Способ магнитной сепарации слабомагнитных жидких или пылегазовых продуктов и магнитный сепаратор для его осуществления
Изобретение относится к области магнитной сепарации слабомагнитных жидких или пылегазовых продуктов и может быть использовано в керамической, энергетической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Способ магнитной сепарации слабомагнитных жидких или пылегазовых продуктов включает питание сепаратора сепарируемым продуктом, пропускание потока этого продукта через многослойную пространственно упорядоченную полиградиентную насадку фильтр-матрицы, которая находится под действием магнитного поля постоянных магнитов, осаждение магнитовосприимчивых частиц продукта на элементы полиградиентной насадки фильтр-матрицы, устранение действия магнитного поля на полиградиентную насадку фильтр-матрицы путем разрыва магнитной связи между постоянными магнитами и полиградиентной насадкой фильтр-матрицы, которое осуществляют с помощью вращения размещенного внутри магнитной системы ферромагнитного вала, очистку полиградиентной насадки фильтр-матрицы от осажденных на нее частиц и транспортировку осадка этих частиц в дренаж путем продувки или промывки полиградиентной насадки фильтр-матрицы соответственно потоком воздуха или воды. Разрыв магнитной связи между постоянными магнитами и полиградиентной насадкой фильтр-матрицы осуществляют электромагнитным экранированием полиградиентной насадки фильтр-матрицы от воздействия на нее магнитного поля постоянных магнитов путем вращения относительно постоянных магнитов тонкостенного полого ферромагнитного цилиндра, размещенного между полиградиентной насадкой фильтр-матрицы и системой постоянных магнитов. Изобретение позволяет упростить конструкцию сепаратора и повысить эффективность способа магнитной сепарации за счет интенсификации процесса регенерации полиградиентной насадки фильтр-матрицы. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области магнитной сепарации слабомагнитных жидких или пылегазовых продуктов и может быть использовано в керамической, энергетической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известен способ магнитной сепарации жидких или пылегазовых продуктов с мелкодисперсными слабомагнитными примесями, которые подлежат магнитному осаждению на элементах полиградиентной насадки фильтр-матрицы (далее - полиградиентная насадка ФМ), которая находится под действием магнитного поля постоянных магнитов. Такой способ реализуется, например, в магнитных сепараторах [1], [2], [3] и включает рабочий режим и режим регенерации.
В рабочем режиме сепараторов продукт пропускают через полиградиентную насадку ФМ, на элементы которой под действием пондемоторных магнитных сил происходит осаждение магнитовосприимчивых частиц.
Следующий за рабочим режимом режим регенерации сепаратора включает устранение действия на полиградиентную насадку ФМ магнитного поля постоянных магнитов, отделение осажденных частиц от элементов полиградиентной насадки ФМ и их последующую транспортировку в дренаж потоком промывающей воды или продувающего воздуха.
Так, в магнитном сепараторе [1], где в качестве полиградиентной насадки ФМ используют ферромагнитные шарики, в точках магнитного контакта между которыми и осаждаются магнитовосприимчивые частицы, устранение действия магнитного поля постоянных магнитов в режиме регенерации сепаратора осуществляют простым линейным перемещением постоянных магнитов относительно неподвижной полиградиентной насадки ФМ на расстояние достаточного ослабления магнитного поля в объеме полиградиентной насадки ФМ. Для разрушения накопленного осадка магнитовосприимчивых частиц в месте контакта соседних шариков полиградиентную насадку ФМ, оболочку (корпус), в которой размещена полиградиентная насадка ФМ, подвергают действию сил вибрации.
В магнитном сепараторе [2] в качестве полиградиентной насадки ФМ используют пространственно упорядоченные высокопористые пружины. В этом сепараторе рабочий режим ничем не отличается от рабочего режима сепаратора [1], а режим регенерации несколько отличается в самом процессе разрушения осажденных на элементах полиградиентной насадки ФМ магнитовосприимчивых частиц. Такое разрушение осуществляют механическим устройством, при помощи которого пружинистые элементы полиградиентной насадки ФМ подвергаются продольный импульсной деформации.
