Экспресс-анализ эффективности физической активации жидкостей

(51) 01 15/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ ЭМП) жидкостей путем анализа процессов оседания нерастворимого в них порошка (определение прозрачности) при отсутствии специальных электронных схем и приборов. Поставленная цель достигается тем, что в кювету поочередно наливают определенное количество жидкости, взятой до и после активации, и насыпают одинаковой количество порошка, тщательно взбалтывают и дают ему полностью отстояться,после чего вторично взбалтывают и измеряют время оседания порошка. Измерения проводятся поочередно в одной и той же кювете, на которой нанесены три уровня шрифтов, время оседания порошка фиксируется для каждого из шрифтов после уверенного определения оператором каждой буквы шрифта, расположенного на уровне его глаз. Кювета тщательно споласкивается перед использованием в сериях опытов с жидкостью до и после ее активации. После определения времени оседания определяются скорости оседания порошка для каждого из шрифтов и опытов, определяются математические ожидания скоростей оседания порошка для жидкостей до и после активации, по которым определяют степень эффективности физической активации. Измерения следует проводить в одном и том же помещении с тем же уровнем освещенности в месте проведения опытов по различимости шрифтов.(76) Сысоев Владимир Васильевич Хоменко Андрей Андреевич(54) ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЗИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ(57) Изобретение относится к способам измерения физических свойств жидкостей при их физической активации с целью контроля эффективности их обработки, например, электромагнитным полем(ЭМП). Может быть использовано в теплоэнергетике, в технологических процессах пищевой и строительной отраслях промышленности и других областях народного хозяйства, где применяется обработка жидкостей ЭМП или иной физической активацией с целью оптимизации режимов работы аппаратов активации (например,устройства на постоянных магнитах, электронные преобразователи солей жесткости и другие) и оперативного эксплуатационного контроля эффективности их работы. Целью предлагаемого изобретения является проведение экспресс-анализа количественной оценки степени физической активации (например, 24630 Изобретение относится к способам измерения физических свойств жидкостей при их физической активации с целью контроля эффективности их обработки, например, электромагнитным полем(ЭМП). Может быть использовано в теплоэнергетике, в технологических процессах пищевой и строительной отраслях промышленности и других областях народного хозяйства, где применяется обработка жидкостей ЭМП или иной физической активацией с целью оптимизации режимов работы аппаратов активации (например,устройства на постоянных магнитах, электронные преобразователи солей жесткости и другие) и оперативного эксплуатационного контроля эффективности их работы. Существуют различные способы контроля физических свойств жидкостей, и в частности воды,обработанных электромагнитным полем (ЭМП) кристаллооптический, оптический, осмотический и другие. Известен оптический способ оценки эффективности активации по мутности проб обработанной и необработанной воды (Тебенихин Е.В. Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках. - М. Энергоатомиздат, 1985. с.88-90). При нагревании проб в одинаковых условиях помутнение воды, обработанной ЭМП,наступает раньше, чем в необработанной,вследствие образования центров кристаллизации(СаСО 3). Метод чувствителен для воды,пересыщенной по накипеобразованию. Количественно мутность учитывается по оптической плотности (или светопропусканию),определяемой на электрофотокалориметре(например, ФЭК-56 М). Установлено, что наиболее достоверные результаты получаются после предварительного упаривания проб воды в 2 раза. По окончании упаривания пробы охлаждают до 70 С. Измерения на электрофотокалориметре проводят при светофильтре 9 с длиной волны 63010 мм. Для расчета оптической плотности определяют сначала значение полного светового потока Фо, а затем потоков пропущенного через исходную воду Фисх и через обработанную магнитным полем. При определении полного светового потока в правой и левой частях прибора помещают кюветы с дистиллированной водой. Диафрагмы правого и левого плеча должны быть полностью открыты. При этом стрелка микроамперметра отклоняется. Вращением левого барабана стрелку возвращают в прежнее, нулевое положение. Число делений красной шкалы этого барабана характеризует значение