WO2021061010A2 - Physicochemical reactor with a vortex layer - Google Patents

Physicochemical reactor with a vortex layer Download PDF

Info

Publication number
WO2021061010A2
WO2021061010A2 PCT/RU2020/000617 RU2020000617W WO2021061010A2 WO 2021061010 A2 WO2021061010 A2 WO 2021061010A2 RU 2020000617 W RU2020000617 W RU 2020000617W WO 2021061010 A2 WO2021061010 A2 WO 2021061010A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cartridge
inductor
reaction chamber
ferromagnetic particles
physicochemical
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000617
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Other versions
WO2021061010A3 (en
Inventor
Аркадий Владимирович ВЛАДИМИРЦЕВ
Анатолий Николаевич СНЕЖИН
Андрей Евгеньевич ТЕРЕНТЬЕВ
Original Assignee
Аркадий Владимирович ВЛАДИМИРЦЕВ
Анатолий Николаевич СНЕЖИН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Аркадий Владимирович ВЛАДИМИРЦЕВ, Анатолий Николаевич СНЕЖИН filed Critical Аркадий Владимирович ВЛАДИМИРЦЕВ
Publication of WO2021061010A2 publication Critical patent/WO2021061010A2/en
Publication of WO2021061010A3 publication Critical patent/WO2021061010A3/en