Способам магнитной сепарации, которые реализуются в сепараторах [1], [2], присущ ряд существенных недостатков. Общим недостатком этих способов является необходимость использования механизма для линейного перемещения постоянных магнитов при их удалении от полиградиентной насадки ФМ. Так как доминирующим приводом механизмов является электропривод с вращательным движением, то для обеспечения линейного перемещения постоянных магнитов в систему привода необходимо дополнительно ввести механизм-преобразователь вращательного движения в линейное движение. Такие механизмы-преобразователи сложны, дорого стоят и в случае реализации способов в сепараторах [1] и [2] громоздкие в связи с необходимостью приложения к постоянным магнитам очень больших механических сил для преодоления альтернативных магнитных сил, которые притягивают постоянные магниты к полиградиентной насадке ФМ. Кроме того, для размещения постоянных магнитов в режиме регенерации сепараторов [1] и [2] необходимо дополнительно увеличить размеры корпуса сепараторов. Значительным недостатком способов, реализуемых в сепараторах [1] и [2], следует считать также необходимость в процессе регенерации сепараторов использовать еще одно механическое устройство для обеспечения вибрации полиградиентной насадки ФМ с целью разрушения осадка магнитовосприимчивых частиц.
В сепараторе [3], который также можно рассматривать как аналог предложенному, рабочий режим ничем не отличается от рассмотренного рабочего режима магнитной сепарации в сепараторах [1] и [2]. Что касается режима регенерации сепаратора [3], то в этом режиме сепаратора вообще не предусматривается процесс магнитного разрушения осажденных на элементы полиградиентной насадки ФМ магнитовосприимчивых частиц, что безусловно ухудшает эффективность процесса регенерации. Процесс регенерации в сепараторе [3] также осуществляется при ослаблении действия магнитного поля постоянных магнитов на полиградиентную насадку ФМ. При этом постоянные магниты, которые размещены внутри полиградиентной насадки ФМ, не отделяются от нее. Магнитную систему из постоянных магнитов выполняют из двух одинаковых половин, и в режиме регенерации магнитное поле в объеме полиградиентной насадки ФМ сильно ослабляется за счет незначительного осевого перемещения одной половины магнитной системы относительно другой. При таком перемещении магнитная система сепаратора [3] частично переходит в режим короткого замыкания, чем существенно уменьшается величина рабочего магнитного потока в объеме полиградиентной насадки ФМ. В этом режиме работы магнитной системы полиградиентная насадка ФМ находится под действием значительной величины магнитного потока рассеивания, что соответственно уменьшает эффективность регенерации сепаратора [3].
Известен также способ магнитной сепарации в магнитном сепараторе [4], который принимается в качестве прототипа предложенного изобретения. Выбор именно этого прототипа обуславливается способом устранения действия в сепараторе [4] магнитного поля постоянных магнитов на полиградиентную насадку ФМ.
Способ магнитной сепарации, который осуществляется в сепараторе-прототипе, включает пропускание слабомагнитных жидких или пылегазовых продуктов через пространственно упорядоченную полиградиентную насадку ФМ, которая находится под действием магнитного поля постоянных магнитов. Полиградиентная насадка ФМ выполнена из ферромагнитных стержней, установленных соосно с корпусом сепаратора. Поток продукта и магнитный поток взаимно перпендикулярны. Магнитный поток, возбужденный постоянными магнитами, вводится в объем полиградиентной насадки ФМ через ферромагнитный магнитопровод. Под действием магнитных сил магнитовосприимчивые частицы осаждаются между магнитоконтактирующими стержнями. Для осуществления регенерации полиградиентной насадки ФМ прекращают подачу продукта в сепаратор [4] и уменьшают действие магнитного поля на полиградиентную насадку ФМ. Для этого постоянные магниты, которые закреплены на ферромагнитном валу, вращением вала приводят во вращательное движение и поворачивают на 90°. При этом между постоянными магнитами и магнитоприводом ослабляется магнитное поле и существенно уменьшается магнитный поток, который замыкается через полиградиентную насадку ФМ. Полностью устранить действие магнитного поля на полиградиентную насадку ФМ в сепараторе-прототипе невозможно, так как магнитный поток может замыкаться и через воздух (поток рассеивания), и поэтому промывка или продувка полиградиентной насадки ФМ будет осуществляться при наличии значительной величины магнитного поля. Так как механическое действие на сепаратор-прототип ограничивается изменением положения постоянных магнитов и при этом не предусматривается использование механических сил для интенсификации разрушения осадка на элементах полиградиентной насадки ФМ, эффективность регенерации этого сепаратора будет низкой, что является недостатком сепаратора-прототипа.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа магнитной сепарации слабомагнитных жидких или пылегазовых продуктов и магнитного сепаратора для его осуществления путем упрощения конструкции сепаратора за счет использования в нем в режиме регенерации электромагнитного экранирования полиградиентной насадки ФМ от действия на нее магнитного поля постоянных магнитов и одновременной интенсификации самого процесса регенерации за счет дополнительного механического разрушения осадка на элементах полиградиентной насадки ФМ действием на них центробежных и вибрационных сил.
