Магнитная обработка воды

Магнитогидродинамическая обработка (МГДО) – способ воздействия на поток минерализованной воды, в котором под воздействием магнитного поля индуцируется электрический ток. Электрический ток в электролитах поддерживается, как известно, перемещением заряжённых ионов и в потоке воды происходит изменение концентрации в объёме потока положительных и отрицательных ионов. С использованием МГДО можно добиться таких эффектов как, местное снижение pH воды (для снижения коррозионной активности потока воды), создания локального увеличения концентрации ионов разного знака в локальном объёме воды (для преобразования избыточного содержания ионов солей жёсткости в тонкодисперсную кристаллическую фазу и предотвращения выпадения солей на поверхности трубопроводов и оборудования).

Теоретические предпосылки снижения жёсткости воды

В каждой элементарной ячейке электропроводящей жидкости (воды), при движении с линейной скоростью Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle u>0} магнитного поля с индукцией Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle B} , создаваемой вращающимися ИМП, индуцируется электрический ток.

Известно, что при движении заряжённых частиц и ионов на них будет действовать в магнитном поле сила Лоренца:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \vec{F}_\Lambda = q \cdot [\vec{u} \times \vec{B}]}

величина которой зависит от заряда Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle q} , скорости его движения Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle u} и индукции магнитного поля Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle B} . На положительно и отрицательно заряжённые частицы сила Лоренца действует в противоположных направлениях.

Если рассмотреть бесконечно малый – единичный - объём жидкости, то при движении жидкости на содержащийся в ней единичный заряд действует сила Лоренца Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle f = uB} , направленная перпендикулярно к направлению скорости движения технологической жидкости и к линиям индукции магнитного поля. Под действием этой силы Лоренца происходит разделение зарядов с разными знаками, возникает разность электрических потенциалов между областями технологической жидкости и, следовательно, индуцируется электрический ток.

Выбирая необходимое расположение вектора магнитной индукции относительно вектора скорости потока среды, можно целенаправленно воздействовать на ионы солей жёсткости и перераспределять их в объёме среды так, как это требуется в конкретном случае.

Файл:Scheme MGD cells.gif

Рисунок 1 – Схема магнитогидродинамической ячейки. Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \sigma} - электропроводность стенок ячейки

При ламинарном стационарном течении электропроводящей жидкости со средней скоростью Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle U} в достаточно длинной прямоугольной трубе, помещённой в однородное поперечное магнитное поле с индукцией Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle B_0} (рисунок 1), на заряжённые частицы действует сила Лоренца, ориентирующая заряжённые частица среды в объёме.

Допустим, что сторона сечения трубы, перпендикулярная полю, имеет размер Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle 2b } , много больший размера Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle 2a } . Стенки трубы, идеально проводящие и, кроме того, имеют идеальный электрический контакт с жидкостью (то есть контактное сопротивление равно нулю).

Нерелятивистская заряжённая частица, влетающая в однородное магнитное поле перпендикулярно его линиям, испытывает действие силы Лоренца, направленной перпендикулярно вектору её скорости, а значит и траектории. Совершаемая этой силой работа, очевидно, тождественно равна нулю, что, в свою очередь, означает неизменность кинетической энергии и, следовательно, модуля скорости частицы. Из последнего вытекают постоянство величины силы Лоренца и создаваемого ею перпендикулярно направленного траектории ускорения. Таким образом, в описанной ситуации заряжённая частица будет двигаться по окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям вектора Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle B} . Важной особенностью движения нерелятивистских заряжённых частиц в постоянном магнитном поле является пропорциональность радиуса кривизны траектории скорости частицы, что непосредственно следует из ньютоновского уравнения движения.

Очевидным следствием этой пропорциональности является независимость периода вращения заряжённых частиц в магнитном поле от скорости. Траекторией в этом случае будет винтовая линия с постоянным шагом и радиусом кривизны. Шаг винтовой линии оказывается независящим от величины поперечной полю компоненты скорости частицы.

Ввиду того, что перетекание тока со стенки Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle z = +b} к стенке Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle z = -b} вне жидкости невозможно, то интеграл токов по сечению трубы должен быть равен нулю, то есть

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \int\limits_{-a}^{a} (E-uB_0)\, dy = 0} .