Links

Definitions

  • the utility model relates to devices for processing materials, in particular to a physicochemical reactor (hereinafter referred to as FHR) with a vortex layer, which can be used in the fields of energy, oil and gas production, metallurgy, chemical industry, agriculture and urban economy, environmental protection and others. areas of industry for the activation of material processing processes, as well as for the treatment of various liquid media and, in particular, for the treatment of industrial and domestic wastewater
  • a vortex electromagnetic layer reactor known from RU 2669274 [1] is considered as a prototype of the proposed utility model.
  • the known reactor contains a working area connected to a pump with a working fluid in the form of ferromagnetic needles inside and an external electromagnetic inductor and is made in the form of a removable cartridge made of non-magnetic metal or polymer material.
  • a fluid supply pipe is installed, connected to perforated grids installed at the ends of the working area.
  • the cartridge body is made in the form of a pipe, on one of the ends of which a cover is installed, and the second end is connected to a branch pipe with a wedge device located coaxially with respect to the central pipe.
  • the reactor is equipped with a docking unit connected to the cartridge by a wedge gate and to the central branch pipe of the cartridge connected to the pump, and is equipped with a branch pipe for discharging the treated liquid.
  • the medium to be processed through the supply pipe hits the cartridge lid and changes the direction of flow to the opposite, flowing around the supply pipe from the outside and passing through the working area of the cartridge in the opposite direction. Therefore, when starting the liquid supply pump, there is a risk of water hammer with the destruction of the installation, and the rotation of the liquid flow in the opposite direction due to the impact of the liquid in the cartridge cover significantly increases the hydrodynamic resistance to the flow and increases the load on the pump and, accordingly, energy consumption, which leads to rapid wear of the pump or to the need to use a pump of increased power with high energy consumption.
  • the design of the cartridge in [1] is relatively complex and expensive, since it includes an outer pipe, an inner supply pipe, a cover with a fastener and an air valve, ferromagnetic particles, end grids with attachments to the outer pipe and to the supply pipe, and a docking knot with fastening. Frequent replacement of such a cartridge leads to significant material costs.
  • the technical result of the proposed utility model is to increase the durability and reliability of the FHR, as well as to reduce operating costs.
  • the specified technical result is achieved by the fact that in a FHR with a vortex layer containing a rotating electromagnetic field inductor, in the annular cavity of which there is a tubular reaction chamber with a discrete working fluid in the form of ferromagnetic particles, made in the form of a removable cartridge made of non-magnetic material, and the cartridge is located in the cavity an inductor with an annular air gap.
  • the gap has a substantially annular shape, and the size of the specified annular gap is not less than 2 mm.
  • the outer diameter of the cartridge is less than the diameter of the annular cavity of the inductor by an amount substantially equal to twice the required clearance.
  • the ends of the cartridge are made with the possibility of being connected by quick disconnect pipe connections to the flow pipe of the fluid to be processed. Quick disconnect couplings also make it possible, if necessary, to promptly replace the entire cartridge. In this case, the presence of an air annular gap facilitates the mechanical process of replacing the cartridge.
  • a replaceable cartridge preferably made of a wear-resistant material, and in case of wear of its inner surface and / or abrasion of ferromagnetic particles can be completely promptly replaced with a new one, which increases the reliability of the FHR and simplifies its operation.
  • the use of a replaceable cartridge allows the use of ferromagnetic particles of various sizes in the processing of various media.
  • the flow of the processed liquid with the proposed design of the cartridge does not change the direction of movement and does not require additional pump power to pump the processed fluid.
  • the simplicity of the design of the cartridge, consisting only of a pipe, end grids, ferromagnetic particles and quick couplings significantly reduces its cost and, accordingly, operating costs during periodic replacement of the cartridge.
  • the proposed utility model makes it possible to increase the durability and reliability of the FHR and reduce operating costs.
  • Figure 1 shows a general diagram in a longitudinal section of the proposed FHR, where 1 - inductor, 2 - inductor housing, 3 - inductor reaction chamber (replaceable cartridge), 4 - air gap, 5 - ferromagnetic particles, 6 - end grids, 7 - quick disconnect pipe connections, 8 - flow pipe.
  • Physicochemical reactor with a vortex layer contains an annular inductor 1 of a rotating EMF with windings and a housing 2 and a tubular reaction chamber made in the form of a replaceable cartridge 3 made of non-magnetic material filled with ferromagnetic particles, preferably made in the form of elongated cylindrical rods.
  • the replaceable cartridge 3 is installed in a substantially cylindrical cavity of the axial channel of the annular inductor 1, providing an air annular gap 4 that is substantially uniform in the longitudinal direction of the cartridge between the outer surface of the tubular wall of the cartridge 3 and the inner surface of the axial channel of the inductor 1 to ensure its free removal and insertion of a new cartridge when replacing, as well as to exclude the transmission of shock effects from the walls of the cartridge to the inductor body.
  • the cartridge 3 contains a discrete working fluid in the form of a plurality of ferromagnetic particles 5, held inside the cartridge 3 by end grids 6.
  • the discrete working fluid in the form of a plurality of ferromagnetic particles 5 essentially performs in the FHR the function of a working medium or a working body, in particular a stirring or grinding / grinding element , and is an integral part of the FHR.
  • the zone of the cartridge, bounded by its inner walls and grids 6, forms a direct-flow working zone of the reaction chamber, which is located in the working zone of the inductor 1, i.e. in the cavity of its axial channel, covered by its windings.
  • the size of the air annular gap 4 is at least 2 mm.
  • the specified minimum size of the gap between the reaction chamber and the inductor ensures the maximum efficiency of the FHR operation due to the fact that the magnitude of the magnetic induction reaches its maximum values near the walls of the inductor cavity, and on the other hand, it is sufficient to compensate for the possible temperature expansion of the reaction chamber and the amplitude of its mechanical vibrations to prevent the transfer of shock-vibration and thermal effects from the reaction chamber body to the inductor body during FHR operation.
  • the outer diameter of the cartridge is made smaller than the inductor cavity diameter by an amount substantially equal to twice the required clearance.
  • the outer surface of the cartridge 3 and the inner surface of the cavity of the inductor 1 have a substantially similar shape.
  • the gap between the reaction chamber of the cartridge 3 and the inductor 1 can be provided, for example, by installing between the outer surface of the reaction chamber and the inner surface (walls) of the cavity of the inductor 1 spacers, made, for example, in the form of sealing or damping rings, or by means of screw adjusters of the spatial relative position of the reaction chamber and the inductor.
  • the diameter of the outer surface of the reaction chamber is made less than the inner diameter of the cavity of the inductor 1 by twice the size of the gap.
  • the replaceable cartridge 3 is preferably made of a non-magnetic wear-resistant material.
  • FHR works as follows. Inductor 1, connected to an alternating current network, creates a rotating EMF in the working area between its poles.
  • the processed fluid flowing through the flow pipe 8 into the working area of the cartridge 3 passes through the end grids 6 located on the end sides of the replaceable cartridge 3 within the working area of the inductor 1.
  • the effect of the rotating EMF on the ferromagnetic particles 5 located in the reaction chamber of the cartridge 3, leads them to intensive rotation and translational circular motion, thereby forming a vortex layer of ferromagnetic particles, which creates turbulence in the treated medium.
  • magnetostriction and electric polarization occur in elongated ferromagnetic particles, the combined action of which causes cavitation in the treated medium, propagation of acoustic waves and electrolysis.
  • the ends of the cartridge 3 are equipped with quick-disconnect pipe connections 7 for their quick connection with the flow pipe 8 the processed fluid, as well as quick disconnection of the cartridge 3 from the flow pipe 8.
  • the fluid to be treated flows under pressure from a supply pump (not shown) in the direction of flow shown in FIG. 1 with an arrow, for processing into the FHR reaction chamber, made in the form of a replaceable cartridge 3, and after processing it in the reaction chamber, it is diverted into the outlet flow pipe 8 shown in FIG. 1 on the right, for further filtering, processing, etc.
  • the quick-release couplings 7 of the flow pipe 8 and the cartridge are opened to disconnect both ends of the cartridge 3 from the flow pipe 8, the flow pipe 8 is removed to the side relative to the axis of the cartridge 3 by turning its knee (not shown in the drawing) to ensure the removal of the cartridge 3 from the cavity of the channel of the inductor 1.
  • the old cartridge 3 due to the presence of an air annular gap, is freely removed from the cavity of the inductor, and a new cartridge 3, complete with ferromagnetic particles loaded into it, is installed in its place held in the cartridge by end grids 6.
  • the flow pipe 8 is returned to its place and connected to the ends of the new cartridge 3 by means of quick-release couplings 7.
  • the proposed utility model makes it possible to increase the durability and reliability of the FHR and reduce operating costs.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)

Abstract

The utility model relates to devices for activation of material and fluid processing in a vortex layer of ferromagnetic particles for use in power engineering, in oil and gas, in the metallurgical and chemical industries, in agricultural and municipal facilities, in environmental protection and in other industries, and can also be used for treating various fluids and, in particular, for industrial and municipal wastewater treatment. A physicochemical reactor (PCR) with a vortex layer comprises an inductor (1) of a rotating electromagnetic field, a tubular reaction chamber installed inside an annular space thereof and configured as a removable cartridge (3) made of a non-magnetic material, said reaction chamber containing a discrete working body in the form of ferromagnetic particles (5) which are retained inside by means of end grids. In the utility model, the cartridge is arranged inside the inductor space with an air gap. The proposed utility model makes it possible to increase PCR durability and operational reliability and to reduce operational costs.