Поставленная задача достигается в способе магнитной сепарации слабомагнитных жидких или пылегазовых продуктов, который включает питание сепаратора сепарируемым продуктом, пропускание потока этого продукта через многослойную пространственно упорядоченную полиградиентную насадку ФМ, которая находится под действием магнитного поля постоянных магнитов, осаждение магнитовосприимчивых частиц продукта на элементы полиградиентной насадки ФМ, устранение действия магнитного поля на полиградиентную насадку ФМ путем разрыва магнитной связи между постоянными магнитами и полиградиентной насадкой ФМ, которое осуществляют с помощью вращения размещенного внутри магнитной системы ферромагнитного вала, очистку полиградиентной насадки ФМ от осажденных на нее частиц и транспортировку осадка этих частиц в дренаж путем продувки или промывки полиградиентной насадки ФМ соответственно потоком воздуха или воды, в котором согласно изобретению разрыв магнитной связи между постоянными магнитами и полиградиентной насадкой ФМ осуществляют электромагнитным экранированием полиградиентной насадки ФМ от действия на нее магнитного поля постоянных магнитов путем вращения относительно постоянных магнитов тонкостенного полого ферромагнитного цилиндра, размещенного между полиградиентной насадкой ФМ и системой постоянных магнитов.
При очистке полиградиентной насадки ФМ ее вращают вместе с тонкостенным полым ферромагнитным цилиндром, а поток продувающего воздуха или промывающей воды подают непосредственно на приведенную в движение полиградиентную насадку ФМ.
Продукт, подлежащий сепарации, и поток продувающего воздуха или промывающей воды пропускают вдоль слоев полиградиентной насадки ФМ, выполненной в виде плетеной, вязаной или просечной гибкой сетки, намотанной в рулон на ферромагнитный вал, величину оборотов которого устанавливают как из условия ограничения проникновения магнитного поля в тело цилиндра, так и из условия получения величины центробежных сил и сил динамического дисбаланса, достаточных для взаимного сдвига контактирующих между собой смежных слоев гибкой сетки, разрушения, рыхления и измельчения осадка на сетке, а удаление измельченных частиц осадка из объема полиградиентной насадки ФМ в дренаж осуществляется как по вертикали вдоль слоев рулона гибкой сетки под действием силы тяжести и давлением продувающего воздуха или промывающей воды, так и по горизонтали под действием центробежной силы.
Продукт пропускают последовательно через несколько установленных вертикально один над другим рулонов гибкой сетки, выполненной с разными размерами и формой ячеек.
Питание сепаратора продуктом, подлежащим сепарации, осуществляют через аккумулирующую емкость.
Скорость вращения ферромагнитного вала сепаратора периодически изменяют. Поставленная задача достигается также в магнитном сепараторе, который включает размещенную в цилиндрическом корпусе и цилиндрической формы многослойную пространственно упорядоченную полиградиентную насадку ФМ, постоянные магниты, создающие в полиградиентной насадке ФМ магнитное поле, направленное по нормали к оси полиградиентной насадки, магнитопроводы, устройство для устранения действия на полиградиентную насадку ФМ магнитного поля, установленный с возможностью вращения ферромагнитный вал, входные и выходные патрубки, в котором согласно изобретению корпус сепаратора выполняют ферромагнитным, на его внутренней поверхности размещают полукольцевые радиально намагниченные постоянные магниты с чередующейся полярностью по окружности цилиндра, внутри которых соосно с ними устанавливают на ферромагнитном валу полиградиентную насадку ФМ и тонкостенный сплошной или со сквозными отверстиями полый ферромагнитный цилиндр, который размещен между внешней поверхностью полиградиентной насадки и внутренней поверхностью постоянных магнитов с незначительными зазорами относительно обеих поверхностей.
Полиградиентную насадку ФМ выполняют из плетеной, вязаной или просечной гибкой сетки, намотанной в рулон на ферромагнитный вал.
