Спосіб визначення дії магнітного поля на водні системи

Винахід відноситься до області обробки води, зокрема, до магнітної обробки водних систем, і може бути використаний як спосіб оцінки дії магнітного поля на водну систему. Магнітне поле все частіше використовується у практиці водоочистки, водопідготовки, у теплоенергетиці і інших галузях хазяйства. Екологічність і простота реалізації омагнічування, роблять його особливо привабливим для обробки води. Існує кілька способів визначення дії магнітного поля на водні системи, які основані на зміні фізикохімічних властивостей, що відбуваються в результаті магнітної обробки. Відомий спосіб, за яким дію магнітного поля визначають за зміною кількості кристалів, що виділяються з розчину у звичайній і омагніченій воді [Татаринов Б.П., Ктиторов В.И. Исследование эффективности магнитной обработки воды // Передовой науч.-техн. и произв. опыт. - 1963. - №23-63-387/6. - С.11-14], [1]. Так як омагнічування впливає на зростання накипу, то відомо спосіб, за яким дію магнітного поля визначають за зміною кількості накипу, утворюваного при використанні звичайної і омагніченої води [Классен В.И. Омагничивание водных систем. - Москва: Химия, 1982. - 295с.], [2]. Визначення дії магнітного поля проводять також за зміною оптичної густини насичених розчинів легкорозчинних іонних сполук у звичайній і омагніченій воді [A. c. 1562326 СССР МКИ 5 С02F1/48 / Способ измерения эффективности магнитной обработки воды. Лазаренко Л.Н., Мамонтов О.И. №4469136/30-26; Заяв 27.07.88. Опубл.7.05.90. Бюлл. №17], [3]. Наведені вище способи є або трудомісткими, або потребують відносно складної апаратури. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю і досягаємому результату є спосіб визначення дії магнітного поля на воду [Пат. 32362 А Україна, 6 C02F1/48. Експрес-метод контролю магнітної водопідготовки. Баран Б.А. №99042305; Заявл.23.04.1999; Опубл. 15.12.2000. Бюл. №7-(ІІ)], [4]. Суть способу [4] полягає в наступному. Дію магнітного поля на воду визначають шляхом порівняння фізико-хімічних властивостей омагніченої і неомагніченої води, а саме, визначаючи швидкість проходження окислювально-відновної реакції, у якій окислювачами і відновниками можуть бути пари: тіосульфат - йод, глюкоза - перманганат. Реакція між тіосульфатом натрію і йодом у водному розчині проходить за рівнянням: 2S2O32-+J 2=S4O 62-+2J-. У ході реакції розчин знебарвлюється. У дві мірні колби на 50мл помішують по 0,25мл 0,01н. розчину Na2S2O3 і по декілька крапель розчину крохмалю, як індикатору. У одній колбі розчин доводять до відмітки неомагніченою дистильованою водою, а в другій - омагніченою. Після добавки 0,1мл 0,1н. розчину йоду вміст колби перемішують і зафіксовують час початку реакції. У омагніченій воді час знебарвлювання розчину скорочується. Аналіз проводять при кімнатній температурі. Час знебарвлювання можна фіксувати візуально або за допомогою фотоелектроколориметру (табл.1). У табл.1 наведена, узята з [4], залежність зміни оптичної густини D системи S2O3- - І 2 від часу у звичайній і омагніченій воді. Таблиця 1 t, хв. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Оптична густина, D Звичайна вода Омагнічена вода 0,52 0,17 0,46 0,15 0,40 0,11 0,36 0,06 0,33 0,03 0,29 0,25 0,21 0,16 0,12 0,07 0,03 Для узагальненої і порівняльної оцінки дії магнітного поля на водну систему, зміну якої-небудь фізикохімічної властивості, викликаної впливом магнітного поля, необхідно виразити у відносних величинах. Так, якщо при обробці водної системи без омагнічування відбулася зміна величини фізико-хімічного параметру (оптичної густини, маси, в'язкості, густини, і інш.) від b1 до b2, а в результаті омагнічування відбулася зміна того ж параметру від b3 до b4, то відносну зміну фізико-хімічного параметру внаслідок впливу магнітного поля можна виразити величиною Db: (1) Db=[(b3-b4)-(b1-b2)]100%/(b1-b2) Формула (1) дозволяє характеризувати чутливість способу визначення дії магнітного поля на водні системи: чим більша величина Db, тим вища чутливість способу визначення дії магнітного поля на водні системи. Для визначення ефективності відомого способу [4] нами були зроблені досліди по визначенню дії магнітного поля на водні системи. Як приклади, були взяті: 1. Розчин хлориду натрію концентрацією 0,5моль/дм 3. 