Description

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ВИХРЕВЫМ СЛОЕМ PHYSICAL AND CHEMICAL REACTOR WITH VORTEX LAYER
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬTECHNICAL FIELD OF USEFUL MODEL
Полезная модель относится к устройствам для обработки материалов, в частности к физико-химическому реактору (далее ФХР) с вихревым слоем, который может использоваться в областях энергетики, нефтегазодобывающей, металлургической, химической промышленности, сельского и городского хозяйства, экологической защиты окружающей среды и в других областях промышленности для активации процессов обработки материалов, а также для обработки различных жидких сред и, в частности, для очистки промышленных и бытовых стоков. The utility model relates to devices for processing materials, in particular to a physicochemical reactor (hereinafter referred to as FHR) with a vortex layer, which can be used in the fields of energy, oil and gas production, metallurgy, chemical industry, agriculture and urban economy, environmental protection and others. areas of industry for the activation of material processing processes, as well as for the treatment of various liquid media and, in particular, for the treatment of industrial and domestic wastewater
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ LEVEL OF TECHNOLOGY
Практически все известные аппараты с вихревым слоем и их модификации состоят из внешнего кольцевого индуктора, генерирующего вращающееся электромагнитное поле (далее ЭМП), в полость которого вставлена труба из немагнитного материала, во внутренней области которой, представляющей собой рабочую зону с повышенными значениями индукции ЭМП, находится дискретное рабочее тело в виде множества ферромагнитных частиц, являющееся аналогом сплошного рабочего тела, такого как, например, ротор асинхронного двигателя или сплошной сердечник. Воздействие вращающегося ЭМП на ферромагнитные частицы вызывает интенсивное вращательное и поступательное движение указанных частиц, образующих так называемый «вихревой слой», взаимодействие с которым существенно влияет на обрабатываемую среду, пропускаемую через трубу. Под воздействием ЭМП и вихревого слоя в ФХР проявляется множество физико-химических процессов, при этом все известные процессы ускоряются во много раз. В частности, в обрабатываемой среде проявляются явления магнитострикции и кавитации, появляются акустические волны, возникает электролиз, интенсифицируются процессы смешивания, перемешивания и размола, и как следствие, ускоряются химические реакции, и т.п. Almost all known devices with a vortex layer and their modifications consist of an external ring inductor that generates a rotating electromagnetic field (hereinafter EMF), into the cavity of which a pipe made of non-magnetic material is inserted, in the inner region of which, which is a working area with increased values of EMF induction, there is a discrete working fluid in the form of a plurality of ferromagnetic particles, which is an analogue of a solid working fluid, such as, for example, an induction motor rotor or a solid core. The impact of a rotating EMF on ferromagnetic particles causes an intense rotational and translational motion of these particles, forming the so-called "vortex layer", the interaction with which significantly affects the medium being processed, passed through the pipe. Under the influence of EMF and a vortex layer, many physicochemical processes are manifested in FHR, while all known processes are accelerated many times. In particular, in the medium being treated, the phenomena of magnetostriction and cavitation are manifested, acoustic waves appear, electrolysis occurs, the processes of mixing, stirring and grinding are intensified, and as a result, chemical reactions are accelerated, etc.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели рассматривается реактор вихревого электромагнитного слоя, известный из RU 2669274 [1]. Известный реактор содержит соединенную с насосом рабочую зону с рабочим телом в виде ферромагнитных иголок внутри и наружным электромагнитным индуктором и выполнен 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. 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 снабжен стыковочным узлом, соединенным с картриджем клиновым затвором и с центральным патрубком картриджа, соединенным с насосом, и снабжен патрубком сброса обработанной жидкости. A vortex electromagnetic layer reactor known from RU 2669274 [1] is considered as a prototype of the proposed utility model. The known reactor contains a working area connected to a pump with a working fluid in the form of ferromagnetic needles inside and an external electromagnetic inductor and is made in the form of a removable cartridge made of non-magnetic metal or polymer material. In the central part of the cartridge, a fluid supply pipe is installed, connected to perforated grids installed at the ends of the working area. The cartridge body is made in the form of a pipe, on one of the ends of which a cover is installed, and the second end is connected to a branch pipe with a wedge device located coaxially with respect to the central pipe. The reactor is equipped with a docking unit connected to the cartridge by a wedge gate and to the central branch pipe of the cartridge connected to the pump, and is equipped with a branch pipe for discharging the treated liquid.
Однако, многочисленные ударные воздействия ферромагнитных частиц друг о друга и о стенки картриджа при работе реактора приводят к их быстрому истиранию и разрушению стенок картриджа, что требует частой периодической замены картриджа вместе с ферромагнитными частицами. При этом распространение ударно-вибрационных воздействий на корпус реактора и далее на полюса и обмотки индуктора ведёт к их преждевременному износу и повреждению, существенно сокращая срок службы индуктора и устройства в целом. However, numerous impacts of ferromagnetic particles against each other and against the walls of the cartridge during reactor operation lead to their rapid abrasion and destruction of the walls of the cartridge, which requires frequent periodic replacement of the cartridge together with the ferromagnetic particles. In this case, the propagation of shock and vibration effects on the reactor vessel and further on to the poles and windings of the inductor leads to their premature wear and damage, significantly reducing the service life of the inductor and the device as a whole.