Полиградиентную насадку ФМ выполняют из нескольких вертикально установленных один над другим рулонов гибкой сетки, выполненной с разными размерами и формой ячеек.
Сепаратор дополняют аккумулирующей емкостью для сепарируемого продукта, которую устанавливают на входе продукта в сепаратор.
Сепаратор оснащают электроприводом с возможностью регулирования скорости вращения вала сепаратора и возможностью периодического изменения скорости вращения полиградиентной насадки ФМ.
Причинно-следственная связь между существенными признаками предложенного изобретения и положительным эффектом, который достигается, следующая.
В сепараторе-прототипе устранение действия магнитного поля постоянных магнитов в режиме регенерации сепаратора осуществляется взаимным механическим перемещением в пространстве постоянных магнитов относительно объема, который занимает полиградиентная насадка ФМ. В предложенном изобретении эту технологическую операцию осуществляют благодаря использованию другого физического принципа - принципа электромагнитного экранирования [5], [6], [7]. Этот принцип в его конкретном использовании в предложенном сепараторе заключается в том, что при вращении ферромагнитного полого цилиндра относительно неподвижных постоянных магнитов, полярность которых изменяется в направлении вращения цилиндра, магнитное поле в теле цилиндра ослабляется (затухает) и при определенной толщине цилиндра внутри цилиндра практически исчезает. Глубина проникновения магнитного поля в тело цилиндра зависит от скорости вращения цилиндра, электрической проводимости и магнитной проницаемости материала, из которого изготовленный цилиндр. Глубину проникновения магнитного поля в предложенном сепараторе можно ограничить одним сантиметром. Таким образом, при определенных оборотах полого ферромагнитного цилиндра даже с толщиной стенки в несколько миллиметров действие магнитного поля постоянных магнитов на размещенную внутри цилиндра полиградиентную насадку ФМ может быть частично или полностью исключено.
В рабочем режиме сепаратора ферромагнитный цилиндр неподвижен, и постоянные магниты соответственно неподвижны относительно ферромагнитного цилиндра и размещенной внутри его полиградиентной насадки ФМ. Цилиндр, как ферромагнетик, пропускает через свою тонкую стенку магнитный поток в объем полиградиентной насадки ФМ. При этом в зависимости от толщины стенки цилиндра происходит в большей или в меньшей мере магнитное шунтирование полиградиентной насадки ФМ, которое ограничивается магнитным насыщением стенки цилиндра. Чем больше диаметр цилиндра (а значит, и ширина полюсов постоянных магнитов), тем слабее проявляется эффект шунтирования полиградиентной насадки ФМ. Для уменьшения магнитного сопротивления магнитному потоку, который замыкается через полиградиентную насадку ФМ, и обеспечения его замыкания в направлении нормали к поверхности контакта между смежными слоями полиградиентной насадки ФМ приводной вал необходимо выполнять ферромагнитным, так как тело вала выполняет также и функцию магнитопровода.
Корпус сепаратора, к которому прилегают постоянные магниты, также выполняют ферромагнитным, как часть магнитной цепи сепаратора.
Использование в предложенном способе магнитной сепарации принципа электромагнитного экранирования полиградиентной насадки ФМ позволяет в сепараторе, в котором реализуется этот способ, устранить действие магнитного поля постоянных магнитов на полиградиентную насадку ФМ при взаимно неизменном в пространстве положении объема, который занимает полиградиентная насадка ФМ, и объема, который занимают постоянные магниты. Это дает возможность уменьшить объем сепаратора и, соответственно, его размеры и массу.
Предложенное в изобретении использование в качестве полиградиентной насадки намотанной в рулон на ферромагнитный вал гибкой плетеной, вязаной или просечной сетки позволяет получить дополнительный положительный эффект. Особенность сетчатой намотанной в рулон полиградиентной насадки ФМ заключается в том, что сохраняя пространственно упорядоченную структуру (форму, размеры и взаимное положение ячеек сетки) в неподвижном положении (то есть в рабочем режиме сепаратора), при приведении ее во вращательное движение в режиме регенерации в результате незначительной жесткости рулона в целом происходит в небольших пределах деформация этого рулона. Деформация рулона происходит как под действием центробежных сил (Fц), так и под действием сил (Fд) динамического дисбаланса сетчатого рулона относительно его оси вращения.
