РЕАКТОР ВИХРЕВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СЛОЯ (РВЭС)
VORTEX ELECTROMAGNETIC LAYER REACTOR (VELR)

Изобретение относится к областям энергетики и экологической защиты окружающей среды и может быть использовано в химической, энергетической, нефтегазодобывающей и других областях промышленности, в частности для очистки промышленных и бытовых стоков.
Известно устройство (патент РФ 2446867, МПК B01F 3/08, опубл. 2012 г.), содержащее две последовательных рабочих зоны трубы с рабочими телами в виде ферромагнитных частиц (иголок) внутри и наружными электромагнитными индукторами, создающими вращающееся в противоположных направлениях магнитное поле. На входе рабочих зон установлены дефлекторы, придающие поступающей жидкости вращение в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля. На выходе дефлекторы останавливают вращение жидкости и препятствуют выносу частиц и рабочих зон. В двух рабочих зонах создается вращающееся магнитное поле регулируемой напряженности, частоты и направления вращения.
Недостатками указанного устройства являются:
- сложность конструктивного исполнения;
- высокая материалоемкость и большие энергозатраты при обработке жидкости;
- не решена проблема износа поверхности установки в рабочей зоне, что приводит к выходу из строя всего устройства.
Известен также активатор жидкости (Патент РФ 2224586, МПК B01F 13/08, B01J 8/16 опубл. 2004 г.), содержащий рабочую зону трубы, покрытой слоем износоустойчивой керамики, с рабочим телом в виде биметаллических иголок с наружной поверхностью из немагнитного металла, например, титана, с сердцевиной из ферромагнитного материала и наружным электромагнитным индуктором.
Недостатки устройства:
- недостаточная эффективность и качество обработки жидкости;
- нанесение износоустойчивой керамики увеличивает время эксплуатации активатора, но не решает задач долговечности его эксплуатации в целом;
- не решена проблема замены ферромагнитных частиц (иголок) при их износе, что усложняет эксплуатацию активатора.
В качестве прототипа выбран аппарат вихревого слоя, содержащий сменный картридж из немагнитного материала, установленный в активной зоне трубы, с рабочим телом в виде ферромагнитных иголок внутри реакционной камеры и наружным электромагнитным индуктором, причем сменный картридж представляет собой цилиндр, с установленным внутри стержнем, закрытый с торцов вихревыми диффузорами с лопастями, перекрывающими друг друга. В сменном картридже сделаны вставки из ферромагнитного материала, позволяющие задавать вращение картриджа в активной зоне аппарата (Патент РФ 2524727, МПК C02F 1/48 В04С 9/00, опубл. 2014).
Недостатки устройства:
- недостаточная эффективность и качество обработки жидкости;
- использование трубы, в которой установлен сменный картридж, помещенной в индуктор увеличивает потери за счет увеличения зазора между индуктором и рабочей зоной;
- не решена проблема замены ферромагнитных частиц (иголок) при их износе, что усложняет эксплуатацию активатора.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и качества обработки жидкости и упрощение эксплуатации.
Технический результат достигается в реакторе вихревого электромагнитного слоя, содержащем соединенную с насосом рабочую зону с рабочим телом в виде ферромагнитных иголок внутри и наружным электромагнитным индуктором, выполненный в виде съемного картриджа из немагнитного металла или полимерного материала, в центральной части картриджа установлен патрубок подачи жидкости, соединенный с установленными по концам рабочей зоны перфорированными решетками, а корпус картриджа выполнен в виде трубы, на одном из торцов которой установлена крышка, а второй торец соединен с патрубком с клиновым устройством, расположенным коаксиально относительно центрального патрубка.
Реактор может быть снабжен стыковочным узлом соединенным с картриджем клиновым затвором и с центральным патрубком картриджа, соединенным с насосом, и снабжен патрубком сброса обработанной жидкости.
Крышка картриджа может быть установлена на корпусе с помощью быстросъемного разъема и снабжена запорным органом для сброса воздуха из реактора.
Перфорированные решетки могут быть выполнены в виде вихревых диффузоров с лопастями, перекрывающими друг друга.
Указанная совокупность нововведений позволяет повысить эффективность и качество жидкости и упростить эксплуатацию.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
На фиг. 1 показан общий вид реактора вихревого электромагнитного слоя (продольный разрез);
На фиг. 2 показано продольное сечение сменного картриджа;
На фиг. 3 показана конструкция клинового хомута;
На фиг. 4 показан вид решетки - в виде вихревого диффузора (вид с торца).
Перечень позиций, указанных на чертежах
1. насос;
2. картридж;
3. электромагнитный индуктор,
4. корпус картриджа;
5. ферромагнитные частицы (иголки),
6. патрубок подачи жидкости;
7. перфорированная решетка;
8. крышка;
9. кольцо клиновое;
10. клиновой хомут;
11. устройство для сброса воздуха;
12. патрубок;
13. стыковочный узел;
14. патрубок;
15. кольцо уплотнительное;
16. патрубок сброса обработанной жидкости;
17. герметичный кожух;
18. запорный орган;
19. ручка;
20. клиновой сегмент;
21. лента;
22. резьбовое соединение.