2. Суспензія оксиду кремнію типу А-300, концентрацією 0,5%(мас). Дію магнітного поля при використанні способу [4] оцінювали порівнянням властивостей неомагніченого і омагніченого зразків, а саме, визначенням відносної зміни оптичної густини DD, яку розраховували за формулою, аналогічною (1): DD=(DD0-DDM)·100%/ADM, де DD0, DDM - оптична густина водної системи неомагніченого і омагніченого зразків, відповідно. У табл.2 приведені результати дослідів зміни оптичної густини при випробуванні способу [4]. Таблиця 2 № 1 2 3 4 5 6 Водна система Розчин NaCl, 0,5моль/дм 3 Суспензія А-300, 0,5%(мас) Поле, кЭ 0,5 5,0 10,0 0,5 5,0 10,0 Оптична густина водної системи через 5хв., при температурі 20°С Неомагнічена Омагнічена 0,59 0,58 0,59 0,58 0,59 0,54 0,85 0,84 0,85 0,83 0,85 0,82 DD, % 1,72 1,72 9,25 1,19 2,41 3,66 Як видно з даних табл.2, при використанні способу [4] визначення дії магнітного поля на водні системи, зміна DD після рекомендованих у [4] 5 хв., при напруженості магнітного поля від 0,5 до 10,0кЕ, для водного розчину NaCl, складає 1,72-9,25% і для водної суспензії А-300, складає 1,19-3,66%. З наведених даних по випробуванню способу [4] на зразках водних систем, витікає, що його основний недолік - мала чутливість методу (виражена відносною величиною оптичної густини DD) до дії магнітного поля на водні системи (представлені істинними розчинами і суспензіями). Недоліками відомого способу [4] також є: визначення дії магнітного поля можна проводити тільки в розчинах, вміщуючи пару окисник/відновник; аналіз необхідно проводити при кімнатній температурі. У основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб визначення дії магнітного поля на водні системи шляхом використання зміни фізико-хімічних властивостей, яка відбувається за рахунок електрохімічних процесів, спричинених дією магнітного поля на водну систему, що забезпечило б досягнення потрібного технічного результату - підвищення чутливості методу і розширення природи водних систем (розчини, суспензії). Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб визначення дії магнітного поля на водні системи, шляхом визначення фізико-хімічних характеристик омагніченої і неомагніченої водної системи, у якому, згідно винаходу, водн у систему пропускають через електропровідну пару зі швидкістю 0,5-1,5м/с, причому спочатку пропускають неомагнічену, а потім омагнічену водну систему, вимірюють масу електропровідної пари до і після обробки кожної водної системи, і, по зміні маси електропровідної пари, визначають дію магнітного поля на водну систему; при цьому використовують магнітне поле напруженістю 0,5-10,0кЕ, а як електропровідну пару використовують електропровідну трубку. Нами вперше запропоновано використати зміну фізико-хімічних властивостей водної системи, обумовлену її поляризацією у магнітному полі. Внаслідок поляризації у водній системі, як вважає заявник, протікають електрохімічні, у тому числі, електродні процеси. Електродні процеси призводять до суттєвої зміни маси електропровідної пари. Нами встановлено, що зміна маси електропровідної пари суттєво залежить від величини магнітного поля і швидкості рідини. Зміна маси електропровідної пари, залежність маси електропровідної пари від швидкості рідини і величини магнітного поля є суттєвими ознаками запропонованого способу і використані у запропонованому способі для визначення дії магнітного поля на водні системи (розчини, суспензії). Заявлена сукупність суттєвих ознак заявленого способу є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом результату - високої чутливості методу визначення дії магнітного поля на водні системи і використання більш широкого класу водних систем (розчини, суспензії). Спосіб реалізується наступним чином. Визначення дії магнітного поля на водну систему здійснюють у вимірювальній комірці, що являє собою трубку з неелектропровідного і немагнітного матеріалу. Вимірювальну комірку розташовують між полюсами магніту. Як магніт використовують електромагніт, що дозволяє створювати