Центробежные силы (Fц) "растягивают" сетку рулона в радиальном направлении, в результате чего происходит взаимное незначительное перемещение смежных слоев сетки, которое сопровождается механическим разрывом установленных в рабочем режиме сепаратора механических и магнитных контактов между смежными слоями сетки. Разрыв контактов приводит к соответствующему разрушению осадка магнитовосприимчивых частиц, сосредоточенных именно в зонах этих контактов.
Так как намотать сетку в рулон на вал практически невозможно с совпадением оси центра массы рулона с осью вращения вала, то при вращении вала на полиградиентную насадку ФМ действуют интенсивные силы динамического дисбаланса, которые "раструшивают" сетчатую полиградиентную насадку ФМ, отделяя осадок от поверхности самой сетки. Следует заметить, что и центробежные силы, и силы динамического дисбаланса отрывают из поверхности сетки осажденные на нее частицы независимо от их магнитных свойств. То есть поверхность сетки при вращении рулона будет очищаться как от магнитовосприимчивых частиц, так и от немагнитовосприимчивых частиц, которые могут осесть на поверхность сетки в рабочем режиме сепаратора, например, под действием сил адгезии. В реальных условиях реализации предложенного сепаратора возникающие центробежные силы намного превышают силы тяжести, которые действуют на частицы осадка, и силы давления (Fр) промывающей воды или продувающего воздуха. Так, например, на рулоне диаметром d=0,3 м и оборотах рулона n=600 об/мин удельная центробежная сила (Fц) равняется:
Fц=V2/R [Н/кг]=102/0,15=666 Н/кг~67 Fg,
где V=πdn/60=π·0,3·600/60=10 м/с - линейная скорость,
R=d/2=0,15 м,
Fg=9,8 H/кг - сила тяжести.
Траектория движения отделенных от сетки частиц будет определяться как силами тяжести (Fg) и силами давления (Fp), которые действуют по вертикали, так и центробежными силами (Fц), которые действуют по радиусу рулона в направлении внутренней поверхности ферромагнитного цилиндра. Таким образом, при значительных центробежных силах (Fц>>Fg) в процессе вращения полиградиентной насадки ФМ в предложенном изобретении можно получить дополнительную очистку поверхности гибкой сетки полиградиентной насадки ФМ от осадка любой природы. При радиальном перемещении частиц разрушенного осадка под действием центробежных сил эти частицы могут достигать поверхности ферромагнитного цилиндра и в дальнейшем при незначительных скоростях вращения вала (или при его полной остановке) удаляться из этой поверхности в дренаж потоком продувающего воздуха или промывающей воды.
Использование регулируемого по скорости автоматизированного электропривода вала сепаратора дает возможность изменять скорость его вращения в широких пределах. Этим достигается как изменение деформации сетчатой полиградиентной насадки ФМ и улучшение разрушения осадка с поверхности сетки, так и формирование траектории движения частиц осадка в результате изменения величины центробежных сил, которые действуют на эти частицы. При необходимости в режиме регенерации фильтра приводной вал можно приводить в движение циклически: вращение-остановка-вращение, что также повышает эффективность регенерации. Если магнитовосприимчивые частицы продукта, подлежащего сепарации, сильно отличаются своими размерами и магнитными свойствами, целесообразно, как это предложено в изобретении, выполнять полиградиентную насадку ФМ из нескольких установленных друг над другом рулонов гибкой сетки, выполненных с разными размерами и формой ячеек. Каждый последующий рулон должен выполняться с меньшими размерами и/или другой формой ячеек. Тогда в процессе осаждения примесей на вышеустановленых на валу сетчатых рулонах будут осаждаться частицы больших размеров и большей магнитовосприимчивости, а на нижеустановленых рулонах будет происходить более тонкая фильтрация наиболее мелких частиц с наихудшими магнитными свойствами. При очень мелких размерах ячеек сетки дополнительно может также происходить процесс осаждения немагнитных частиц, скомкованных за счет магнитной флокуляции магнитовосприимчивых частиц, защемлением при этом между ними немагнитных частиц, а также за счет сил адгезии и действия молекулярных сил и чисто механической фильтрации продукта при его движении через слой сетки с мелкими ячейками. При технологической необходимости непрерывной подачи продукта в магнитный сепаратор независимо от режима работы сепаратора в предложенном изобретении предлагается питание сепаратора осуществлять через аккумулирующую емкость для сепарируемого продукта. В такую емкость продукт поступает непрерывно, а из самой емкости этот продукт подается на полиградиентную насадку ФМ прерывисто в зависимости от того, в каком режиме работает сепаратор: в рабочем режиме или в режиме регенерации. Использование регулируемого по скорости электропривода позволяет в широких пределах регулировать величину центробежных сил и сил динамического дисбаланса, оптимизируя режим регенерации сепаратора в зависимости от условий сепарации конкретных продуктов.
