Регистрация образования твердых частиц в растворе, помещенном в силовые поля Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.3.013

Кондратенко Л. Н.

Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина

DOI: 10.24411/2520-6990-2019-10265 РЕГИСТРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В РАСТВОРЕ, ПОМЕЩЕННОМ В

СИЛОВЫЕ ПОЛЯ

Kondratenko L. N.

Kuban state agrarian University. I. T. Trubilin

REGISTRATION OF THE FORMATION OF SOLID PARTICLES IN THE SOLUTION, PLACED IN

A FORCE FIELD

Аннотация.

В статье рассмотрено влияние электромагнитного поля на коагуляцию солей твердых металлов, способствует предотвращению накипеобразования и осаждения частиц механических примесей. Abstract.

The article considers the influence of the electromagnetic field on the coagulation of solid metal salts, helps to prevent scale formation and deposition of particles of mechanical impurities.

Ключевые слова: коагуляция, накипеобразование, магнитное поле, раствор. Keywords: coagulation, scale formation, magnetic field, solution.

Для предотвращения образования никипи на различных предприятиях используют разные способы [1, с. 613]. Избавиться от отложений солей можно химическим, механическим и электромагнитным способом. Механическая очистка влечет быстрое развитие коррозийных процессов в связи с неизбежным повреждением металлических поверхностей. При химической обработке труб и котлов накипь растворяется и идет интенсивное выделение газа и пены. Магнитное устройство относится к без-реагентным процессам очистки водного раствора от накипи. Целью всех трех способов является смягчение воды, что дает возможность удалить соли магния и кальция, которые являются составляющими образования накипи. Удаление накипи дает возможность сохранить аппаратуру предприятий, а это влечет сохранение денежных средств.

Рассмотрим влияние магнитного поля на процесс коагуляции, то есть на процесс дестабилизации (путем нейтрализации их заряда) частиц нерастворимых осадков, коллоидных частиц тяжелых металлов, образующихся на стадии осаждения.

Проблема снижения накипеобразования в теп-лообменных аппаратах требует разработки простого и дешевого метода водоподготовки [3, с. 4].

Влияние действия магнитного поля, которое рассматривается для предотвращения процесса накипеобразования и осаждения частиц механических примесей необходимо видеть как фактор, влияющий на процесс кристаллизации солей тяжелых металлов. Кристаллизацию веществ можно рассматривать как некий процесс, который имеет стадии: стадия пересыщения раствора; образование центров кристаллизации вещества и стадия непосредственного роста кристаллов. Очищение водных растворов от примесей является важной проблемой в любых отраслях народного хозяйства и в сельском хозяйстве, в частности. Процесс образования накипных отложений всегда сопутствует нагреванию водных растворов. Образующийся со

временем слой накипи приводит к поломке нагревательного оборудования, следовательно, к простою предприятия и экономическим потерям. При очистке водных растворов от примесей можно использовать кислоту, затем механический способ очистки. Все это требует материальных затрат и происходит достаточно часто. Для такого способа очистки аппаратуры от накипи приходится останавливать производство и отключать аппаратуру. Более продуктивным, все же является электромагнитная обработка водного раствора.

Для начала процесса кристаллизации пересыщение раствора - это не достаточное условие. Требуется, чтобы в растворе присутствовали достаточное количество мельчайших твердых частиц, то есть центров кристаллизации, зародышей. Образование центров кристаллизации в растворе может начаться как самопроизвольно, так и быть вызвано искусственным путем, что вполне возможно сделать. В частности, мы рассматривали электромагнитную обработку растворов. Частицы солей перестают отталкиваться друг от друга и приобретают способность к объединению, то есть коагулируют.

Процесс смещение твердых частиц небольших размеров относительно воды происходит по поверхности находящейся на некотором расстоянии от частицы, а не по границе твердой частицы [4, с. 380].

То есть, частицы, перемещаются в воде, прочно удерживая очень тонкий слой воды, который покрывает эти частицы. Вследствие укрупнения частиц диффузионные силы уменьшаются, соответственно осаждение взвеси становится возможным. Так как наличие одноименных электрических зарядов у частиц препятствует их сближению, то вследствие этого факта не происходит укрупнения и осаждения частиц в водном растворе. При рассматривании вопроса коагуляции, то есть объединения мелких диспергированных частиц в более

<<шушетим~^®и©ма1>#щ14)),2©1]9 / тбсимсль 80б]чсб

37

крупные по размеру мы исходим из предположе- которой частицы, которая находится в момент вре-

ния, что частицы коагулируют при любом сопри- мени г = 0 на расстоянии А от центра «поглоща-

косновении. ющей» сферы и соприкоснется с ней за время

Частицы очень малы, поэтому примем их г = о. Выделение водорода в единицу времени

форму как шарообразную. Поскольку частицы, _

г г ■> ■> ' вычисляется по объединенному закону Фарадея имеющие форму шара, соприкасаются в том случае, когда расстояние между их центрами стано- т = э [2, с. 612].

