же величине индукции (рис. 18 — 19).

avs21

 

Рис. 18. Зависимость критической скорости потока от величины магнитной индукции при разных коэффициентах заполнения рабочей камеры ферромагнитными элементами: а –Dвн= 76 мм; ферромагнитные элементы: сталь 08Г2С, d= 1,6 мм,l/d= 10; б –Dвн= 121 мм; ферромагнитные элементы: сталь 08Г2С,d= 2 мм,l/d= 10

avs22

Рис. 19. Зависимость критической скорости потока от величины магнитной индукции при разных соотношенияхl/d(Dвн= 76 мм; ферромагнитные элементы: сталь 08Г2С,d= 1,6 мм, m = 100 г)

Результаты проведенных испытаний исследований доказывают, что критическая скорость потока среды через АВЭП (АВС) имеет зависимость от магнитных свойств ферромагнитных элементов, от гидравлического сопротивления вихревого слоя, силы действия потока на слой и от силы удержания ферромагнитных элементов магнитным полем. Гидравлическое сопротивление вихревого слоя при постоянной скорости потока зависит от коэффи­циента заполнения рабочей камеры и геометрических размеров ферромаг­нитных элементов.

Аппараты АВЭП (АВС) с вертикальным расположением рабочей камеры имеют выше значения критической скорости потока в сравнении с горизонтальным (рис. 20).

avs23

Рис. 20. Зависимость критической скорости потока от коэффициента заполнения рабочей камеры ферромагнитными элементами (Dвн= 121 мм; Н = 12,3 · 104А/м; ферромагнитные элементы: сталь 08ГС,d= 2 мм,l/d= 10: 1 – горизонтальное расположение рабочей камеры; 2 – вертикальное расположение рабочей камеры

Для увеличения критической скорости потока жидкости через рабочую зону, производительности, на выходе с рабочей зоны устанавливаются решетки с отверстиями разного диаметра или заграждения в виде лабиринтов (рис. 21). Использование решеток (табл. 3) увеличивает значение критической скорости потока на 20–40 % в сравнении с работой вихревого слоя без них, а использование заграждения в виде лабиринта – до 15 %.

avs24

Рис. 21. Лабиринт 1 – камера; 2– сменная втулка; 3 – ферромагнитные элементы; 4 – лабиринт.

Таблица 3

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ  АППАРАТА НА КРИТИЧЕСКУЮ СКОРОСТЬ ПОТОКА ЖИДКОСТИ  (DВН= 121 ММ, Н = 12,3 · 104А/М, ФЕРРОМАГНИТНЫЕ  ЭЛЕМЕНТЫ: СТАЛЬ 08Г2С;D = 2,0 ММ;L/D= 10)

  Устройство для    ограничения рабочей зоны    вихревого слоя   Масса
ферромагнитных элементов m, г
Коэффициент
заполнения
рабочей камеры ферромагнитными элементами
Критическая
скорость
потока Vкр, м/с
       вид  общая  площадь  отверстий для  выхода потока  из рабочей  зоныFотв, мм2
Решетка (dотв = 8 м) 4 521,68 200 0,0147 1,02
300 0,0220 0,87
400 0,0294 0,78
600 0,0441 0,61
800 0,0588 0,56
900 0,0660 0,52
Лабиринт (ширина щели – 8 мм) 4 527,88 200 0,0147 0,77
300 0,0220 0,66
400 0,0294 0,60
600 0,0441 0,52
800 0,0588 0,48
900 0,0660 0,44

Повышение скорости потока жидкости связано с действительной плотностью вихревого слоя (табл. 4), определяющей интенсивность обработки компонентов и способствует увеличению силы действия его на вихревой слой в целом, вследствие чего он сжимается (уплотняется) по длине рабочей зоны.

Таблица 4

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПОТОКА ВОДЫ ЧЕРЕЗ АВЭП (АВС) И КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ НА УМЕНЬШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ДОЛИНЫ ЕГО РАБОЧЕЙ ЗОНЫ (DВН= 121 ММ, Н = 12,3 · 104А/М, ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ: СТАЛЬ 08Г2С;D = 2,0 ММ;L/D= 10)

Устройство для ограничения рабочей зоны вихревого слоя Коэффициент
заполнения
рабочей камеры ферромагнитными элементами
Скорость
потока V, м/с
Эффективная
длина
рабочей зоны
аппарата
Lоф; мм
вид общая площадь отверстий для выхода потока из рабочей зоны Fотв, мм2
Решетка (dотв= 8 мм) 4 521,68 0,0441 0,04 150
0,09 150
0,20 148
0,25 135
0,38 102
0,47 73
0,61 62
Лабиринт (ширина щели – 8 мм) 4 527,88 0,0441 0,04 150
0,09 150
0,25 118
0,38 100
0,52 83
Без ограничивающего устройства 11 493,185 0,0441 0,09 150
0,29 127
0,38 109
0,43 90

 

 

 

Для аппаратов с Dвн= 121 мм сжатие вихревого слоя происходит при скорости потока больше 0,2 м/с. Дальнейшее увеличение скорости потока на 0,1 м/с приводит к уменьшению длины слоя на 10–30 мм и

к повышению плотности и снижению эффективности действия ферромаг­нитных элементов на компоненты, которые обрабатываются в вихревом слое.