Кроме того, различные текучие среды при их физико-химической обработке в ФХР обычно подаются в рабочую зону в широком диапазоне температур - от экстремально низких до экстремально высоких. При этом, поскольку цилиндрическая немагнитная труба картриджа, в которой находится рабочая зона, практически примыкает в [1] к стенкам внутренней полости индуктора, то индуктор также испытывает прямые температурные воздействия со стороны обрабатываемой среды, которые приводят к повреждению, прежде всего, его обмоток, и выходу их из строя. In addition, various fluids during their physicochemical treatment in FHR are usually supplied to the working zone in a wide range of temperatures - from extremely low to extremely high. At the same time, since the cylindrical non-magnetic tube of the cartridge, in which the working zone is located, is practically adjacent in [1] to the walls of the inner cavity of the inductor, the inductor also experiences direct temperature effects from the processed medium, which lead to damage, first of all, to its windings. and fail them.
Кроме того, поступающая по патрубку подачи обрабатываемая среда ударяется в крышку картриджа и меняет при этом направление течения на противоположное, обтекая патрубок подачи снаружи и проходя через рабочую зону картриджа в обратном направлении. Поэтому при запуске насоса подачи жидкости возникает риск гидроудара с разрушением установки, а поворот потока жидкости в обратном направлении за счёт удара жидкости в крышку картриджа существенно повышает гидродинамическое сопротивление потоку и увеличивает нагрузку на насос и, соответственно, энергопотребление, что приводит к быстрому износу насоса или к необходимости использования насоса повышенной мощности с большим потреблением электроэнергии. Кроме того, конструкция картриджа в [1] является сравнительно сложной и дорогостоящей, поскольку включает в себя наружную трубу, внутренний патрубок подачи, крышку с узлом крепления и воздушным клапаном, ферромагнитные частицы, торцевые решётки с креплениями к наружной трубе и к подающему патрубку и стыковочный узел с креплением. Частая замена такого картриджа приводит к значительным материальным затратам. In addition, the medium to be processed through the supply pipe hits the cartridge lid and changes the direction of flow to the opposite, flowing around the supply pipe from the outside and passing through the working area of the cartridge in the opposite direction. Therefore, when starting the liquid supply pump, there is a risk of water hammer with the destruction of the installation, and the rotation of the liquid flow in the opposite direction due to the impact of the liquid in the cartridge cover significantly increases the hydrodynamic resistance to the flow and increases the load on the pump and, accordingly, energy consumption, which leads to rapid wear of the pump or to the need to use a pump of increased power with high energy consumption. In addition, the design of the cartridge in [1] is relatively complex and expensive, since it includes an outer pipe, an inner supply pipe, a cover with a fastener and an air valve, ferromagnetic particles, end grids with attachments to the outer pipe and to the supply pipe, and a docking knot with fastening. Frequent replacement of such a cartridge leads to significant material costs.
Таким образом, актуальной является проблема повышения долговечности и надёжности работы ФХР в целом и снижения его эксплуатационных затрат. Thus, the problem of increasing the durability and reliability of the FHR as a whole and reducing its operating costs is urgent.
Указанные недостатки прототипа [1] предлагается устранить с помощью ФХР согласно предлагаемой полезной модели. The indicated disadvantages of the prototype [1] are proposed to be eliminated using FHR according to the proposed utility model.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ DISCLOSURE OF THE USEFUL MODEL
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение долговечности и надёжности работы ФХР, а также снижение эксплуатационных затрат. The technical result of the proposed utility model is to increase the durability and reliability of the FHR, as well as to reduce operating costs.
Указанный технический результат достигается тем, что в ФХР с вихревым слоем, содержащем индуктор вращающегося электромагнитного поля, в кольцевой полости которого установлена трубчатая реакционная камера с дискретным рабочим телом в виде ферромагнитных частиц, выполненная в виде съемного картриджа из немагнитного материала, причем картридж размещен в полости индуктора с кольцевым воздушным зазором. The specified technical result is achieved by the fact that in a FHR with a vortex layer containing a rotating electromagnetic field inductor, in the annular cavity of which there is a tubular reaction chamber with a discrete working fluid in the form of ferromagnetic particles, made in the form of a removable cartridge made of non-magnetic material, and the cartridge is located in the cavity an inductor with an annular air gap.
Для обеспечения максимальной эффективности работы ФХР желательно обеспечение минимальной величины зазора между реакционной камерой и индуктором, т.е. между наружной поверхностью реакционной камеры и внутренней поверхностью (стенками) полости индуктора, но достаточной для того, чтобы компенсировать возможное температурное расширение камеры и амплитуду ее механических вибраций для предотвращения передачи ударно-вибрационных и термических воздействий с корпуса реакционной камеры на корпус индуктора при работе ФХР. В одном из вариантов реализации зазор имеет по существу кольцевую форму, а величина указанного кольцевого зазора составляет не менее 2 мм. To ensure the maximum efficiency of the FHR operation, it is desirable to ensure the minimum clearance between the reaction chamber and the inductor, i.e. between the outer surface of the reaction chamber and the inner surface (walls) of the inductor cavity, but sufficient to compensate for the possible thermal expansion of the chamber and the amplitude of its mechanical vibrations to prevent the transfer of shock-vibration and thermal effects from the reaction chamber body to the inductor body during FHR operation. In one embodiment, the gap has a substantially annular shape, and the size of the specified annular gap is not less than 2 mm.
