Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

imp_1_20120907

.pdf
Скачиваний:
39
Добавлен:
12.05.2015
Размер:
1.7 Mб
Скачать

5 кВ и ГНИ с амплитудой 6 кВ. Для облучения больших масс расплавов ис-

пользовался ФИД-генератор с параметрами импульсов: амплитуда 10 кв, дли-

тельность 1 нс, передний фронт 0,1 нс, частота повторения 1 кГц. Отличитель-

ной особенностью используемых генераторов является малая потребляемая мощность 50…100 Вт.

Таблица 3.1

 

Амплитуда, кВ

Длительность, нс

Частота, кГц

Фронт, нс

Нагрузка, Ом

 

 

 

 

 

 

Генераторы

30 …450

10…40

0,1

200…300

ИЭФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генераторы

5…10

1

1

0,1

50

ИЯФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генераторы

1…100

0,1…10

0,1…100

0,01…1

0,2…1000

ФИД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Излучатели

Конструкции и характеристики большого количества излучателей наносекундных импульсов приведены в работе [37]. При проведении исследо-

ваний по воздействию наносекундных импульсов на химические свойства ве-

щества, условия работы излучателей принципиально отличаются от их тради-

ционного использования. Первое условие – это возможность работы излуча-

теля в жидкой среде водном растворе или в расплаве металлов. Второе – малые габариты излучателя, третье условие – обеспечение безопасности обслужива-

ющего персонала.

Экспериментальные исследования характеристик излучателей погружен-

ных в водные растворы с малой проводимостью показали, что они мало отли-

чаются от соответствующих характеристик в воздухе. Уменьшение габаритов излучателя приводит к двум противоположным эффектам. С одной стороны при уменьшении расстояния между активными элементами излучателя возрас-

тает напряженность поля между ними. С другой стороны происходит умень-

31

шение поверхности излучения, что приводит к снижению КПД излучателя.

Требование обеспечения безопасности обслуживающего персонала очень про-

сто выполнить путем помещения всего экспериментального комплекса в за-

мкнутый металлический экран.

Для экспериментальных исследований жидкостей применялись следую-

щие типы излучателей.

Излучатель 1 представляет собой рупор с раскрывом 60х60 мм длиной

90 мм. Рупор изготовлен из треугольных пластин фольгированного стеклотек-

столита, которые покрыты изолирующим лаком. Питание рупора несиммет-

ричное непосредственно от кабеля. Для проведения облучения жидкости рупор погружается в неё. Это излучатель поверхностного типа.

Излучатель 2 представляет собой рупор с раскрывом 90х120 мм дли-

ной 240 мм. Рупор изготовлен из пластин фольгированного стеклотекстолита.

Питание рупора несимметричное непосредственно от кабеля.

Облучаемые растворы в стеклянных емкостях помещаются внутрь излу-

чателя между его обкладками. Это излучатель поверхностного типа.

Излучатель 3 («стержень в стакане») содержит круглый стержень из меди или стержень с серебряным покрытием. Этот стержень погружается в стакан с жидкостью непосредственно или в изолирующей пробирке. Со стерж-

нем соединяется вывод центральной жилы кабеля. Вывод оплетки кабеля со-

единяется со стаканом, если он изготовлен из металла. Если стакан из стекла,

то он помещается в экран из медной фольги или сетки. С этим экраном соеди-

няется вывод от оплетки кабеля. Для более эффективной работы диаметры стержня и стакана должны находиться в определенной пропорции, которая за-

висит от свойств облучаемой жидкости. Этот излучатель подобен коаксиальной линии.

32

Для больших количеств облучаемой жидкости используется установка проточного типа рис.3.1. Установка работает следующим образом. Перед

Рис.3.1 Схема установки: 1- генератор НЭМИ, 2-излучатель, 3-корпус ре-

актора, 4-блок форсунок, 5- емкость с обрабатываемой жидкостью, 6-манометр,

8, 9, 10, 11 -вентили.