Реактор вихревого электромагнитного слоя содержит соединенный с насосом 1 картридж 2, помещенный в рабочую зону электромагнитного индуктора 3. Картридж 2 выполнен в виде трубы - корпуса 4, в котором помещено с рабочее тело в виде ферромагнитных иголок 5 и в центральной части которого установлен патрубок подачи жидкости 6, соединенный с установленными по концам рабочей зоны перфорированными решетками 7. Перфорированные решетки 7 могут быть выполнены в виде вихревых диффузоров с лопастями, перекрывающими друг друга, как показано на фиг. 4. Корпус 4 сверху закрыт крышкой 8, с которой соединен клиновым разъемом, включающим клиновые кольца 9 и клиновой хомут 10. Крышка 8 снабжена устройством для сброса воздуха 11 из полости картриджа 2, выполненное в виде запорного органа, соединенного с атмосферой. Нижний торец корпуса 4 соединен с патрубком 12 с клиновым устройством, включающим клиновые кольца 9 и клиновой хомут 10 и расположенным коаксиально относительно патрубка подачи жидкости 6.
Реактор дополнительно снабжен стыковочным узлом 13 соединенным с патрубком 12 картриджа 2 клиновым затвором и с патрубком подачи жидкости 6 патрубком 14 с уплотнительными кольцами 15. Патрубок 14 соединен с насосом 1. Стыковочный узел 13 снабжен патрубком сброса обработанной жидкости 16. Перфорированные решетки 7 могут быть выполнены виде вихревых диффузоров с лопастями, перекрывающими друг друга. Электромагнитный индуктор 3 заключен в герметичный кожух 17 и соединен с системой охлаждения (не показана). Между насосом 1 и стыковочным узлом 13 установлен запорный орган 18. Картридж 2 снабжен ручкой 19 для переноски и установки. Конструкция быстроразъемного соединения отработана многими фирмами - изготовителями. На чертеже фиг. 3 показан упрощенный вариант клинового хомута 10, состоящего из клиновых сегментов 20, закрепленных на ленте 21. Хомут 10 затягивается резьбовым соединением 22.
Работает аппарат вихревого слоя следующим образом. Снаряженный ферромагнитными частицами (иголками) 6 картридж 2 устанавливается в гнезде, образованном электромагнитным индуктором и стыковочным узлом 13 так, чтобы патрубок 14 с уплотнительными кольцами 15 вошел в патрубок подачи жидкости 6, а клиновые кольца 9 на патрубке 12 картриджа 2 и стыковочного узла 13 сомкнулись между собой, после этого устанавливается резьбовой хомут 10 и они стягиваются резьбовым креплением 22, который натягивает ленту 21, стягивая клиновыми сегментами 20 картридж 2 и стыковочный узел 13.
Включается насос 2 и открывается запорный орган 18, при этом картридж 2 заполняется обрабатываемой жидкостью, а оставшийся под крышкой 8 воздух сбрасывается в атмосферу через клапан устройства для сброса воздуха 11. Одновременно включается электромагнитный индуктор 3.
Электромагнитный индуктор 3, подключенный к сети переменного тока, создает в рабочей зоне вращающееся магнитное поле. Под воздействием магнитного поля ферромагнитные частицы (иголки) 5, помещенные в полость, образованную внутренней поверхностью корпуса картриджа 4, внешней поверхностью патрубка подачи жидкости 6 и перфорированными решетками 7, совершают интенсивное движение. Варьирование масс ферромагнитных частиц (иголок) 5 в сменном картридже 2 позволяет задавать при их вращение различную скорость относительно друг друга. Проходя через перфорированные решетки 7 выполненные в виде вихревых диффузоров с лопастями, перекрывающими друг друга, поток жидкости на входе получает дополнительную подкрутку, что повышает эффективность обработки, либо уменьшает скорость вращения на выходе, если требуется исключить перемешивание сбрасываемой жидкости.
При взаимодействии ферромагнитных частиц 5, совершающих интенсивное движение с жидкостью осуществляется эффективное перемешивание, активация жидкости и ускорение физико-химических реакций при ее обработке.
Следующим преимуществом предложенного аппарата является возможность замены ферромагнитных частиц (иголок) 5 при их износе, за счет применения сменного картриджа 2 в аппарате.
Кроме того, в прототипе для активирования жидкости используется вся рабочая зона трубы. Однако величина магнитной индукции в поперечном сечении вблизи продольной оси реактора резко уменьшается, поэтому оправданным является размещение в центре патрубка подачи жидкости. Установлено, что для процессов перемешивания жидкости или различных фаз, например, с газом, необходима величина магнитной индукции в интервале от 0,1 Тл до 0,19 Тл. В предлагаемом аппарате достигается максимально-допустимая величина магнитной индукции за счет исключения трубы, примыкающей к электромагнитному индуктору 3.
Изобретение позволяет повысить эффективность и качество обработки жидкости, а также упростить эксплуатацию аппарата. Кроме того, применение описанного выше сменного картриджа позволит унифицировать аппарат вихревого слоя для использования в различных областях промышленности, что приведет к снижению стоимости аппарата вихревого слоя при серийном производстве. При одном типе аппарата вихревого слоя, могут использоваться картриджи с различной массой и распределенными по их объему ферромагнитными вставками. Картриджи могут заполняться различными по массе и количеству ферромагнитными частицами (иголками) и катализирующими добавками, в зависимости от решаемых задач.