Предпочтительно наружный диаметр картриджа выполнен меньше диаметра кольцевой полости индуктора на величину, по существу равную удвоенной величине требуемого зазора. В одном из вариантов реализации концы картриджа выполнены с возможностью их соединения быстроразъёмными трубными соединениями с проточной трубой обрабатываемой текучей среды. Быстроразъёмные соединения также позволяют производить, в случае необходимости, оперативную замену картриджа целиком. При этом наличие воздушного кольцевого зазора облегчает механический процесс замены картриджа. Preferably, the outer diameter of the cartridge is less than the diameter of the annular cavity of the inductor by an amount substantially equal to twice the required clearance. In one embodiment, the ends of the cartridge are made with the possibility of being connected by quick disconnect pipe connections to the flow pipe of the fluid to be processed. Quick disconnect couplings also make it possible, if necessary, to promptly replace the entire cartridge. In this case, the presence of an air annular gap facilitates the mechanical process of replacing the cartridge.
Сменный картридж, предпочтительно выполнен из износостойкого материала, и в случае износа его внутренней поверхности и/или истирания ферромагнитных частиц может быть целиком оперативно заменён на новый, что повышает надёжность работы ФХР и упрощает его эксплуатацию. Кроме того, использование сменного картриджа позволяет применять ферромагнитные частицы различных размеров при обработке различных сред. A replaceable cartridge, preferably made of a wear-resistant material, and in case of wear of its inner surface and / or abrasion of ferromagnetic particles can be completely promptly replaced with a new one, which increases the reliability of the FHR and simplifies its operation. In addition, the use of a replaceable cartridge allows the use of ferromagnetic particles of various sizes in the processing of various media.
Кроме того, проходя через ФХР согласно настоящей полезной модели, поток обрабатываемой жидкости при предложенной конструкции картриджа не меняет направление движения и не требует обеспечения дополнительной мощности насоса для перекачки обрабатываемой текучей среды. Кроме того, простота конструкции картриджа, состоящего только из трубы, торцевых решёток, ферромагнитных частиц и быстроразъёмных соединений, существенно снижает его стоимость и, соответственно, эксплуатационные затраты при периодической замене картриджа. In addition, passing through the FHR according to the present invention, the flow of the processed liquid with the proposed design of the cartridge does not change the direction of movement and does not require additional pump power to pump the processed fluid. In addition, the simplicity of the design of the cartridge, consisting only of a pipe, end grids, ferromagnetic particles and quick couplings, significantly reduces its cost and, accordingly, operating costs during periodic replacement of the cartridge.
Предлагаемая полезная модель позволяет повысить долговечность и надёжность работы ФХР и снизить эксплуатационные затраты. The proposed utility model makes it possible to increase the durability and reliability of the FHR and reduce operating costs.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
На фиг.1 представлена общая схема в продольном разрезе предлагаемого ФХР, где 1 - индуктор, 2 - корпус индуктора, 3 - реакционная камера индуктора (сменный картридж), 4 - воздушный зазор, 5 - ферромагнитные частицы, 6 - торцевые решётки, 7 - быстроразъёмные трубные соединения, 8 - проточная труба. Figure 1 shows a general diagram in a longitudinal section of the proposed FHR, where 1 - inductor, 2 - inductor housing, 3 - inductor reaction chamber (replaceable cartridge), 4 - air gap, 5 - ferromagnetic particles, 6 - end grids, 7 - quick disconnect pipe connections, 8 - flow pipe.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ IMPLEMENTATION OF THE USEFUL MODEL
Физико-химический реактор с вихревым слоем (фиг. 1) содержит кольцевой индуктор 1 вращающегося ЭМП с обмотками и корпусом 2 и трубчатую реакционную камеру, выполненную в виде сменного картриджа 3 из немагнитного материала, заполненного ферромагнитными частицами, предпочтительно выполненными в виде удлинённых цилиндрических стержней. Сменный картридж 3 установлен в по существу цилиндрической полости осевого канала кольцевого индуктора 1 с обеспечением по существу равномерного в продольном направлении картриджа воздушного кольцевого зазора 4 между наружной поверхностью трубчатой стенки картриджа 3 и внутренней поверхностью осевого канала индуктора 1 для обеспечения его свободного извлечения и вставки нового картриджа при замене, а также для исключения передачи ударных воздействий со стенок картриджа на корпус индуктора. Картридж 3 содержит дискретное рабочее тело в виде множества ферромагнитных частиц 5, удерживаемых внутри картриджа 3 торцевыми решётками 6. Дискретное рабочее тело в виде множества ферромагнитных частиц 5 по существу выполняет в ФХР функцию рабочей среды или рабочего органа, в частности перемешивающего или измельчающего/размалывающего элемента, и является неотъемлемой частью ФХР. Physicochemical reactor with a vortex layer (Fig. 1) contains an annular inductor 1 of a rotating EMF with windings and a housing 2 and a tubular reaction chamber made in the form of a replaceable cartridge 3 made of non-magnetic material filled with