облучением при открытом вентиле 8, через вентиль 9 в емкость 5 заправляется обрабатываемая жидкость. После чего вентили 8 и 9 закрываются. Включается генератор НЭМИ. Сжатый воздух, под давлением 4 атмосферы, через вентиль

11 подается на наддув емкости с обрабатываемой жидкостью 5. Постоянство рабочего давления контролируется манометром 6. Под действием давления,

жидкость через вентиль 7 поступает в блок форсунок 4, и далее распыляется во внутренней полости реактора. При работе генератора, в рабочей зоне реактора возникает импульсное электромагнитное поле, которое воздействует на обра-

батываемое вещество. Облученная жидкость скапливается в нижней части кор-

пуса реактора и через вентиль 10 сливается в свободный резервуар. После за-

вершения цикла прогонки, закрываются вентили 7 и 11. Затем открывается вентиль 8, через который осуществляется стравливание избыточного давления

33

из емкости 5. Отключается генератор НЭМИ и закрывается вентиль 10. В

опытном макете установки скорость обработки жидкостей составила 4 л/мин.

Использование воздушного наддува позволяет избежать контакта обрабатыва-

емой жидкости с деталями насоса.

Для облучения расплавов металлов использовалась установка показан-

ная на рис.3.2. В данной установке тигель должен быть из проводящего мате-

риала - металла или графита. Защитная кварцевая или алундовая трубка пред-

назначена для изоляции излучателя от расплава.

Рис. 3.2 Схема установки: 1 – печь сопротивления; 2 – токопроводящий ти-

гель с расплавом; 3 – защитная трубка; 4 – излучатель; 5 – асбестовая крышка;

6 – подводящий кабель; 7– генератор импульсов.

Излучатель лучше в виде медного стержня. При высоких температурах распла-

ва – из более тугоплавкого металла. Излучатель и защитная трубка вставляются в тигель после расплавления металла.

34

РАЗДЕЛ 4

ОБЛУЧЕНИЕ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

4.1. Облучение дистиллированной воды

При проведении исследований по воздействию наносекундных импульсов на свойства воды в качестве измеряемых параметров были взяты водородный показатель рН и электрические характеристики воды диэлектрическая прони-

цаемость ε и удельное сопротивление ρ. Для измерения рН использовался при-

бор рН–673М, его ошибка измерения 0,02% от измеряемой величины рН.

Измерения электрических параметров воды проводились в электрохими-

ческой ячейке – колбе емкостью 50 мл, которая изготовлена из химически стойкого стекла. Внутрь колбы впаяны два платиновых электрода размером

20х20 мм, которые расположены параллельно на расстоянии l = 2,5 мм. Внутрь колбы заливалась исследуемая вода.

Электрические параметры Rс – сопротивление емкостное, τ – постоянная времени, RL – сопротивление активное и С – емкость измерялись мостом пере-

менного тока Р–5010, погрешность измерений 0,5% от измеряемой величины.

По измеренным значениям Rс и τ вычислялась емкость плоского конденса-

тора С, который образован платиновыми электродами С = τ/ Rс, эквивалентная схема - параллельное соединение R и С). Известно, что емкость плоского кон-

денсатора с диэлектриком С в ε раз больше, чем воздушного. Измеренное зна-

чение емкости при пустой ячейке составило С0 = 3,59 пф. Зная С и С0, можно определить ε раствора, который залит в измерительную ячейку.

Облучение дистиллированной воды двойной перегонки (БД – бидистил-

лят) проводилось в стеклянной колбе Ø80 высота 170 мм. Объём воды 700 мл.

Использовался генератор типа GNP с излучателем 1. Время облучения изменя-

лось.

35

Результаты измерений рН и ε двух серий опытов представлены в таблице

4.1.

Таблица 4.1

Влияние облучения НЭМИ на характеристики воды

Вода

Время облу-

рН, ед.

Диэлектрическая

 

чения

 

проницаемость

 

 

 

ε, ед.

 

Исх.