регульоване за величиною напруженості 0,5-10,0кЕ постійне магнітне поле. Розміри полюсів магніту повинні бути достатніми для забезпечення умови, за якою уся вимірювальна комірка знаходиться у однорідному магнітному полі. У вимірювальну комірку вміщують електропровідну пару, виконану у вигляді металевих (метал - мідь) пластин, що мають робочу поверхню 10-30см 2. Перед визначенням дії магнітного поля на водну систему зважуванням на аналітичних вагах визначають масу пластин електропровідної пари (gH). Потім вміщують пластини електропровідної пари у вимірювальну комірку. Через вимірювальну комірку, розташовану між полюсами магніту, при напруженості поля у межах 0,5-10,0кЕ, пропускають водну систему (розчин, суспензію) з швидкістю від 0,5 до 1,5м/с, протягом 60-120 хвилин. Після закінчення часу проведення процесу, виймають з вимірювальної комірки електропровідну пару, промивають її дистильованою водою, висушують при 100°С, охолоджують і зважують на аналітичних вагах (gК). Дію магнітного поля на водну систему оцінюють за зміною маси електропровідної пари DgM,яке дорівнює: DgM=gH-gК, де gH , gK - маса електропровідної пари на початку і в кінці досліду, відповідно. Досліди без омагнічування водної системи проводять при вимкненому полі електромагніту (0,0кЕ), витримуючи режим у часі і швидкості рідини. Зміна маси електропровідної пари у цьому випадку дорівнює, Dg0: Dg0=gH0-gK0, де gH0, gK0 - маса електропровідної пари на початку і в кінці досліду, при проведені досліду з виключеним електромагнітом. Для оцінки чутливості способу по визначенню дії магнітного поля на різні водні системи, використовують формулу (1), яка, стосовно до зміни маси електропровідної пари, має вигляд: DM=100%(DgM-Dg0)/Dg0, де DM - відносна зміна маси електропровідної пари (чутливість способу); Dg0, DgM - зміна маси електропровідної пари неомагніченої і омагніченої - водної системи, відповідно. Приклади виконання за винаходом Приклад 1. Для визначення дії магнітного поля на водну систему використовуємо електропровідну пару, виконану у вигляді металевих (метал - мідь) пластин, що мають робочу поверхню 24см 2. Зважуванням на аналітичних вагах визначаємо масу пластин електропровідної пари (gH). Маса пластин до омагнічування розчину дорівнює: gН=8,37450г. Вміщуємо пластини електропровідної пари у вимірювальну комірку, що являє собою трубку з неелектропровідного матеріалу. Через вимірювальну комірку, розташовану між полюсами магніту, при напруженості поля 10,0кЕ, пропускаємо з швидкістю 0,5м/с водний розчин NaCl концентрацією 0,5моль/дм 3, протягом 60хв. Потім виймаємо пластини електропровідної пари із комірки, промиваємо дистильованою водою, висушуємо и зважуємо (gК). Маса пластин після омагнічування розчину: gK=8,35950г. Зміна маси електропровідної пари внаслідок омагнічування розчину складає: DgM=|g H-gK|=15,0мг. Аналогічно виконуємо дослід з неомагніченим розчином: маса електропровідної пари до проведення досліду gH0=8,37450г. Маса після проведення досліду. gK0=8,37080г. Зміна маси внаслідок досліду з неомагніченою водною системою складає: Dg0=|g H0-gK0І=3,70мг. За зміною маси пари оцінюємо відносну величину DM (чутливість способу), яка дорівнює: DM=100%|(DgM-Dg0)|/Dg0 , де Dg0, DgM - зміна маси електропровідної пари неомагніченої і омагніченої водної системи, відповідно. У даному досліді величина DM (чутливість способу визначення дії магнітного поля на водні системи), розрахована за приведеною формулою, складає: DM=100%(15,0-3,7)/3,7=305% (див. табл.3, пр.10). Приклад 2. Для визначення дії магнітного поля на водну систему використовуємо електропровідну пару, за яку служить металева (метал - мідь) трубка. Зважуємо на аналітичних вага х металеву (мідну) тр убку, яка служить вимірювальною коміркою. Маса трубки дорівнює: gH=24,84550г. Пропускаємо з швидкістю 0,5м/с водну суспензію синтетичного оксиду кремнію (типу А-300) концентрацією 0,5%(мас) через комірку, розташовану між полюсами магніту при напруженості поля 0,5кЕ протягом 120хв. Після закінчення досліду важимо вимірювальну комірку. Маса після омагнічування суспензії: gK=24,83400г. Зменшення маси комірки внаслідок омагнічування