полного светового потока Фо. Пробы исходной и обработанной воды помещают в кюветы правого пучка света и определяют аналогично значения световых потоков для каждой пробы отдельно, обозначая их через Фисх и Фм. Все операции должны быть выполнены не более чем за 40 с. По значениям Фо, Фисх и Фм рассчитывают оптическую плотность(или коэффициент светопропускания) проб, . по формуле Т(Ф/Фо)100,где Фо - значение полного светового потока Ф значение светового потока, пропущенного через исследованные пробы (Фисх, Фм). Оптическую плотность рассчитывают для световых потоков,пропущенных через исходную Фисх и обработанную Фм воду. При надлежащей обработке воды ЭМП оптическая плотность обработанной воды превышает исходную. Эффект обработки,будет равен Эм - исх. К главным недостатком этого способа следует отнести его значительную трудоемкость,длительность проведения исследований и необходимость использования специализированного оборудования (электрофотокалориметр). Известен способ контроля эффективности магнитной обработки воды(Авторской свидетельство СССР 998374. 02 1/48, 1983), в котором эффективность обработки воды определяется путем измерения скорости кристаллизации,включающему смешение химического реагента (порошка), с водой до и после магнитной обработки. При этом химический реагент должен быть нерастворим в воде. В качестве критерия оценки используют отношение скоростей кристаллизации порошка,выраженных тангенсом углов наклона касательных в точке перегиба кривых кристаллизации в омагниченной и неомагниченной воде. Способ осуществляют следующим образом. В термостатированную ячейку заливают омагниченную и неомагниченную воду с определенной щелочностью, добавляют порошок и при постоянном перемешивании снимают рНграмму, характеризующую процесс кристаллизации порошка. Проводят касательные в точке перегиба кривых кристаллизации и находят тангенсы углов наклона касательных. Отношение тангенсов углов наклона касательных в точке перегиба кривых кристаллизации омагниченной и неомагниченной воды характеризует эффективность обработки воды. Способ достаточно экспрессивен (результат одного анализа можно получить в течение 15 минут). К недостатку данного способа следует отнести относительно высокую погрешность (при использовании специальных химических индикаторов, использование которых предполагает субъективную оценку изменения цвета исследуемых проб воды) и необходимость использования специализированных приборов (рН-метров). Известен способ экспресс-анализа физической активации жидкостей(Патент Российской Федерации 2096759, 601 15/04, 02 1/48,1997), суть которого заключается в анализе процессов оседания нерастворимого в них порошка до и после их физической активации. В основе метода лежит факт изменения вязкостно-коагуляционных свойств жидкостей,прошедших обработку ЭМП или подвергнутых другой физической активации. Поэтому 24630 нерастворимый в данной жидкости порошок будет оседать в ней со скоростью, которая будет изменяться в зависимости от вязкости этой жидкости и от размеров частиц порошка, как это следует из уравнения Стокса где р и р - плотность жидкости и порошка,соответственно -коэффициент вязкости- радиус частиц порошка-ускорение силы тяжести. Поскольку обработка жидкости ЭМП приводит к ускорению коагуляции, то есть укрупнению размеров частиц (что равносильно увеличению радиуса частиц в формуле Стокса) и уменьшению вязкости, то оба этих эффекта будут приводить к увеличению скорости оседания частиц порошка. Для осуществления контроля степени обработки жидкости ЭМП в две идентичные кюветы наливают равное количество жидкостей до и после их физической активации. Затем в эти кюветы насыпают одинаковое количество порошка(например, оксихлорид висмута), тщательно взбалтывают и дают ему полностью отстояться. После этого кюветы вторично тщательно взбалтывают и измеряют разность времен его оседания в кюветах, которая и определяет степень физической активации жидкостей. Для полного исключения влияния на результаты измерений климатических факторов обе кюветы с жидкостью после вторичного взбалтывания одновременно помещают в два разных плеча измерительного моста и по максимальной величине его разбаланса,возникающего по мере оседания порошка определяют степень физической активации жидкостей. Чтобы обеспечить необходимую достоверность получаемых результатов, достаточно измерить время оседания порошка два-три раза. Данный способ является достаточно стабильном из-за отсутствия различных химических эффектов,что повышает воспроизводимость получаемых с его помощью