ferromagnetic particles, preferably made in the form of elongated cylindrical rods. The replaceable cartridge 3 is installed in a substantially cylindrical cavity of the axial channel of the annular inductor 1, providing an air annular gap 4 that is substantially uniform in the longitudinal direction of the cartridge between the outer surface of the tubular wall of the cartridge 3 and the inner surface of the axial channel of the inductor 1 to ensure its free removal and insertion of a new cartridge when replacing, as well as to exclude the transmission of shock effects from the walls of the cartridge to the inductor body. The cartridge 3 contains a discrete working fluid in the form of a plurality of ferromagnetic particles 5, held inside the cartridge 3 by end grids 6. The discrete working fluid in the form of a plurality of ferromagnetic particles 5 essentially performs in the FHR the function of a working medium or a working body, in particular a stirring or grinding / grinding element , and is an integral part of the FHR.
При этом, при установленном в полость индуктора 1 картридже 3, зона картриджа, ограниченная его внутренними стенками и решётками 6, образует прямоточную рабочую зону реакционной камеры, которая размещена в рабочей зоне индуктора 1, т.е. в полости его осевого канала, охватываемой его обмотками. At the same time, when the cartridge 3 is installed in the cavity of the inductor 1, the zone of the cartridge, bounded by its inner walls and grids 6, forms a direct-flow working zone of the reaction chamber, which is located in the working zone of the inductor 1, i.e. in the cavity of its axial channel, covered by its windings.
Предпочтительно, величина воздушного кольцевого зазора 4 составляет не менее 2 мм. Указанная минимальная величина зазора между реакционной камерой и индуктором, с одной стороны, обеспечивает максимальную эффективность работы ФХР ввиду того, что величина магнитной индукции достигает своих максимальных значений вблизи стенок полости индуктора, а с другой стороны, она является достаточной для того, чтобы компенсировать возможное температурное расширение реакционной камеры и амплитуду ее механических вибраций для предотвращения передачи ударно-вибрационных и термических воздействий с корпуса реакционной камеры на корпус индуктора при работе ФХР. Preferably, the size of the air annular gap 4 is at least 2 mm. The specified minimum size of the gap between the reaction chamber and the inductor, on the one hand, ensures the maximum efficiency of the FHR operation due to the fact that the magnitude of the magnetic induction reaches its maximum values near the walls of the inductor cavity, and on the other hand, it is sufficient to compensate for the possible temperature expansion of the reaction chamber and the amplitude of its mechanical vibrations to prevent the transfer of shock-vibration and thermal effects from the reaction chamber body to the inductor body during FHR operation.
Для обеспечения необходимой величины зазора между реакционной камерой и стенками полости индуктора 1 , наружный диаметр картриджа выполнен меньшее диаметра полости индуктора на величину, по существу равную удвоенной величине требуемого зазора. При этом, наружная поверхность картриджа 3 и внутренняя поверхность полости индуктора 1 имеют по существу подобную форму. To provide the required clearance between the reaction chamber and the walls of the inductor 1 cavity, the outer diameter of the cartridge is made smaller than the inductor cavity diameter by an amount substantially equal to twice the required clearance. In this case, the outer surface of the cartridge 3 and the inner surface of the cavity of the inductor 1 have a substantially similar shape.
Зазор между реакционной камерой картриджа 3 и индуктором 1 может быть обеспечен, например, посредством установки между наружной поверхностью реакционной камеры и внутренней поверхностью (стенками) полости индуктора 1 дистанцеров, выполненных, например, в виде уплотнительных или демпфирующих колец, или посредством винтовых регуляторов пространственного взаимного положения реакционной камеры и индуктора. Для этого, в частности, диаметр наружной поверхности реакционной камеры выполнен меньше внутреннего диаметра полости индуктора 1 на удвоенную величину зазора. The gap between the reaction chamber of the cartridge 3 and the inductor 1 can be provided, for example, by installing between the outer surface of the reaction chamber and the inner surface (walls) of the cavity of the inductor 1 spacers, made, for example, in the form of sealing or damping rings, or by means of screw adjusters of the spatial relative position of the reaction chamber and the inductor. For this, in particular, the diameter of the outer surface of the reaction chamber is made less than the inner diameter of the cavity of the inductor 1 by twice the size of the gap.
Сменный картридж 3 предпочтительно изготовлен из немагнитного износостойкого материала. The replaceable cartridge 3 is preferably made of a non-magnetic wear-resistant material.
Работает ФХР следующим образом. Индуктор 1, подключенный к сети переменного тока, создает в рабочей зоне между своими полюсами вращающееся ЭМП. FHR works as follows. Inductor 1, connected to an alternating current network, creates a rotating EMF in the working area between its poles.