На фиг.1 изображен продольный разрез сепаратора.
На фиг.2 изображен поперечный разрез сепаратора.
На фиг.3 изображена развертка тонкостенного цилиндра.
На фиг.4 изображен сепаратор с аккумулирующей емкостью.
Предложенный сепаратор (фиг.1, фиг.2) включает радиально намагниченные полукольцевые постоянные магниты 1, установленные с чередующейся полярностью по окружности цилиндра. Как видно из фиг.1 и фиг.2, магнитная система выполнена двухполюсной. В принципе магнитная система может выполняться многополюсной. Постоянные магниты 1 закреплены внутри кольцевого корпуса 2, который одновременно представляет собой внешний магнитопровод магнитной системы сепаратора.
Полиградиентная насадка ФМ 3 может быть выполнена из гибкой сетки (плетеной, вязаной или просечной). Гибкая сетка намотана в рулон на приводной ферромагнитный вал 4. Так как вал 4 ферромагнитный, то он одновременно выполняет функцию магнитопровода. Между внешней цилиндрической поверхностью полиградиентной насадки ФМ 3 и внутренней поверхностью постоянных магнитов 1 установлен соосно с ними тонкостенный полый ферромагнитный цилиндр 5, который закреплен на валу 4 и может им приводиться во вращательное движение. Цилиндр 5 может выполняться сплошным или со сквозными отверстиями 9 (фиг.3). На фиг.2 показан путь, по которому замыкается магнитный поток Ф при неподвижном цилиндре 5, то есть в рабочем режиме сепаратора. Магнитный поток Ф из северного полюса N полукольцевого постоянного магнита 1 замыкается в радиальном направлении через воздушный промежуток δ2, стенку цилиндра 5, воздушный промежуток δ1, сетчатую полиградиентную насадку ФМ 3, вал 4, опять через полиградиентную насадку ФМ 3, воздушный промежуток δ1, стенку цилиндра 5, воздушный промежуток δ2, южный полюс S полукольцевого постоянного магнита 1, и в дальнейшем поток Ф разветвляется на две равные части (Ф/2), которые замыкаются по корпусу 2 на южный полюс S противоположного магнита. Так как гибкая сетка фильтр-матрицы 3 намотана слоями на вал 4 в виде цилиндрического рулона, а магнитное поле имеет радиальное направление, то тем самым магнитное поле действует по нормали к поверхности контактирующих между собой смежных слоев сетки.
Вал 4 закрепляют вертикально в подшипниковых узлах 6 (фиг.1) с возможностью его вращения под действием электропривода. При необходимости подшипниковые узлы 6 могут выполняться герметическими. Полиградиентную насадку ФМ 3 устанавливают на диски, перфорированные сквозными отверстиями, или на спицы со втулкой 7, которые жестко связаны с цилиндром 5.
Для защиты от потока продукта, воздуха или воды постоянных магнитов 1 и корпуса 2 сепаратор оснащен немагнитным кожухом 8. Сепаратор оснащают двумя системами трубопроводов, через которые в сепаратор подают и выводят поток сепарируемого продукта Q1 и поток воздуха или воды Q2, подаваемых в сепаратор при его регенерации.
На корпусе 2 при необходимости может быть установлена аккумулирующая емкость 10 (фиг.4) для сепарируемого продукта. Прерывание подачи потока продукта Q1 в сепаратор из емкости 10 осуществляют задвижкой 11.
Предложенный способ реализуется при работе сепаратора таким образом.
