Спосіб контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ (варіанти)

Реферат: Винаходи належать до магнітного розділення речовин, переважно до очистки рідких та газових середовищ в магнітному полі. Спосіб контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ шляхом визначення ефективності очистки за відносною зміною концентрації домішок до і після очистки. Згідно з першим винаходом, ефективність процесу очистки визначають за величиною відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки з фільтр-матрицею, через яку проходить середовище, що очищується, до початку процесу UA 115167 C2 (12) UA 115167 C2 очистки, в процесі очистки і після завершення процесу очистки. Згідно з другим винаходом, визначають ефективність очистки за величиною відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки, всередині якої розміщують пробу середовища, що очищується, до початку процесу очистки і після завершення процесу очистки. Винаходи дозволяють підвищити чутливість і точність вимірювання кількості домішок, а відповідно і ефективність очистки. UA 115167 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до магнітного розділення речовин, переважно до очистки рідких та газових середовищ в магнітному полі, і може бути використаний в енергетичній, хімічній, гірничо-збагачувальній, нафтохімічній, авіаційній, машинобудівній, харчовій, скляній промисловості, при очистці стічних та природних вод. Відомий спосіб контролю процесу магнітної очистки, що включає осадження домішок в шарі феромагнітної фільтр-матриці, намагніченої джерелом зовнішнього магнітного поля, в якому контроль за процесом осадження здійснюють шляхом періодичного визначення концентрації домішок, наприклад окислів заліза в середовищі, що очищується, до початку магнітної очистки і після очистки. По відносній різниці   (C0  C) / C0 визначають ефективність процесу магнітної очистки. C0 , C - концентрація домішок заліза в середовищі, відповідно, до і після магнітної очистки [1]. Недоліком даного способу контролю процесу магнітної очистки є його трудомісткість та довготривалість в часі. Це пояснюється тим, що відомий спосіб заснований на визначенні концентрації домішок заліза хімічним шляхом: сульфосаліциловим або ортофенатроліновим методом. На визначення величини концентрації домішок витрачається 4-6 годин, крім того, використовуються спеціальні хімічні реактиви, на приготування яких також витрачається декілька годин, використовуються спеціальні оптичні прилади, наприклад фотоелетроколориметр КФК-3, необхідна спеціально обладнана хімічна лабораторія. Недоліком є і те, що в реальних технологічних процесах концентрація домішок з часом постійно змінюється в широкому діапазоні і точно визначити час, коли магнітний фільтросаджувач необхідно регенерувати технічно складно, а інколи і неможливо. Після максимального насичення феромагнітної фільтр-матриці домішками, магнітний фільтросаджувач не очищує середовище і ефективність очистки зменшується до нуля. Відомий спосіб контролю процесу магнітної очистки, що включає осадження домішок в шарі феромагнітної фільтр-матриці, намагніченої джерелом зовнішнього магнітного поля, в якому ефективність процесу очистки визначають за величиною відносної зміни індуктивності електричної вимірювальної котушки з феромагнітною фільтр-матрицею, через яку проходить середовище, що очищується, до початку процесу очистки, в процесі очистки і після завершення процесу очистки [2]. Недоліком відомого способу є те, що в реальних технологічних процесах концентрація домішок коливається в широких межах від мікро- до макроконцентрацій і чутливість, а, відповідно, і точність вимірювання зменшується. Крім того при зміні концентрації домішок в широкому діапазоні потрібно змінювати параметри вимірювальної системи [2]. В основу винаходу поставлена задача у способі контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ підвищити чутливість і точність вимірювання концентрації домішок, а, відповідно, і ефективність процесу очистки. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ ефективність процесу очистки визначають за величиною відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки з фільтр-матрицею, через яку проходить середовище, що очищується, до початку процесу очистки, в процесі очистки і після завершення процесу очистки. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ визначають щільність фільтр-матриці за величиною відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки з фільтр-матрицею, через яку проходить середовище, що очищується, до початку процесу очистки, в процесі очистки і після завершення процесу очистки. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ визначають ефективність очистки за величиною відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки з середовищем, що очищується, до початку процесу очистки і після завершення процесу очистки. В процесі магнітної очистки в об'ємі фільтр-матриці осаджуються феромагнітні домішки, які у міру накопичення змінюють магнітні властивості фільтр-матриці. Чутливим параметром, який характеризує магнітні властивості, є величина магнітної проникності  фільтр-матриці. Наявність електричної вимірювальної котушки, розміщеної на корпусі магнітного фільтра, дозволяє вимірювати і контролювати зміну частоти котушки, яка чутливо реагує на зміну магнітних властивостей фільтр-матриці (  ). Збільшення величини  призводить до зменшення частоти f . Величина  зв'язана з частотою f 1 залежністю  ~ A , A - параметри які f UA 115167 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 характеризують вимірювальну систему. Для конкретної системи, яка використовується для вимірювання A  const. Спосіб контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ реалізується в магнітних фільтрах зображених на Фіг. 1, 2, схемі Фіг. 3 та графічній залежності Фіг. 4. На Фіг. 1 зображений магнітний фільтр з феромагнітною фільтр-матрицею, на зовнішній поверхні якого розташована електрична вимірювальна котушка. На Фіг. 2 зображений магнітний фільтр з феромагнітною фільтр-матрицею, на зовнішній поверхні якого розташовані дві електричні вимірювальні котушки, у верхній і нижній частині корпуса фільтра. На Фіг. 3 зображена електрична вимірювальна котушка, розміщена на зовнішній поверхні скляного циліндра, в якій розміщують проби середовищ, що очищуються, відповідно, до магнітної очистки і після магнітної очистки. На Фіг. 4 зображена залежність величини відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки з феромагнітною фільтр-матрицею від часу. Спосіб контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ реалізується в магнітному фільтрі (Фіг. 1) який складається з корпусу 1, всередині якого розміщена фільтр-матриця 2 та намагнічуючої системи 3. На поверхні корпусу розташована тонкошарова вимірювальна електрична котушка 4, яка під'єднується до вимірювального приладу, що вимірює частоту, або до мікроконтролера. Спосіб контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ реалізується в магнітному фільтрі (Фіг. 2), який складається з корпусу 1, всередині якого розміщена феромагнітна фільтр-матриця 2 та намагнічуючої системи 3. На поверхні корпусу розташовані тонкошарові вимірювальні електричні котушки, у нижній частині корпуса - котушка 4, у верхній частині корпуса - котушка 5. Вимірювальні котушки приєднуються до приладу, що вимірює частоту, або до мікроконтролера. Запропонований спосіб контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ реалізується таким чином: корпус магнітного фільтра 1 (Фіг. 1) заповнюється фільтрматрицею 2. Вимірювальна електрична котушка 4 підключається до приладу і вимірюється частота до початку процесу очистки f0 . В процесі очистки середовища, наприклад, технологічної води теплової електричної станції, феромагнітні домішки під дією магнітних сил будуть осаджуватись на намагнічених гранулах фільтр-матриці, при цьому величина магнітної проникності (  ) буде збільшуватись. Зі збільшенням  частота вимірювальної котушки буде поступово зменшуватись. Настає такий момент часу, коли кількість феромагнітних домішок, осаджених в об'ємі фільтр-матриці, досягає максимального значення. В подальшому концентрація домішок ( C0 ) до фільтра і концентрація домішок після фільтра ( C ) стають практично однаковими, відповідно, ефективність процесу очистки зменшується і наближається до нуля. В цей момент часу t ф , частота електричної вимірювальної