Отсюда

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle E = \frac{1}{2a}\left(\int\limits_{-a}^{a} u\, dy\right)B_0 = UB_0} .

Следовательно, при протекании как электропроводящей, так и неэлектропроводящей жидкости через магнитное поле возникает разность потенциалов между областью с максимальным значением индукции Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle B = B_{max}} и областью с минимальным значением Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle B = B_0} .

В нашем случае не рассматривается движение одной частицы в вакууме. При высоких концентрациях частиц удобнее перейти к результирующему направлению движения частиц в магнитном и электрическом полях – электрическому току.

При движении жидкости на содержащиеся в ней единичные заряды действует сила Лоренца Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle f = uB_0} (Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle u} – локальная скорость течения), направленная перпендикулярно скорости и индукции магнитного поля. Под действием этой силы происходит разделение зарядов, возникает разность электрических потенциалов между стенками Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle z = +b} и Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle z = -b} (рисунок 2б) и, следовательно, электрическое поле с напряженностью Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle E} , направленное параллельно силе Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle f} , но в противоположную сторону. Направление вектора индуцируемого электрического тока определяется по правилу левой руки.

Файл:Scheme of arrangement MFI in device MGDO.gif

Рисунок 2 – Схема расположения ИМП, линий индукции, векторов силы Лоренца и ионов в устройстве МГДО. 1 – анионы, 2 – направление индуцированных токов, 3 – зоны с нулевым значением индукции, 4 – катионы

Для того чтобы инициировать кристаллизацию солей жёсткости внутри объёма перекачиваемой среды вдали от стенок труб в зазорах магнитного устройства, необходимо задать такое направление индукции магнитного поля, при котором в середине зазоров образовывалась бы зона с нулевым значением индукции. С этой целью ИМП в устройстве располагаются одинаковыми полюсами навстречу друг другу (рисунок 2). Под действием силы Лоренца в среде возникает противоток анионов и катионов, которые встречаются и начинают взаимодействовать именно в зоне с нулевым значением магнитной индукции.

Согласно теории активных столкновений С. Аррениуса, это приводит к активизации их взаимных соударений. Сближение двух ионов на достаточное для протекания реакции между ними расстояние затруднено, так как они должны за счёт диффузии пройти сквозь слой растворителя. Активизируя диффузию ионов в среде путём индуцирования электрических токов в магнитном поле, можно повысить концентрацию реагирующих между собой ионов и увеличить число их столкновений в зоне с нулевым значением магнитной индукции. Таким образом, в этой зоне происходит принудительная кристаллизация солей жёсткости.

Плотность возникающих токов Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle (A /m^2)} вычисляется по закону Ома:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle j = \sigma (E - uB), \qquad (1)}

где:

• Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \sigma} - электропроводность жидкости, ОмНевозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle ^{-1}} ;
• Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle E} – напряженность электрического поля, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle (A / m)} ;
• Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle u} – скорость жидкости, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle (m /s)} .

Масса вещества , Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \left( kg \right)} , переносимого при движении ионов из областей с Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle B = B_{max}} в области с Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle B = 0} , рассчитывается по закону Фарадея:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle m = kq} ,

где:

• Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle k} – электрохимический эквивалент вещества, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle ( kg / As)} ;
• Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle q} – количество электричества, прошедшее через электролит, Кл.

Скорость реакции Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle ( mol / s)} определяется по формуле:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle w = \pi R \cdot DN_A \cdot c_1 \cdot c_2} ,

где:

• Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle R} – расстояние между ионами при образовании пары столкновения, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \left( m \right)} ;
• Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle D} – коэффициент диффузии ионов, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle (m^2 / s)} ;
• Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle N_A} – число Авогадро;
• Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle c_1} и Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle c_2} – концентрации ионов, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle (mol / m^3)} .

Следовательно, активизируя диффузию ионов в растворе путём индуцирования электрических токов в магнитном поле, можно повысить концентрацию реагирующих между собой ионов и увеличить число их столкновений в зоне с нулевой магнитной индукцией.

Особенности кристаллизации из концентрированных растворов

Кристаллизация из концентрированных растворов широко распространена в лабораторной и промышленной практике. К концентрированным растворам прибегают всякий раз, когда нужно провести кристаллизацию достаточно быстро. В концентрированных средах все элементарные процессы, сопровождающие кристаллизацию, протекают с такой высокой скоростью, что можно говорить о феномене концентрационного влияния среды на кристаллизацию.