В рабочем режиме сепаратора при неподвижном ферромагнитном вале 4 (фиг.1) через систему трубопроводов в корпус сепаратора 2 подают (самотеком или под давлением) поток продукта Q1, который через перфорированный диск или спицы со втулкой 7 попадает на верхнюю поверхность полиградиентной насадки ФМ 3. Под действием гравитационной силы (или дополнительно и под давлением) поток Q1 продукта протекает или продувается преимущественно вдоль поверхностей смежных слоев гибкой сетки фильтр-матрицы 3. Поскольку полиградиентная насадка ФМ 3 находится под действием магнитного поля постоянных магнитов 1, в точках магнитного контакта смежных слоев сетки возникает концентрация магнитного поля, которое приводит к возникновению магнитных сил поля Fм, направленных именно в точки указанных контактов. Под действием сил Fм магнитовосприимчивые частицы притягиваются в зону контактов и извлекаются из потока продукта, оседая в этих зонах.
Чем больше высота рулона гибкой сетки ФМ 3 и чем меньше размеры ячеек этой сетки, тем большая вероятность осаждения из потока продукта на стенку магнитовосприимчивых частиц. В принципе на поверхность сетки могут осаждаться и немагнитные примеси как в результате защемления частиц немагнитных примесей между магнитовосприимчивыми частицами продукта, так и в результате действия сил адгезии, молекулярных сил и других сил.
Для перевода сепаратора из рабочего режима в режим регенерации прекращают подачу и выведение продукта Q1 закрытием соответствующих задвижек трубопроводов и приводят во вращательное движение цилиндр 5 и вместе с ним полиградиентную насадку ФМ 3. В стенке цилиндра 5 в результате его вращения относительно неподвижных постоянных магнитов 1 происходит процесс затухания магнитного поля и его проникновения во внутрь цилиндра 5, а значит, и в полиградиентную насадку ФМ 3. Одновременно в результате действия центробежных сил и сил динамического дисбаланса разрываются контакты между смежными слоями гибкой сетки ФМ 3 и разрушается осадок.
Под действием центробежных сил частицы разрушенного осадка перемещаются в направлении цилиндра 5, а под действием сил тяжести перемещаются вниз вдоль рулона гибкой сетки ФМ 3. При подаче на полиградиентную насадку ФМ 3 под давлением продувающего воздуха или промывающей воды ускоряется вертикальное перемещение частиц осадка и выведение их из объема полиградиентной насадки ФМ 3 в дренаж через нижнюю плоскость рулона и через воздушный промежуток δ1. Если цилиндр 5 выполняют перфорированным со сквозными радиальными щелями 9 (фиг.3), то частицы осадка через эти щели могут проходить стенку цилиндра 5 и попадать в промежуток δ2. Так как кожух 8 (фиг.1) неподвижный, то попадая на его поверхность, частицы тормозятся и под действием сил притяжения опадают вниз.
Длительность рабочего режима и режима регенерации сепаратора определяют экспериментально для сепарации конкретных продуктов.
Реализация предложенного сепаратора открывает путь к нетрадиционным конструктивным решениям при создании полиградиентных сепараторов с системой постоянных магнитов и повышает эффективность способа магнитной сепарации жидких или пылегазовых продуктов за счет интенсификации процесса регенерации полиградиентных насадок ФМ магнитных сепараторов.
Источники информации
1. Патент RU №2299767 С1, публ. 27.05.2007 г., Бюл. №15.
2. Патент RU №2300421 С1, публ. 10.06.2007 г., Бюл. №16.
3. Авторское свидетельство SU №1692612 А1, публ. 23.11.1991 г., Бюл. №43.
4. Авторское свидетельство SU №1088798 А, публ. 30.04.1984 г., Бюл. №16.
5. Л.Р.Нейман, П.Л.Калантаров. Теоретические основы электротехники. Москва, Госэнергоиздат, 1959 г., стр.198.
6. Й.Ламмеранер, М.Штафль. Вихревые токи. Москва, Энергия, 1967 г., стр.35, 190.
7. Н.Е.Вишневский, Н.П.Глуханов, И.С.Ковалев. Машины и сепараторы с герметичным электроприводом. Ленинград, Машиностроение, 1977 г., стр.22.