результатов. Кроме этого данный способ обладает большой экспрессностью (результат одного анализа можно получить в течение 8-10 минут. Способ является наиболее близким по технической сущности. К основному недостатку данного способа следует отнести необходимость использования электронных схем (измерительные мосты). Задача предлагаемого изобретения - проведение экспресс-анализа количественной оценки степени физической активации (например, ЭМП) жидкостей путем анализа процессов оседания нерастворимого в них порошка (определение прозрачности) при отсутствии специальных электронных схем и приборов. Поставленная цель достигается тем, что в кювету поочередно наливают определенное количество жидкости, взятой до и после активации, и насыпают одинаковой количество порошка, тщательно взбалтывают и дают ему полностью отстояться, после чего вторично взбалтывают и измеряют время оседания порошка. Измерения проводятся поочередно в одной и той же кювете, на которой нанесены три уровня шрифтов, время оседания порошка фиксируется для каждого из шрифтов после уверенного определения оператором каждой буквы шрифта, расположенного на уровне его глаз. Кювета тщательно споласкивается перед использованием в сериях опытов с жидкостью до и после ее активации. После определения времени оседания определяются скорости оседания порошка для каждого из шрифтов и опытов, определяются математические ожидания скоростей оседания порошка для жидкостей до и после активации, по которым определяют степень эффективности физической активации. Измерения следует проводить в одном и том же помещении с тем же уровнем освещенности в месте проведения опытов по различимости шрифтов. Известно, что процесс оседания порошка в жидкости характеризуется изменением мутности и прозрачности. К одному из методов количественного определения прозрачности,например, воды относится метод определения высоты водяного столба, при которой еще можно визуально различить (прочесть) черный шрифт высотой 3,5 мм и шириной линии 0,35 мм на белом фоне или увидеть юстировочную метку (например,черный крест на белой бумаге). Этот метод является унифицированным и соответствует международному стандарту ИСО 7027 Качество воды. Определение помутнения. Используя эти положения(определение прозрачности по шрифту) поставленная в предлагаемом изобретении цель достигается тем,что измерения скорости оседания нерастворимого в жидкости (воде) порошка осуществляются в мерном цилиндре емкостью 100 мл, на котором нанесены на разной высоте 3 шрифта (например, 3 шрифта из 10 латинских букв компьютерного полужирного шрифтаразмером 12 каждый. При этом целесообразно, чтобы в шрифте обязательно присутствовали такие буквы каки , с и е,ии другие буквы похожие по написанию(фиг. 1). Исследования проб обработанной и необработанной жидкостей производятся поочередно в одном и том же мерном цилиндре и в одном и том же помещении с тем же уровнем освещенности. Измерения проводятся следующим образом. В цилиндр наливается исследуемая проба жидкости. При этом уровень пробы воды должен быть на 10-15 мм выше верхнего шрифта. Отвешивается или отмеряется с использованием мерной ложки навеска рабочего порошка и высыпается в цилиндр с жидкостью. Порошок взбалтывается до тех пор,пока на дне не остается не взболтанного осадка. Далее порошок отстаивается до полного осветления смеси. Затем порошок хорошо взбалтывается еще раз,цилиндр устанавливается на заранее подготовленную поверхность (чтобы шрифты были примерно на уровне глаз оператора) и включается секундомер. 3 24630 Задачей оператора является поочередная фиксация времени (верх, сред и нижн), при котором наблюдается уверенное различение шрифтов. Здесь верх, сред и нижн - время, за которое оператор уверенно различил все буквы верхнего, среднего и нижнего шрифтов. Для повышения достоверности измерений исследования пробы воды измерения могут проводиться 5-7 раз. Далее цилиндр хорошо ополаскивается и проводятся аналогичные измерения с пробой жидкости обработанной ЭМП. Далее для каждого шрифта определяются скорости (верх, сред и нижн) оседания порошка по формулам результаты измерений скоростей (для всех шрифтов и измерений) для исходной необработанной (исх) и обработанной (обр) жидкостей осредняются. Эффективность обработки в процентах определяется по формуле Предварительное взбалтывание и отстаивание порошка стабилизирует процесс его оседания и в значительной степени снижает разброс во времени первого и последующих оседаний порошка. В прототипе показано, что эффективность активации, определенной