суспензії дорівнює: DgM=|g HgК|=11,5мг. Аналогічно виконуємо дослід з неомагніченою суспензією: маса трубки до проведення досліду: gH0=24,84550г. Маса трубки після закінчення досліду: gK0=24,84245г. Зміна маси при проведенні досліду з неомагніченою водною системою дорівнює: Dg0=|g H0-gK0|=3,05мг. Величина чутливості методу (DM), визначена за зміною маси електропроводячої пари, яка відбулася за рахунок омагнічування водної системи, у даному досліді дорівнює: DM=100%(11,5-3,05)/3,05=277% (табл.3, пр.15). Результати прикладів 1, 2 свідчать про те, що під дією магнітного поля водна система взаємодіє з електропровідною парою, призводячи до зміни її маси. Показники запропонованого способу представлені у таблиці 3. Встановлено, що заявлені швидкість протікання водної системи через електропровідну пару, а також величина напруженості магнітного поля, вибрані з умов, які забезпечують ефективний перебіг електродних процесів, і, таким чином, суттєву зміну маси електропровідної пари, що призводить до підвищення чутливості визначення дії магнітного поля на водні системи, при цьому досягається розширення класу водних систем (табл.3, приклади 1-15). При проведенні процесу у магнітному полі з напруженістю нижче заявленої межі, наприклад, 0,3кЕ, внаслідок малої зміни маси електропровідної пари, похибка вимірів зростає на 20-25%, що приводить до зниження відтворення результатів визначення DM (табл.3, приклад 16). Аналогічні результати отримують при використанні швидкості пропускання водної системи через електропроводячу пару нижче заявленої межі, наприклад, 0,3м/с (табл.3, приклад 18). Обробка водної системи при напруженості магнітного поля вище заявленої межі, наприклад, 11кЕ, є економічно недоцільною, так як у цьому випадку підвищення напруженості магнітного поля не призводить до суттєвої зміни чутливості способу (величини DM), (табл.3, приклад 17). При підвищенні швидкості протікання водної системи через електропровідну пару ви ще заявленої межі, наприклад, 1,8м/с, внаслідок порушення ламінарного режиму течії, погіршуються електродні процеси, що призводить до зростання похибки вимірів (на 25-30%), і, таким чином, суттєво зменшується відтворення результатів (табл.3, приклад 19). Таблиця 3 Напруженість Швидкість Час Зміна маси електропровідної пари, мг Природа водної №№ магнітного обробки, Неомагнічена Омагнічена водна DM, % системи рідини, м/с поля, кЕ хв. водна система система За винаходом Розчин NaCl, 1 0,5 1,0 60 2,55 9,5 273 0,5моль/дм 3 2 2,0 1.0 60 2,55 10,5 311 3 5,0 1,0 60 2,55 13,0 409 10,0 5,0 5,0 5,0 2,0 10,0 10,0 0,5 2,0 5,0 10,0 0,5 16 17 18 19 Суспензія аеросилу, 0,5%(мас) 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0,3 11,0 5,0 5,0 1,0 60 0,5 60 0,7 60 1,5 60 0,5 120 1,5 120 0,5 60 0,5 60 1,0 120 1,0 120 1,5 60 0,5 120 Позамежні значення 1,0 60 1,0 60 0,3 60 1,8 60 2,55 2,00 2,15 2,95 3,00 5,65 3,70 2,70 4,05 4,05 5,85 3,05 15,5 8,0 9,0 12,5 12,5 40,5 15,0 10,5 20,5 24,0 25,5 11,5 508 300 319 324 317 617 305 288 406 492 336 277 2,55 2,55 1,50 4,50 6,5 15,7 6,5 10,5 155* 516 333* 133** *, **) - отримані результати характеризуються поганим відтворюванням. Як видно з порівняння приведених у табл.3 результатів за винаходом і у табл.3 результатів за відомим способом [4], запропонований спосіб характеризується більш високими показниками чутливості до дії магнітного поля на водні системи і більш широким класом водних систем, які можна аналізувати. Переваги запропонованого способу визначення дії магнітного поля на водні системи, у порівнянні з відомим [4], полягають у наступному: - чутливість визначення дії магнітного поля на водні системи (розчини, суспензії) підвищується у середньому у 77-273 рази; - розширюється клас випробуваних водних систем, так як запропонований спосіб дозволяє із більш високою чутливістю визначати дію магнітного поля на розчини і суспензії. Достоїнства запропонованого способу: - висока надійність результатів; - відсутність необхідності використання реактивів для проведення випробування водних систем; - можливість використання способу при різних температурах; - можливість використання способу для водних систем різної природи.