1. Способ магнитной сепарации слабомагнитных жидких или пылегазовых продуктов, включающий питание сепаратора сепарируемым продуктом, пропускание потока этого продукта через многослойную пространственно упорядоченную полиградиентную насадку фильтр-матрицы, которая находится под действием магнитного поля постоянных магнитов, осаждение магнитовосприимчивых частиц продукта на элементы полиградиентной насадки фильтр-матрицы, устранение действия магнитного поля на полиградиентную насадку фильтр-матрицы путем разрыва магнитной связи между постоянными магнитами и полиградиентной насадкой фильтр-матрицы, которое осуществляют с помощью вращения размещенного внутри магнитной системы ферромагнитного вала, очистку полиградиентной насадки фильтр-матрицы от осажденных на нее частиц и транспортировку осадка этих частиц в дренаж путем продувки или промывки полиградиентной насадки фильтр-матрицы соответственно потоком воздуха или воды, отличающийся тем, что разрыв магнитной связи между постоянными магнитами и полиградиентной насадкой осуществляют электромагнитным экранированием полиградиентной насадки фильтр-матрицы от воздействия на нее магнитного поля постоянных магнитов путем вращения относительно постоянных магнитов тонкостенного полого ферромагнитного цилиндра, размещенного между полиградиентной насадкой фильтр-матрицы и системой постоянных магнитов.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при очистке полиградиентной насадки фильтр-матрицы ее вращают вместе с тонкостенным полым ферромагнитным цилиндром, а поток продувающего воздуха или промывающей воды подают непосредственно на приведенную в движение полиградиентную насадку фильтр-матрицы.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что сепарируемый продукт и поток продувающего воздуха или промывающей воды пропускают вдоль слоев полиградиентной насадки фильтр-матрицы, выполненной в виде плетеной, вязаной или просечной гибкой сетки, намотанной в рулон на ферромагнитный вал, величину оборотов которого устанавливают как из условия ограничения проникновения магнитного поля в тело цилиндра, так и из условия получения величины центробежных сил и сил динамического дисбаланса, достаточных для взаимного сдвига контактирующих между собой смежных слоев гибкой сетки, разрушения, рыхления и измельчения осадка на сетке, а удаление измельченных частиц осадка из объема полиградиентной насадки фильтр-матрицы в дренаж осуществляется как по вертикали вдоль слоев гибкой сетки рулона под действием силы тяжести и давления продувающего воздуха или промывающей воды, так и по горизонтали под действием центробежной силы.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что сепарируемый продукт пропускают последовательно через несколько установленных вертикально один над другим рулонов гибкой сетки, выполненной с разными размерами и формой ячеек.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что питание сепаратора сепарируемым продуктом осуществляют через аккумулирующую емкость.
6. Способ по п.2, отличающийся тем, что скорость вращения ферромагнитного вала сепаратора периодически изменяют.
7. Магнитный сепаратор, включающий размещенную в цилиндрическом корпусе цилиндрической формы многослойную пространственно упорядоченную полиградиентную насадку фильтр-матрицы, постоянные магниты, создающие в полиградиентной насадке фильтр-матрицы магнитное поле, направленное по нормали к оси полиградиентной насадки фильтр-матрицы, магнитопроводы, устройство для устранения действия на полиградиентную насадку фильтр-матрицы магнитного поля, установленный с возможностью вращения ферромагнитный вал, входные и выходные патрубки, отличающийся тем, что корпус сепаратора выполняют ферромагнитным, на внутренней поверхности которого размещают полукольцевые радиально намагниченные постоянные магниты с чередующейся полярностью по окружности цилиндра, внутри которых соосно с ними устанавливают на ферромагнитном валу полиградиентную насадку фильтр-матрицы и тонкостенный сплошной или со сквозными отверстиями полый ферромагнитный цилиндр, который размещен между внешней поверхностью полиградиентной насадки фильтр-матрицы и внутренней поверхностью постоянных магнитов с незначительными зазорами относительно обеих поверхностей.
8. Магнитный сепаратор по п.7, отличающийся тем, что полиградиентную насадку фильтр-матрицы выполняют из плетеной, вязаной или просечной гибкой сетки, намотанной в рулон на ферромагнитный вал.
9. Магнитный сепаратор по п.8, отличающийся тем, что полиградиентную насадку фильтр-матрицы выполняют из нескольких вертикально установленных один над другим рулонов гибкой сетки, выполненной с разными размерами и формой ячеек.
10. Магнитный сепаратор по п.7, отличающийся тем, что сепаратор дополняют аккумулирующей емкостью для сепарируемого продукта, которую устанавливают на входе продукта в сепаратор.
11. Магнитный сепаратор по п.7, отличающийся тем, что сепаратор оснащают электроприводом с возможностью регулирования скорости вращения вала сепаратора и возможностью периодического изменения скорости вращения полиградиентной насадки фильтр-матрицы.