по времени оседания порошка в 30 и более обеспечивает практически безнакипную работу теплоагрегатов. Учитывая,что скорость оседания порошка также определяется временем оседания, следовательно вышеназванную количественную оценку эффективности можно применить и для предлагаемого способа. Способ апробирован авторами в лаборатории ТОО(Алматы, Казахстан). В качестве объекта использовалась вода из артезианской скважины на предприятии ТОО(Алматы,Казахстан),которая обрабатывалась электронным преобразователем солей жесткости (ЭПСЖ) Шторм 250-325(Россия), производительностью до 1250 м /час. Вода характеризуется следующими показателями рН 7,3 жесткость - 3,7 мг-экв/л кальциевая жесткость - 2,2 мг-экв/л магниевая жесткость - 1,6 мг-экв/л щелочность общая - 2,1 мг-экв/л. Использовался мерный цилиндр 100 мл. Расстояния 1, 2 и 3 равны 10.20 и 30 мм, соответственно. Объем воды в цилиндре - 70 мл. Оценка эффективности обработки определялась для проб обработанной и необработанной воды. Рассматривался процесс снижения эффективности обработки во времени. В таблице приведены результаты измерений и их обработки, а на рисунке (фиг. 2) график изменения эффективности во времени. В таблице указаны средние значения времени и скорости оседания,полученные в результате проведения трех опытов для каждого случая. При этом значения 1, 2 и 3 равны 10, 20 и 29 мм, соответственно. Анализ полученных результатов показывает на снижение эффективности обработки со временем, что совпадает с результатами других экспериментов,например, (Миненко В.И., Петров СМ., Миц М.Н. Магнитная обработка воды. - Харьков, Харьковское книжной издательство, 1962. с.35) свойства обработанной ЭМП воды утрачиваются со временем. Настройка аппаратов для обработки жидкостей на оптимальный режим с использованием данного способа заключается в изменении их параметров(для ЭПСЖ - изменение мощности, расстояний между обмотками) с целью достижения максимальной величины эффективности обработки. Из вышеизложенного видно, что заявленный экспресс-анализ физической активации жидкостей по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами 1. Способ не использует специальные электронные схемы сравнения или мосты, что позволяет эффективно использовать его в любых производственных условиях в процессе настройки и эксплуатации устройств физической активации жидкостей (магнитные преобразователи воды,ЭПСЖ и другие). 2. Способ использует унифицированный метод оценки прозрачности жидкости по шрифту,признанный в мировой практике. 1. Фиг. 1 - изображение мерного цилиндра с нанесенными шрифтами 2. Фиг.2 - график изменения эффективности обработки воды во времени 3. Таблица - результаты измерений времени и скорости оседания порошка в обработанной и необработанной электромагнитным полем воде и результаты их обработки. Таблица Шрифт Исходная вода Шрифт 1 Шрифт 2 Шрифт 3 Среднее 24630 Продолжение таблицы Обработанная вода Шрифт 1 Шрифт 2 Шрифт 3 Среднее Э 95,38 Спустя 48 часов Исходная вода Шрифт 1 Шрифт 2 Шрифт 3 Среднее Обработанная вода Шрифт 1 Шрифт 2 Шрифт 3 Среднее Э 69,57 Спустя 96 часов Исходная вода Шрифт 1 Шрифт 2 Шрифт 3 Среднее Обработанная вода Шрифт 1 Шрифт 2 Шрифт 3 Среднее Э - 44,74 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Экспресс-анализ эффективности физической активации жидкостей путем анализа процентов оседания не растворимого в них порошка,заключающийся в том, что в кювету поочередно наливают определенное количество жидкости,взятой до и после активации, и насыпают одинаковое количество порошка, тщательно взбалтывают и дают ему полностью отстояться,после чего вторично взбалтывают и измеряют время оседания порошка, отличающийся тем, что измерения проводятся поочередно в одной и той же кювете на которой нанесены три уровня из шрифтов, время оседания порошка фиксируется для каждого из шрифтов после уверенного определения оператором каждой буквы шрифта, расположенного на уровне его глаз. 2. Экспресс-анализ по п.1, отличающийся тем,что кювету тщательно споласкивают перед использованием в сериях опытов с жидкостью до и после ее активации. 3. Экспресс-анализ по п.1, отличающийся тем,что определяют скорость оседания порошка для каждого из шрифтов и опытов, определяют математические ожидания скоростей оседания порошка для жидкостей до и после активации, по которым определяют степень эффективности физической активации. 4. Экспресс-анализ по п.1, отличающийся тем,что измерения проводят в одном и том же помещении с тем же уровнем освещенности в месте проведения опытов по различимости шрифтов.