Величина критической скорости потока  зависит от значительного количества параметров:

f5

m – масса ферромагнитных элементов, г;

d – диаметр ферромагнитных элементов, м;

l – длина ферромагнитных элементов, м;

H – напряженность электромагнитного поля, А/м;

m – динамическая вязкость среды, (Н · с)/м2;

m/ – магнитная проницаемость материала ферромагнитных элементов, Гн/м2.

mкр – максимально возможная масса ферромагнитных элементов в вихревом слое (после которой наступает их вынос с рабочей зоны аппарата);

l/d – параметрический критерий ферромагнитных элементов.

Рекомендуется рабочий максимальный диапазон скоростей для проведения безпре­рывных технологических жидко-фазных процессов в АВЭП (АВС):

f6

Движение ферромагнитных элементов при условии их достаточного количества в рабочей камере и взаимодействия и сил сопротивления их движению, говорит о том, что они совершают механические колебания относительно вектора напряженности магнитного поля, а также магнитострикционные колебания в связи с их частыми столкновениями между собой и стенкой рабочей камеры, за счет магнитно-упругого эффекта при соударениях.

Механические и магнитострикционные колебания передаются среде, которая находится в зоне действия вихревого слоя и как следствие, в нем возникают акустические колебания. Поскольку в рабочей зоне аппарата находится большое количество ферромаг­нитных элементов, то в результате значение параметров акустической волны в любой точке рабочей зоны равняется сумме параметров для каждой волны отдельно.

Путем экспериментов доказано, что спектр частот зву­ковых волн в любой точке вихревого слоя непрерывен и варьируется в пределах от десятков периодов в секунду до нескольких мегагерц. 

avs25

 

Рис. 22. Зависимость максимальной амплитуды давления звуковой волны от соотношения  для никелевых ферромагнитных элементов диаметромd = 1 мм


 avs26

 

Рис. 23. Зависимость максимальной амплитуды давления звуковой волны от массы никелевых ферромагнитных элементов диаметромd = 1 мм и длиной  = 15 мм в рабочей камере диаметром 76 мм

На рис. 24 показана зависимость максимального значения параметра давления звуковой волны от частоты колебаний при различномном количестве ферромагнитных элементов в рабочей камере. Анализ полученных данных показывает, что в вихревом слое находится область с ярко выраженным максимумом давления в диапазоне частот от 10 до 15 кГц, а также происходит увеличение амплитуды давления на частотах более чем 90 кГц.

avs27

 

Рис. 24. Зависимость максимальной амплитуды давления звуковой волны от частоты колебаний для ферромагнитных элементов с никелевой проволоки диаметром d = 1 мми длиной = 15 мм

Под действием акустических волн на поверхности частичек твердой фазы на ферромагнитных элемен­тах и поверхности рабочей камеры, возникает кавитация, с которой связано появление в жидкости  ударных волн, которые обусловлены захлопыванием кавитационных пузырей в фазе сжатия акустической волны. Вблизи такого пузыря возникает давление в десятки тысяч атмосфер.

В процессе кавитации парогазовые пузыри имеют свою собственную частоту пульсаций, которая зависит от их размера и пульсирует в среде с частотой:

f7

где – отношения удельных теплоемкостей газа или пара, которыми заполняется пузырь;

o – поверхностное натяжение;

p – плотность жидкости;

r – радиус пузыря;

Рс – давление в среде.

Для каждого пузыря, в зависимости от его диаметра, есть своя резонансная частота. В вихревом слое спектр частот зву­ковых волн непрерывный. Кавитационные пузыри, возникающие в зонах разряжения звуковой волны, схлопываются в зонах давления. В процессе схлопывания их размер уменьшается, при этом частота колебаний их оболочки увеличивается. Так как спектр акустических колебаний в результате движения ферромагнитных элементов непрерыв­ный, то пузырь в процессе схлопывания всегда находится под действием меняющейся резонансной частоты. В процессе этого явления увеличивается количество выделенной удельной энергии в обрабатываемую среду, что может влиять на скорость разных физических и химических процессов при проведении их в АВЭП (АВС).

Акустические поля ультразвукового диапазона в водной среде влияют на волокна целлюлозы. При технологической обработке, на волокна целлюлозы поступают динамические нагрузки за счет акустического давления среды, кавитационных проце­ссов, резонансных колебаний газовых пузырей и термического воздействия в результате повышения температуры среды за счет поглощения этой средой акустической энергии. Воздействие на целлюлозу ультразвуком с частотой 23,6 кГц приводит к фибриллярному расслоению волокон. При низких частотах ультразвука вместе с  фибриллированием происходит разрушение волокон, а при средних и высоких частотах происходит мягкое наружное и внутреннее фибриллирование. Исходя из пози­тивного  влияния акустических колебаний среды на волокнистые материалы, были проведены эксперименты влияния акустических колебаний среды в АВЭП (АВС) на бумагосоздающие качества целлюлозы.Доказано, что степень помола целлюлозы, после акустической обработки, практически не изменилась, но на бумагосоздающие качества целлюлозы обработка повлияла (табл. 5) таким образом, что разрывная длина бумаги увеличилась на 10 %, сопротивление продавливанию и раздиранию на 25 % и 4,5 % .

Таблица 5

 

 

ВЛИЯНИЕ АКУСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СУСПЕНЗИИ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В АППАРАТЕ АВЭП (АВС)-100 НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БУМАГИ  (КОНЦЕНТРАЦИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ – 1,1 %)

Степень помола, °ШР Время обработки, с Вес1 м2
бумаги, г
Разрывная длина, м Сопротивление
продавли­ванию, МПа разди­ранию, Н
16 0 100 6 750 0,35 1,72
16 30 100 7 400 0,44 1,64