CC BY
25
The article presents a developed experimental design of the borehole equipment with thermoelectric elements for changing the heat flow of a producing well, which is operated in areas with permafrost. Based on the results of the work, the technical solutions found are presented. Recommendations on the possible use of borehole equipment with thermoelectric elements and ways of further development are given.
Key words: equipment, construction, frozen rocks, borehole, thawing.
Pavlova Praskovya Leonidovna, candidate of technical sciences, docent, ppavlova@sfu-kras.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University,
Kondrashov Peter Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, head of chair, pkondrashov@sfu-kras. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University
УДК 622.23.05
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-391-396
АППАРАТ ВИХРЕВОГО СЛОЯ В ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
ТОРФЯНЫХ ГРУНТОВ
Г.В. Селиверстов, С.А. Мотевич, Ю.О. Вобликова
Задача по измельчению и подготовке различных грунтов в настоящее время решается на дробилках и мельницах различного типа. Но при этом в ряде случаев применяется и ручная подготовка грунта с просеиванием и измельчением для дальнейшего использования в виде аппликаций и обертываний в медицинских учреждениях и грязелечебницах. Необходимо отметить, что этот процесс в достаточной степени трудоемок и требует значительного времени для осуществления, поэтому предлагается внедрение аппарата вихревого слоя для решения этой задачи.
Ключевые слова: аппарат вихревого слоя, торф, окислительно-восстановительный потенциал, диспергация, ферромагнитные элементы.
Современные тенденции в подготовке и обработке грунтов подразумевают использование различных технологий, направленных на сохранение и бережное отношение как к ним, так и к энергозатратам, необходимым для их измельчения [1, 2]. Одним из наиболее деликатных вопросов по обработке сапропельных и торфяных грунтов является их подготовка перед дальнейшим использованием в медицинских целях.
Ни для кого не секрет, что забота о собственном здоровье предполагает ряд медицинских мероприятий, которые необходимы для компенсации стрессов, возникающих в повседневной жизни, различных неблагоприятных экологических факторов, малого количества физической активности. При этом существуют природные источники полезных биологических и минеральных элементов, которые позволяют осуществлять поддержку организма и защиту от перечисленных факторов. В данном случае речь идет о пелоидах, полезные свойства которых известны достаточно давно. Однако при классической схеме их применения в виде аппликаций и обертываний воздействие хоть и оказывает положительный эффект, но коэффициент полезного действия не такой высокий, что требует длительных экспозиций и большого расхода самого пелоида. Это связано с тем, что, например, гуминовые кислоты, фульвовая кислота и прочие находятся в связанном виде в кластерах. Для вскрытия кластеров необходимо применить технологию, позволяющую получать мелкодисперсную однородную структуру с размерами частиц около 0,01 мм. Второй положительный момент, который наблюдается при высвобождении кислот - это изменение окислительно-восстановительного потенциала, получение устойчивых отрицательных значений которого позволяет ускорить процесс насыщения клетки гумино-выми кислотами и минеральными элементами [3].
391
Следовательно, для активации пелоидов решаются две взаимосвязанные задачи: получение однородной мелкодисперсной фракции и изменение окислительно-восстановительного потенциала в область отрицательных значений.
Для решения поставленных задач применяется аппарат вихревого слоя с перекрещивающимися магнитными полями, который имеет систему управления для улучшения процесса обработки с целью оптимизации воздействия на пелоид. Конструктивно аппарат представляет собой реактор, внутри которого вращаются электромагнитным полем ферромагнитные элементы и воздействуют на проходящую в потоке лечебную грязь. Пример такого аппарата показан на рис. 1.