Обрабатываемая текучая среда, поступающая по проточной трубе 8 в рабочую зону картриджа 3, проходит через торцевые решетки 6, расположенные с торцевых сторон сменного картриджа 3 в пределах рабочей зоны индуктора 1. Воздействие вращающегося ЭМП на ферромагнитные частицы 5, размещенные в реакционной камере картриджа 3, приводит их к интенсивному вращению и поступательному круговому движению, образуя тем самым вихревой слой ферромагнитных частиц, создающий турбулентность обрабатываемой среды. Кроме того, в ферромагнитных частицах удлинённой формы возникает магнитострикция и электрическая поляризация, совместное действие которых вызывает в обрабатываемой среде кавитацию, распространение акустических волн и электролиз. Всё это, в свою очередь, приводит к размолу твёрдых частиц и примесей в обрабатываемой среде, интенсивному смешиванию и перемешиванию, интенсификации химических реакций, коагуляции, флокуляции, что, в частности, способствует солеобразованию и агрегированию примесей и облегчает их последующее отделение от жидкости. Благодаря выполнению реакционной камеры в виде сменного картриджа 3, содержащего ферромагнитные частицы 5, удерживаемые внутри картриджа посредством торцевых решеток 6, по мере износа внутренней поверхности картриджа и/или ферромагнитных частиц картридж 3 целиком может быть оперативно заменен на новый. The processed fluid flowing through the flow pipe 8 into the working area of the cartridge 3 passes through the end grids 6 located on the end sides of the replaceable cartridge 3 within the working area of the inductor 1. The effect of the rotating EMF on the ferromagnetic particles 5 located in the reaction chamber of the cartridge 3, leads them to intensive rotation and translational circular motion, thereby forming a vortex layer of ferromagnetic particles, which creates turbulence in the treated medium. In addition, magnetostriction and electric polarization occur in elongated ferromagnetic particles, the combined action of which causes cavitation in the treated medium, propagation of acoustic waves and electrolysis. All this, in turn, leads to grinding of solid particles and impurities in the treated medium, intensive mixing and stirring, intensification of chemical reactions, coagulation, flocculation, which, in particular, promotes salt formation and aggregation of impurities and facilitates their subsequent separation from the liquid. Due to the design of the reaction chamber in the form of a replaceable cartridge 3 containing ferromagnetic particles 5, held inside the cartridge by means of end grids 6, as the inner surface of the cartridge and / or ferromagnetic particles wears out, the cartridge 3 can be quickly replaced with a new one.
Кроме того, использование сменного картриджа позволяет применять в ФХР картриджи с ферромагнитными частицами различных размеров для обработки различных сред. In addition, the use of a replaceable cartridge makes it possible to use in FHR cartridges with ferromagnetic particles of various sizes for processing various media.
Для обеспечения оперативной замены картриджа 3 в случае износа его стенок или содержащихся в нем ферромагнитных частиц, а также при необходимости замены вида применяемых ферромагнитных частиц, концы картриджа 3 снабжены быстроразъёмными трубными соединениями 7 для их быстрого соединения с проточной трубой 8 обрабатываемой текучей среды, а также быстрого отсоединения картриджа 3 от проточной трубы 8. To ensure prompt replacement of the cartridge 3 in case of wear of its walls or the ferromagnetic particles contained in it, as well as if it is necessary to replace the type of used ferromagnetic particles, the ends of the cartridge 3 are equipped with quick-disconnect pipe connections 7 for their quick connection with the flow pipe 8 the processed fluid, as well as quick disconnection of the cartridge 3 from the flow pipe 8.
Во время работы ФХР по впускной проточной трубе 8, изображенной на фиг. 1 слева, обрабатываемая текучая среда, например загрязнённая сточная текучая среда, под напором от подающего насоса (не показан) поступает в направлении потока, показанного на фиг. 1 стрелкой, на обработку в реакционную камеру ФХР, выполненную в виде сменного картриджа 3, а после ее обработки в реакционной камере отводится в выпускную проточную трубу 8, изображенную на фиг. 1 справа, для дальнейшего фильтрования, обработки и т.п. Для замены изношенного картриджа 3 (после отключения насоса, ФХР и спуска текучей среды) быстроразъёмные соединения 7 проточной трубы 8 и картриджа открывают для отсоединения обоих концов картриджа 3 от проточной трубы 8, проточную трубу 8 отводят в сторону относительно оси картриджа 3 посредством поворота её колена (на чертеже не показано) для обеспечения извлечения картриджа 3 из полости канала индуктора 1. После этого старый картридж 3 за счёт наличия воздушного кольцевого зазора беспрепятственно вынимают из полости индуктора, а на его место устанавливают новый картридж 3 в сборе с загруженными в него ферромагнитными частицами, удерживаемыми в картридже торцевыми решётками 6. Проточную трубу 8 возвращают на место и присоединяют к концам нового картриджа 3 посредством быстроразъёмных соединений 7. During operation of the FHR through the inlet flow pipe 8 shown in FIG. 1 on the left, the fluid to be treated, for example contaminated waste fluid, flows under pressure from a supply pump (not shown) in the direction of flow shown in FIG. 1 with an arrow, for processing into the FHR reaction chamber, made in the form of a replaceable cartridge 3, and after processing it in the reaction chamber, it is diverted into the outlet flow pipe 8 shown in FIG. 1 on the right, for further filtering, processing, etc. To replace a worn-out cartridge 3 (after shutting off the pump, FHR and draining the fluid), the quick-release couplings 7 of the flow pipe 8 and the cartridge are opened to disconnect both ends of the cartridge 3 from the flow pipe 8, the flow pipe 8 is removed to the side relative to the axis of the cartridge 3 by turning its knee (not shown in the drawing) to ensure the removal of the cartridge 3 from the cavity of the channel of the inductor 1. After that, the old cartridge 3, due to the presence of an air annular gap, is freely removed from the cavity of the inductor, and a new cartridge 3, complete with ferromagnetic particles loaded into it, is installed in its place held in the cartridge by end grids 6. The flow pipe 8 is returned to its place and connected to the ends of the new cartridge 3 by means of quick-release couplings 7.
Предлагаемая полезная модель позволяет повысить долговечность и надёжность работы ФХР и снизить эксплуатационные затраты. The proposed utility model makes it possible to increase the durability and reliability of the FHR and reduce operating costs.