вится равным сумме их радиусов, то одну частицу можно заменить, сферой, которая имеет радиус 2г . Эту сферу назовем «поглощающей» сферой. Другие же частицы можно заменить их центрами. Обо-

ф( а, г ) вероятность того, что центр не-

значим

Пусть счетная концентрация частиц равна С, то со сферой «поглощающей» соприкоснется за

время г1 в среднем dФ = Сф(а,г')4Ла2da

частиц, центры которых находились в момент

г = 0 на расстоянии ( а, а + da ) от центра

«поглощающей сферы» [5, с. 24].

да

За время t с ней соприкоснется: Ф = 4лС |ф( а, г')а2da, частиц. За рассматриваемое время

(г,г + &) соприкоснется: -dг = 4пСЛ--а2da

ф( а, г')

дг

dг

частиц, а за время

(0 г) :

Л „ Л гдф(а,г') 2,, ,

Ф = 4лС I I-^-'-а dadг частиц [6, с. 44].

о о

дг

Количество вещества ^, диффундирующего сквозь единицу площади плоскости % = %',

т.е.

с1С

dZ

dC

0ис

и-обозначим К. Значение этого коэф-

dZ

фициента зависит от свойства среды и от свойств частиц. Называется он коэффициентом диффузии. Следовательно: Q = К-. Величина Q - количество частиц, которое диффундирует за единицу времени

dZ

через единицу площади, равно СУ, где V - скорость движения частицы под действием градиентных сил.

dC

Подставим вместо

dZ

его значение С (P,Z) dp — С2 (p,Z ) dp, мы получим

К

К а

С (р, %)

[С (р^ ) d р—С2 (р^) d р]. Подставив

в последнее выражение вместо

С (р, % ) dр и С2 (р, % ) dp их соответствующие значения мы получили выражение, описывающее градиентную силу, возникающую при осаждении твердых частиц в растворе.

с, (рZ) 21 с (р—р„Z )С (рZ )у(р—р,2, р,);; (р)—р_;; р^ •

да да да да

I ^ —;) • I ^о—;)Z • I У • I ¿К •ехр

—да —да —да —да

V2;,2 +(У;,2 - У;,2 )

•ехр

252

У(0—;)г — Уг ) +(У (0—1)2 — У,2 )

0

да

0

C

(p, z) C (P, z )j с (Pl, z), (Pl, p).8 dV •_( dV •/

f v2+(Vz - vk ) J dV1r ■ exp--^^-— • exp

2 i dv1z •

2S2

V2+(Vz - v iz

"2s2

Vr - Vz )2+(Vz - ViR )2

Список литературы

1. Кондратенко Л.Н. Эксплуатация антинакипного аппарата на предприятии аграрно-промышленного комплекса//Итоги научно-исследовательской работы за 2017 год: сборник статей по материалам 73-й научно-практической конференции преподавателей (Краснодар, 14 марта 2018 г.). Краснодар: Издательство Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, 2018. С. 613-614.

2. Кондратенко Л.Н. Уменьшение образования накипи в нагревательных аппаратах аграрно-про-мышленного комплекса//Итоги научно-исследовательской работы за 2017 год: сборник статей по материалам 73 -й научно-практической конференции преподавателей (Краснодар, 14 марта 2018 г.). Краснодар: Издательство Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, 2018. С. 611-612.

3. Кондратенко Л.Н. Влияние электромагнитных полей на образование твердых отложений в ап-

паратах технологических процессов сельскохозяйственных производств. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук/ Краснодар, 1997, КубГАУ, 24 с.

4. Кондратенко Л.Н., Соловьева Н.А. Факторы, систематизирующие изучение математики в ВУЗе. В сборнике: Региональные особенности рыночных социально-экономических систем (структур) и их правовое обеспечение. Материалы VIII-й Международной научно-практической конференции. 2017. С. 380-383.

5. Кондратенко Л. Н., Соловьева Н. А. Высшая математика. Для студентов направлений 35.03.03 «Агрономия и агропочвоведение», 35.03.04 «Агрономия» / Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина. Краснодар, 2017.

6. Кондратенко Л. Н. Ряды. Для направления подготовки 38.03.01 Экономика. // Учебное пособие для вузов / Л. Н. Кондратенко - Краснодар, 2017.