Феномен концентрационного влияния среды – яркое проявление кооперативного взаимодействия молекул кристаллизующегося вещества (кристаллизанта) в растворе. При этом кооперативность взаимодействия оказывается существенной на всех стадиях кристаллизации, а именно, при зарождении и росте кристаллов, при агломерации и созревании кристаллизующейся фазы.

Кооперативность взаимодействия проявляется, в частности, в том, как изменяется масса $M$ выкристаллизовавшегося вещества со временем $t$ в закрытой системе в отсутствие затравки. В настоящее время нет опытных данных, которые противоречили бы представлению о том, что в закрытой системе масса $M$ изменяется со временем по S-образной кривой аналогично цепным процессам. Перешедшие из раствора в кристаллы молекулы кристаллизанта, увеличивая площадь поверхности кристаллов, способствуют переходу последующих молекул; и так до тех пор, пока в растворе не исчерпается вещество, способное перейти в кристаллы. Возрастание площади поверхности доминирует на первом, а исчерпание вещества – на втором этапе кристаллизации. Это отражает соотношение:

$M=M_{\mathcal {1}}\left(1-e-{\acute {\alpha }}\left(\left(t-t_{0}\right)^{\gamma }+t_{0}^{\gamma }\right)\right),\qquad (2)$

где:

• $M_{\mathcal {1}}=\left(C_{0}-C_{\mathcal {1}}\right)V_{0}$ – масса вещества, способного перейти в кристаллы при исходной концентрации кристаллизанта в растворе $C_{0}$ и объёме системы $V_{0}$,
• $C_{\mathcal {1}}$ – растворимость кристаллизанта,
• ${\acute {\alpha }},t_{0},\gamma$ – параметры кристаллизации.

Соотношение (2) описывает большинство опытных данных о кристаллизации веществ разной природы при значениях ${\acute {\alpha }},t_{0}$ и $\gamma$ зависящих от $C_{0}$ и температуры раствора $T$, но остающихся постоянными в процессе кристаллизации. Однако некоторые данные удаётся описать только в предположении, что эти параметры зависят от времени. Согласно формуле, кристаллизация в закрытой системе проходит через периоды возрастания и падения скорости процесса:

$W=V_{0}^{-1}{\frac {dM}{dt}}$,

причем характеристической величиной является максимальное значение скорости $W$. Связь скорости процесса с концентрацией раствора можно характеризовать параметром, который отражает течение всех элементарных процессов

$K_{W}={\frac {C_{0}}{W_{M}}}\cdot {\frac {dW_{M}}{dC_{0}}}$,

где $W_{M}$ – максимальное значение скорости $W$.

Проведение экспериментов и основные результаты

С целью практического подтверждения возможности при МГДО принудительного образования кластеров солей жёсткости проведены исследования, первым этапом которых была подготовка модельной среды, имитирующей реальные промысловые среды.

Для этого использовали метод получения малорастворимых солей жесткости путём смешивания двух или более растворимых солей по реакциям

${Cu}SO_{4}+{Ca}{Cl}_{2}\rightarrow {Ca}SO_{4}+{Cu}{Cl}_{2}$;

${Na}_{2}CO_{3}+{Ca}{Cl}_{2}\rightarrow {Ca}CO_{3}+2{Na}{Cl}$.

В результате реакций соли кальция выпадали в осадок. Чтобы косвенно определить величину ЭДС и силу тока в растворе, вызванного упорядоченным движением ионов измеряли изменение электросопротивления среды в потоке жидкости.

Файл:Resistance change.gif

Рисунок 3 - Изменение сопротивления в зависимости от времени воздействия поля

На рисунке 3 показано изменение сопротивления в плоскости перпендикулярной движению потока на различном расстоянии от движущихся магнитов в зависимости от продолжительности воздействия поля. Исходное сопротивление раствора составляло 40 Ом. Видно, что с началом воздействия поля сопротивление среды, находящейся в непосредственной близости от магнита, резко падает. В центральной части потока, наоборот, резко возрастает, а наиболее отдаленной точке – сначала падает, затем возрастает. Падение напряжения в растворе, измеренное между первой и второй точками измерений составило 59,6 мВ, между первой и третьей 6,5 мВ. Следовательно, происходит активный перенос зарядов в ту часть объёма, которая контактирует с магнитами, и где индукция магнитного поля максимальна. В этой части объёма локальная концентрации ионов и заряжённых частиц значительно увеличивается, что ведет к снижению электросопротивления. Из центра потока (точка 2) идет интенсивный перенос ионов в области точек 1 и 3, концентрация их уменьшается, а электросопротивление возрастает.