котушки зменшуватись не буде (Фіг. 4). Це свідчить про те, що необхідно виконувати регенерацію фільтр-матриці. В процесі накопичення домішок в об'ємі фільтр-матриці щільність ( Щ ) фільтр-матриці також збільшується. Збільшення величини щільності фільтр-матриці пропорційна відносній зміні частоти електричної вимірювальної котушки. Отже спосіб контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ реалізується також шляхом контролю щільності фільтр-матриці. Окрім того, при заповненні корпуса промислового фільтра гранулами фільтрматриці візуально контролювати необхідну щільність технічно складно. А від величини щільності залежить величина індукції в об'ємі фільтр-матриці, а, відповідно, силова дія магнітного поля на феромагнітні домішки та ефективність процесу магнітної очистки. Електрична вимірювальна котушка дозволяє швидко і точно визначити щільність фільтрматриці до процесу очистки, в процесі очистки і після очистки. В магнітному фільтрі на Фіг. 2, який містить корпус 1, фільтр-матрицю 2, намагнічуючу систему 3, в місцях розміщення нижнього і верхнього шарів фільтр-матриці розташовані вимірювальні котушки 4 і 5. Перед початком процесу магнітної очистки вимірюють частоту f01 електричної котушки 4, розташованої на нижньому шарі фільтр-матриці, і частоту f02 верхньої котушки. Поступово, з часом, в процесі магнітної очистки змінюється частота нижньої електричної вимірювальної котушки 4, яку позначимо f1 та частота верхньої котушки 5, яку позначимо, відповідно, f2 . 2 UA 115167 C2 5 10 15 20 Відношення f01 / f1 позначимо P1 , а відношення f02 / f2 позначимо P2 . При магнітній очистці середовища величина   (P1  P2 ) / P1 буде змінюватись від максимального до певного мінімального значення і, відповідно, буде змінюватись величина  , яка характеризує відносну зміну щільності домішок до фільтра і після фільтра. Настає такий момент часу, коли величина  не збільшується. Це свідчить про те, що відбулось максимальне насичення феромагнітної фільтр-матриці домішками. Цей момент часу відповідає періоду фільтроциклу. В подальшому домішки середовища "транзитом" проходять об'єм намагніченої фільтр-матриці, не осаджуючись на її гранулах. Це означає, що необхідно регенерувати фільтр-матрицю. Контроль процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ може бути також реалізований шляхом визначення величини відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки з середовищем, що очищується, до початку процесу очистки і після завершення процесу очистки. Для цього пробу середовища, наприклад, технологічної води, що очищується, взяту до очистки, розміщують в електричну вимірювальну котушку, яка розміщена на зовнішній поверхні скляного циліндра (Фіг. 3), і вимірюють частоту цієї котушки. Потім таку ж за об'ємом пробу води після очистки розміщують в електричну вимірювальну котушку і вимірюють частоту. Оскільки, в одній пробі води до очистки буде підвищена концентрація феромагнітних домішок, а в другій пробі, після очистки, зменшена концентрація, то відносна зміна частоти електричної вимірювальної котушки з пробою води після f2 і до очистки f1 відповідає відносній зміні концентрації домішок, яка характеризує ефективність процесу магнітної очистки   (f2  f1) / f2 . Для визначення кількісної характеристики ефективності процесу магнітної очистки виконуються контрольні вимірювання концентрації феромагнітних домішок паралельно з ' ' ' вимірюванням частоти електричної котушки і будується залежність   ( f2  f1) / f2  (C x ) , де ' C x - змінна концентрація феромагнітних домішок, f2 - частота електричної вимірювальної 25 ' котушки без проби води (пустої), f1 - частота електричної вимірювальної котушки з пробою ' води, яка містить домішки. В наступних вимірюваннях визначають величину f1 і визначають по графічній залежності   (C x ) величини  x для різних значень f1 , як до очистки, так і після 30 очистки. По значенням величин  x і f1 визначають безпосередньо концентрації феромагнітних домішок до очистки C0 і після очистки C , і за значеннями цих величин розраховують ефективність процесу очистки. Ці вимірювання виконуються для встановлення залежності частоти вимірювальної котушки від концентрації феромагнітних