6,7

55,71

Бидистиллят

100 с

6,7

56,80

 

200 с

6,7

57,15

 

20 мин

6,8…6,85

60,16

Небольшие изменения рН воды (на 0,1…0,15 ед.) происходят при обработ-

ке ее в течение 20 мин, при этом наблюдается увеличение диэлектрической проницаемости ε. Она увеличивается в среднем на 7,8…8,1% после 20 мин об-

работки. Дальнейшее увеличение времени не приводит к значительным изме-

нениям ε,

В табл.4.2 представлены экспериментальные данные измерения удельного электрического сопротивления ρ дистиллированной воды двойной перегонки.

Удельное сопротивление раствора ρ, который залит в измерительную ячейку вычислялось по формуле:

,

где - измеренное значение сопротивления ячейки, S – площадь платиновых пластин.

При времени обработки НЭМИ дистиллированной воды 20 мин ее ρ сни-

жается в среднем на 20…22%. Это уменьшение ρ сохраняется на свету в тече-

нии 24 часов.

Определенный интерес представляют данные о характеристиках воды по-

сле облучения и последующего ее хранения в темноте.

36

Таблица 4.2

Влияние облучения НЭМИ на характеристики воды

Вода

рН, ед

,

τ, мс

ρ, Ом м

 

 

кОм

 

 

Исходная

6,6

7,766

1,65

1242,56

Облучена, 20 мин

6,7…6,75

6,371

1,45

1019,36

Удельное электрическое сопротивление ρ воды (табл.4.2) после обработки НЭМИ и нахождения ее в темноте в течение 96 часов, снижается по сравнению с обработанной водой, но хранящейся на свету за это же время (96 час) на

64,7%. Однако, последующее нахождение воды на свету в течение 24 часов приводит к росту ρ, но эта величина не достигает первоначального значения.

Это свидетельствует о том, что в структуре обработанной НЭМИ воды образо-

вались также ассоциации молекул воды и радикалов, которые значительно снижают ее удельное сопротивление.

Из литературы известно, что воздействие постоянного тока на воду – элек-

тролиз также изменяет свойства воды. В табл.4.3 приведены результаты изме-

рения удельного сопротивления ρ, диэлектрической проницаемости ε и рН ди-

стиллированной воды до и после облучения. Там же для сравнения даны значе-

ния этих параметров при электролизе воды под напряжением 1,2 В. Для облу-

чения и электролиза использовался излучатель третьего типа, изготовленный из графита. Он состоит из графитового сосуда 44 мм, высота 110 мм, объем

140 мл. По центру сосуда расположен графитовый электрод 8 мм и длиной 90

мм. В данной установке полностью исключено влияние материала электродов на характеристики раствора, т.к. углерод не подвергается электролизу. Для об-

лучения использовался генератор GNP. Время облучения и электролиза 30 мин.

Таблица 4.3

37

Свойства воды

Параметр

Исходная

Облученная

Электролиз

 

 

НЭМИ

1,2 В

рН

5,61

5,85

5,75

 

53,9

63

55,6

, Ом м

1982

769

1552

Из таблицы видно, что после облучения происходит увеличение рН, уве-

личение ε и значительное уменьшение сопротивления. Результаты воздействия электролиза значительно меньше.

4.2 Облучение водных растворов

Далее под понятием водный раствор будем понимать любой водный рас-

твор, который содержит соли различных металлов и другие химические соеди-

нения. Целесообразно провести деление по количеству содержащихся веществ.

При малой концентрации веществ будем использовать понятие природная (пи-

тьевая) вода, при большой – модельный раствор или сточная вода.

4.2.1. ОБЛУЧЕНИЕ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ

Облучение родниковой воды производилось в пластмассовой ванночке размером 250х140х120 мм, объём воды 3 л. Излучатель выполнен из двух гра-

фитовых электродов 120х100х20 мм, расстояние между электродами 190 мм.

Генератор типа GNP, время облучения 30 мин. В процессе облучения вода пе-

ремешивалась магнитной мешалкой. Содержание некоторых элементов приве-

дено в табл.4.4.

Таблица 4.4

38

Содержание примесей, мг/л

Элемент

Ca

Mg

Fe

Хлориды

Исходная

47,09

10,33

0,531

17,35

Облученная

46,09

9,72

0,119

17,35

Из таблицы видно, что произошло незначительное снижение содержания кальция и магния, значительно уменьшилось содержание железа.