Вдоль потока сопротивление среды изменяется следующим образом: перед входом в поле оно возрастает до 138,5 Ом, затем падает до значений указанных на рисунке 3. После выхода из поля сопротивление постепенно увеличивается до 40 Ом. Данный эффект имеет место только в случае движения постоянных магнитов относительно электролита, в противном случае переноса ионов не возникает.

Таким образом, МГДО растворов приводит к увеличению локальной концентрации ионов, что, в свою очередь вызывает образование кластеров молекул растворенного вещества, и заканчивается образованием микрокристаллов.

При минимально возможной в проведенном эксперименте продолжительности МГДО (0,5 с) в зоне с нулевыми значениями магнитной индукции через 2 минуты начинали образовываться мелкие кристаллы данных солей жёсткости. При росте продолжительности обработки латентная фаза кристаллизации по величине не изменялась. Следовательно, МГДО раствора солей имеет высокую эффективность по времени, и под её воздействием условия (образование кластеров), необходимые для начала процесса кристаллизации, создаются очень быстро.

Файл:Crystals of salts of rigidity.jpg

Рисунок 4 - Выпавшие из электролита кристаллы солей жёсткости (х10)

Кристаллы солей жёсткости выпадали (рисунок 4) в центральной части корпуса 1 в зоне с $B=0$.

Таким образом, экспериментально показано, что МГДО растворов солей вызывает перемещение их катионов и анионов из областей с $B_{m}ax$ в области с $B=0$ (рисунок 1), в результате чего в последних начинается процесс кристаллизации.

Оценку эффективности МГДО проводили также, определяя жёсткость пластовой воды с высоким содержанием ионов $CO_{3}^{2-}$. Сравнивали концентрацию ионов $CO_{3}^{2-}$ до и после МГДО, а также после кипячения пластовой воды. При кипячении растворимость карбонатов значительно снижается, и отложение солей происходит более интенсивно.

После МГДО и кипячения пластовую воду тщательно отфильтровывали от осадка. Остаточное содержание ионов $CO_{3}^{2-}$ определяли комплексометрическим методом при $20^{\circ }C$ (таблица).

Влияние МГДО на жёсткость пластовой воды

Вид обработки и скорость потока	Концентрация $CO_{3}^{2-}$, мг-экв/л	Снижение концентрации $CO_{3}^{2-},\%$
Без обработки	444	$-$
МГДО, 0,5 м/c	422	5
МГДО, 1 м/c	409	8
МГДО, 2 м/c	382	14
Кипячение	377	15

Видно, что при скорости потока 2 м/с эффективность МГДО практически не уступает эффективности кипячения пластовой воды. При скорости 1 м/с, которая соответствует скорости потока, наблюдаемой на многих нефтяных месторождениях, эффективность МГДО менее чем в два раза ниже, чем эффективность кипячения. Следовательно, МГДО растворов солей является продуктивным методом активизации кластерообразования, который сравним с кипячением. Необходимо учитывать, что кристаллы солей, которые образуются в зазоре агрегата для проведения МГДО, имеют малые размеры (до 4 мкм) (рисунок 32) и высокую кинетическую энергию, в связи, с чем они не способны к отложению на поверхности металла труб, а перемещаются в объёме транспортируемой среды в виде мелкодисперсной взвеси. Известно, в частности, что кристаллы солей размером менее 20 мкм не осаждаются на стенке трубопроводов при скорости потока более 0,4 м/с.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики том 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М., Наука., 1978, 480 с.
2. Брановер Г. Г., Цинобер А. Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», М., 1970, 380 с.
3. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. Учеб. для хим. спец. вузов. Под редакцией А.Г. Стромберга. – 4-е изд. Испр. – М.: Высш. шк., 2001. – 527 с.