Рис. 1. Аппарат вихревого слоя
При всей кажущейся простоте конструкции процессы, проходящие внутри реактора, достаточно сложны [4-6]. В аппарате генерируется вращающееся электромагнитное поле в зоне реактора проточного типа. Рабочая зона аппарата - это труба диаметром 60-150 мм, установленная в расточке индуктора, генерирующего вращающееся электромагнитное поле. В рабочей зоне размещаются ферромагнитные частицы, которые под воздействием электромагнитного поля вращаются вокруг своей наименьшей оси со скоростью, близкой к скорости магнитного поля, и одновременно перемещаются по рабочей зоне. Кроме того, частица совершает колебания относительно вектора напряженности магнитного поля. Эти колебания, по расчетам, могут достигать нескольких тысяч Гц. Таким образом, каждая ферромагнитная частица является своеобразной мешалкой, совершающей вращение с большой, но переменной угловой скоростью. Такое движение нескольких сотен частиц приводит к быстрому перемешиванию и диспергированию компонентов. При этом удельная энергия вращающегося электромагнитного поля весьма велика и достигает 10 кВт/мм2, энергетическая насыщенность выше по сравнению, например, с энергонасыщенностью механических мельниц в 100-200 раз [7].
После перевода перерабатываемой среды в состояние режима кавитации в реакционной камере индуктора происходит множество электро-газо-импульсных микровзрывов, обеспечивающих в локальных объёмах кавитационных пузырьков давление до 1000 МПа. При этом происходит многократная активизация различных физико-химических процессов. Образуется короткая жёсткая ударная волна, в результате действия которой при указанном выше импульсном давлении растворимость озоносодержащего воздуха возрастает более чем в 30 раз. Происходит выделение из водного потока механических частиц дисперсностью менее 0,2 мкм, которые становятся центрами кристаллизации, при этом возникает акустическая волна [8].
Высокая напряжённость электромагнитного поля, создаваемая в жидкости перерабатываемой среды, поляризует микрофлору и разрывает поляризованные объекты и клетки на частицы, действуя как мощный обеззараживающий фактор.
Одним из определяющих преимуществ инновационной энергосберегающей технологии является возможность объединения в рабочем пространстве действия всех рассмотренных факторов, причем одновременно. При этом большинство процессов не требуют термической активации. Они могут быть осуществлены при нормальной температуре и в любой среде: жидкой, в вакууме, в воздушной или в контролируемой атмосфере. Совмещение в одном рабочем пространстве всех рассмотренных факторов многократно ускоряет практически все физико-химические реакции. Кроме того, за счет инновационной энергосберегающей технологии удается получить продукты химических реакций с качественно новыми свойствами, которые трудно воспроизвести традиционными способами.
При всех положительных моментах такой технологии отметим, что в силу сложности и комплексности процессов построить детерминированные математические модели очень сложно, поэтому большинство исследователей в данном направлении опираются на эмпирические зависимости, полученные опытным путем [8-10].
В результате инновационной энергосберегающей технологии обработки на выходе получается продукт с размером частиц 0,01-0,0125 мм (рис. 2) при исходных 0,08-0,1 мм (рис. 3), а сама смесь имеет однородную консистенцию, при этом достигаются средние значения окислительно-восстановительного потенциала в диапазоне -400 мВ -500мВ (рис. 4).
Рис. 3. Пульпа до обработки (увеличение 40х)
Рис. 4. Результаты замера окислительно-восстановительного потенциала
Анализ показал, что в структуре пульпы до обработки присутствует большое количество неоднородных по геометрическим размерам объектов. Единичные включения могут достигать размеров до 0,5 мм. При этом средний размер частиц составляет 0,08-0,1 мм. Анализ пульпы после обработки выявил, что в ней также присутствуют единичные неоднородные по геометрическим размерам объекты, но единичные включения имеют размер до 0,05 мм.
При этом средний размер частиц составляет 0,01-0,0125 мм, а сама смесь имеет однородную консистенцию. Время обработки составило 300 секунд. Средняя величина коэффициента измельчения относительно базового сырья - 10. Таким образом, задача по получению мелкодисперсной однородной смеси решена.