Claims

ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ USEFUL MODEL FORMULA
1. Физико-химический реактор с вихревым слоем, содержащий индуктор вращающегося электромагнитного поля, в кольцевой полости которого установлена трубчатая реакционная камера с дискретным рабочим телом в виде ферромагнитных частиц, удерживаемых внутри торцевыми решётками, выполненная в виде съемного картриджа из немагнитного материала, отличающийся тем, что картридж размещен в полости индуктора с воздушным зазором. 1. Physicochemical reactor with a vortex layer, containing an inductor of a rotating electromagnetic field, in the annular cavity of which a tubular reaction chamber with a discrete working fluid in the form of ferromagnetic particles held inside by end grids is installed, made in the form of a removable cartridge made of non-magnetic material, characterized in that, that the cartridge is located in the cavity of the inductor with an air gap.
2. Физико-химический реактор по п. 1, в котором зазор имеет по существу кольцевую форму, а величина кольцевого зазора составляет не менее 2 мм. 2. A physicochemical reactor according to claim 1, wherein the gap is substantially annular and the annular gap is at least 2 mm.
3. Физико-химический реактор по п. 1 , в котором наружный диаметр картриджа выполнен меньше диаметра кольцевой полости индуктора на величину, по существу равную удвоенной величине зазора. 3. Physicochemical reactor according to claim. 1, in which the outer diameter of the cartridge is made less than the diameter of the annular cavity of the inductor by an amount substantially equal to twice the size of the gap.
4. Физико-химический реактор по одному из пп. 1-3, в котором концы картриджа выполнены с возможностью их соединения быстроразъёмными трубными соединениями с проточной трубой обрабатываемой текучей среды. 4. Physicochemical reactor according to one of paragraphs. 1-3, in which the ends of the cartridge are made with the possibility of connecting them with quick disconnect pipe connections with the flow pipe of the processed fluid.
5. Физико-химический реактор по одному из пп. 1-4, в котором сменный картридж изготовлен из износостойкого материала. 5. Physicochemical reactor according to one of paragraphs. 1-4, in which the replacement cartridge is made of wear-resistant material.
PCT/RU2020/000617 2019-09-23 2020-11-19 Physicochemical reactor with a vortex layer WO2021061010A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129771 2019-09-23
RU2019129771 2019-09-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2021061010A2 true WO2021061010A2 (en) 2021-04-01
WO2021061010A3 WO2021061010A3 (en) 2021-06-17

Family

ID=75169146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000617 WO2021061010A2 (en) 2019-09-23 2020-11-19 Physicochemical reactor with a vortex layer

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021061010A2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2072257C1 (en) * 1992-10-16 1997-01-27 Николай Петрович Вершинин Vortex layer apparatus
RU2170707C1 (en) * 2000-07-13 2001-07-20 Вершинин Николай Петрович Material treatment process activating apparatus
RU2669274C1 (en) * 2017-07-27 2018-10-09 Петр Валентинович Рубеко Vortex electromagnetic layer reactor (velr)

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021061010A3 (en) 2021-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5246515B2 (en) Waste water treatment equipment
KR101232646B1 (en) Scale buster
RU197271U1 (en) PHYSICAL AND CHEMICAL REACTOR WITH VORTEX LAYER
WO2021061010A2 (en) Physicochemical reactor with a vortex layer
EP1397202B1 (en) Apparatus for treating fluids with ultrasounds
RU2669274C1 (en) Vortex electromagnetic layer reactor (velr)
AU2002241127A1 (en) Apparatus for treating fluids with ultrasounds
RU2300421C1 (en) Magnetic separator
RU195601U1 (en) PHYSICAL AND CHEMICAL REACTOR WITH VORTEX LAYER
RU2729078C1 (en) Physical-chemical reactor with vortex layer
RU2526446C1 (en) Method of activating processes (versions) and device for its implementation (versions)
RU2346733C1 (en) Cavitation generator
CN105858799A (en) Cavitation effect water treater
CN205977815U (en) Centrifugal pump spiral case and centrifugal pump
CN109205696A (en) A kind of novel cavitation apparatus
CN212292945U (en) Spiral magnetic field type magnetic drum separating device
RU195803U1 (en) PHYSICAL AND CHEMICAL REACTOR WITH VORTEX LAYER
RU197602U1 (en) PHYSICAL AND CHEMICAL REACTOR WITH VORTEX LAYER
JPH09225459A (en) Fluid treating device
Thanikachalam The Corrosion and Erosion of Centrifugal Pumps in a Marine Environment: Causes, Effects and Mitigation
RU222284U1 (en) Rotary pulsation apparatus
KR100194329B1 (en) Filtration Device for Water Treatment
SU1654603A1 (en) Agitator for liquids
KR0132000Y1 (en) A filter for water treatment
RU2725657C1 (en) Physical and chemical reactor with vortex layer and ferromagnetic particle for such reactor

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205 DATED 31.08.22)