Облучение воды из артезианской скважины проводилось в стеклянной колбе Ø80 высота 170 мм. Объём воды 700 мл. Использовался генератор типа

GNP с излучателем 1. Время облучения 20 мин. Свойства этой воды представ-

лены в табл.4.5 и 4.6.

Таблица 4.5

Химические свойства воды

Показатель

рН

Сух.

Бикарбо-

Нитраты,

Хлориды,

Жесткось,

 

 

ост.,

наты,

мг/л

мг/л

ммоль/л

 

 

мг/л

мг/л

 

 

 

Исходная

7,03

32,0

14,6

3,69

5,69

0,20

Облученная

7,4

27,0

9,76

4,13

5,69

0,14

Таблица 4.6

Содержание ионов металлов в воде, мг/л

 

Элемент

Ca

 

Mg

Na

K

Cu

Fe

Zn

Mn

 

Ni

Co

 

 

Исходная

3,2

 

0,49

3,6

1,0

0,15

1,56

0,86

0,01

 

0,09

0,09

 

 

Облученная

2,0

 

0,49

3,6

1,0

0,13

1,07

0,37

0,02

 

0,043

0,013

 

Из таблиц видно,

что мало изменяются: содержание,

хлоридов и ионов

Mg, Na, K. Значительные изменения наблюдаются в содержании нитратов,

ионов металлов Fe, Zn, Ni, Co.

Обработка воды взятой из колодца проводилась на установке проточного типа. Общий объем воды 30 л. Скорость пропускания воды 4 л/мин. Использо-

вался генератор типа ГНИ. Результаты анализа химических свойств воды пред-

ставлены в табл.4.7, 4.8. Проба «Облученная 1» взята после однократного про-

пускания через установку, проба «Облученная 3» после трехкратного пропус-

кания раствора. Отбор проб проводился в средине цикла пропускания.

39

Таблица 4.7

Химические свойства воды

Показатель

рН

Сух.

Бикарбо-

Карбо-

Нитраты,

Хлориды,

Сульфаты

Жестк.,

 

 

ост.,

наты,

наты,

мг/л

мг/л

мг/л

моль/л

 

 

мг/л

мг/л

мг/л

 

 

 

 

Исходная

9,2

1004,2

95,2

2,6

149,1

509,6

15,

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Облучен.1

7,2

987,0

97,6

14,

2,9

143,5

499,5

15,

 

 

 

 

4

 

 

 

1

Облучен.3

7,84

891,1

87,2

9,6

30,7

154,8

294,4

13,

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Таблица 4.8

Содержание ионов металлов в воде, мг/л

Элемент

Ca

Mg

Na

K

Cu

Fe

Zn

Mn

Ni

Co

Исходная

213,0

58,3

20,0

4,0

0,106

0,234

0,4

0,025

0,014

0,08

Облучен. 1

214,6

53,0

21,0

3,6

0,074

0,095

0,251

0,042

0,023

0,09

Облучен. 3

216,2

27,5

20,0

3,6

0,064

0,126

0,441

0,037

0,007

0,09

Из таблиц видно, что мало изменяются: сухой остаток, содержание бикар-

бонатов, хлоридов, общая жесткость, содержание ионов Ca, Na, K. Значитель-

ные изменения наблюдаются в содержании нитратов, ионов металлов Cu, Fe, Zn.

Приведенные опыты показывают, что облучение воды НЭМИ может быть использовано для очистки воды от тяжелых металлов.

Для сравнения с другими методами очистки был проведен эксперимент по измерению содержания ионов железа в водопроводной воде после очистки в серийно выпускаемом фильтре «Изумруд» и после облучения НЭМИ. В филь-

тре «Изумруд» используется комбинированное воздействие на воду постоянно-

го электрического тока и ряда катализаторов. Это очиститель проточного типа с производительностью 1 л/мин. Облучение воды НЭМИ проводилось в стек-

лянной колбе Ø100 высота 200 мм. Объём воды 1 л. Использовался генератор типа GNP с излучателем 1. Время облучения 10 мин. Результаты эксперимента представлены в табл.4.9.

40

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]