Используемая технология обработки в аппаратах с перекрещивающимися магнитными полями предполагает для решения поставленной задачи управление параметрами магнитного поля, что решается специализированным программно-аппаратным обеспечением. В зависимости от характеристик исходного сырья подбираются резонансные частоты и длительность обработки, что позволяет получить требуемый результат.
Для получения устойчивого окислительно-восстановительного потенциала используют обработку в реакторе аппарата в диапазоне частот, обеспечивающих явление резонанса и кавитации.
Очевидно, что в данном случае мы должны говорить об управляемом процессе и выявить зависимости изменения окислительно-восстановительного потенциала от времени обработки при фиксированной удельной мощности, затрачиваемой на обработку единицы массы пульпы. Пороговой величиной единицы мощности является значение в 3кВт/кг. При этом значении появляется возможность управления, что позволяет настраивать аппарат вихревого слоя под конкретные задачи по диспергации торфов и сапропелей в зависимости от запросов и требований по их дальнейшему использованию.
Список литературы
1. Иванов С.И. Современные малоотходные технологии переработки техногенного сырья // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. 2017. №4(41). С. 293.
2. Нгуен В.М., Конюхов Ю.В., Рыжонков Д.И. Исследование влияния электромагнитного поля и энергомеханической обработки на процесс получения наноразмерных порошков металлического кобальта восстановлением водородом // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. №2. С. 96-101.
3. Головейко А.Г. Электромагнитное поле и его взаимодействие с веществом. Минск: Белорус. нац. техн. ун-т, 2006. 82 с.
4. Бухгольц Г. Расчёт электрических и магнитных полей. М.: Изд. иностр. литер, 1961.
712 с.
5. Карасик В.Р. Физика и техника сильных магнитных полей. М.: Наука, 1964. 347 с.
6. Винокуров Б.Б. Измерение параметров магнитных полей и характеристик магнитных материалов. Томский политехн. ин-т. Томск 1990. 111 с.
7. Ибрагимов Р.А. и др. Оптимальные параметры и картина магнитного поля рабочей камеры в аппаратах с вихревым слоем // Строительные материалы. 2018. №7. С. 64-67.
8. Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах вихревого слоя. Киев: Изд. «Техника», 1976. 144 с.
9. Данилина Э.М., Володин Г.И., Бреславец В.П. Потери энергии на вихревые токи в электромагнитных аппаратах вихревого слоя и способы их снижения // Известия вузов. Электромеханика. 2014. №1. С. 43-47.
10. Войтович В.А. и др. Эффективность применения аппаратов вихревого слоя в процессах измельчения порошковых материалов // Новые огнеупоры. 2017. №10. С. 48-53.
Селиверстов Григорий Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, s456789@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Мотевич Светлана Анатольевна, магистрант, veta.m231@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Вобликова Юлия Олеговна, канд. техн. наук, доцент, инженер-технолог, crazy.girl.yuliya@mail.ru, Россия, Донской, АО «Электромашиностроительный завод»
VORTEX LAYER APPARATUS IN THE TECHNOLOGY OF CRUSHING PEAT SOILS
G.V. Seliverstov, S.A. Motevich, Yu.O. Voblikova
The task of grinding and preparing various soils is currently being solved on crushers and mills of various types. But at the same time, in some cases, manual soil preparation with sieving and grinding is also used for further use in the form of applications and wraps in medical institutions and mud hospitals. It should be noted that this process is sufficiently laborious and requires considerable time to implement, therefore, it is proposed to introduce a vortex layer apparatus to solve this problem.
Key words: vortex layer apparatus, peat, redox potential, dispersion, ferromagnetic
elements.
Seliverstov Grigory Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, docent, s456789@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Motevich Svetlana Anatolyevna, master's, veta.m231@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yulia Olegovna Voblikova, candidate of technical sciences, docent, crazv.girl.vuliya@mail.ru, Russia, Donskoy, engineer-technologist of JSC «Electric Machine-building Plant»