домішок. Контроль процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ може бути реалізований шляхом визначення моменту часу t ф (Фіг. 4), при якому величина відносної зміни частоти вимірювальної котушки (Фіг. 1), при t  t ф , не змінюється. Момент часу, що відповідає 35 t  t ф , свідчить, що фільтр максимально насичений феромагнітними домішками і необхідно виконувати регенерацію фільтр-матриці. В проміжку часу [0  t ф ] фільтр працює в режимі 40 45 50 процесу очистки і за величиною f0 / f можна дистанційно оцінювати ефективність процесу очищення. Відомо, що на промислових магнітних фільтрах, які працюютьв тепловій, атомній енергетиці, в яких реалізується спосіб магнітної очистки, аналізи з визначення концентрації феромагнітних домішок, з метою контролю процесу очистки, проводять один раз в два-три дні. Затрати часу на проведення аналізу складають 4-6 годин. При цьому витрачаються дороговартісні хімреактиви кваліфікації "хімічно чисті" (Х.Ч.). За рік на аналізи витрачається як мінімум 500-600 годин. Запропонований спосіб дозволяє протягом 5-10 хвилин визначити величину відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки з феромагнітною фільтр-матрицею, через яку проходить середовище, що очищується, і по відносній зміні частоти електричної вимірювальної котушки, швидко визначити ефективність процесу очистки. Це дозволяє підвищити чутливість і точність вимірювання концентрації домішок, а, відповідно, ефективність процесу магнітної очистки, точніше визначати час насичення феромагнітної фільтр-матриці магнітними домішками, зменшити трудомісткість та довготривалість процесу контролю очистки. За рахунок того, що запропонований спосіб більш чутливий і більш точно визначає період фільтроциклу, а, відповідно, час настання регенерації фільтр-матриці магнітного фільтра, практично виключається режим роботи фільтра при насиченій домішками фільтр-матриці, коли 3 UA 115167 C2 5 10 15 20 25 30 ефективність процесу очистки різко зменшується. В свою чергу, це дозволяє контролювати процес очистки таким чином, щоб ефективність очистки завжди була максимально високою. Запропонований спосіб дозволяє в автоматичному режимі вимірювати величину відносної зміни частоти, з використанням приладів для вимірювання цієї величини, та приладів, які можуть працювати в автоматичному режимі, а використання комп'ютерно-інтегрованих систем дозволяє спостерігати контроль процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ в режимі реального часу і фіксувати його на магнітні носії інформації. Джерела інформації: 1. Сандуляк А.В., Федоткин И.М. Магнитное обезжелезивание конденсата. - Москва: Энергоатомиздат, 1973. - сА. 31-36. 2. Патент на винахід № МПК В01D35/06 Спосіб контролю процесу магнітної очистки середовищ і магнітний фільтр-осаджувач для його здійснення./ Гаращенко В.І., Гаращенко О.В.,// заявл. 05.02.2007 р.; опубл. 25.02.2009 p., бюл. № 15. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ шляхом визначення ефективності очистки за відносною зміною концентрації домішок до і після очистки, який відрізняється тим, що ефективність процесу очистки визначають за величиною відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки з фільтр-матрицею, через яку проходить середовище, що очищується, до початку процесу очистки, в процесі очистки і після завершення процесу очистки. 2. Спосіб контролю процесу магнітної очистки за п. 1, який відрізняється тим, що визначають щільність фільтр-матриці за величиною відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки з фільтр-матрицею, через яку проходить середовище, що очищується, до початку процесу очистки, в процесі очистки і після завершення процесу очистки. 3. Спосіб контролю процесу магнітної очистки рідких, газоподібних і сипучих середовищ шляхом визначення ефективності очистки за відносною зміною концентрації домішок до і після очистки, який відрізняється тим, що визначають ефективність очистки за величиною відносної зміни частоти електричної вимірювальної котушки, всередині якої розміщують пробу середовища, що очищується, до початку процесу очистки і після завершення процесу очистки. 4 UA 115167 C2 5 UA 115167 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6