Method of magnetic separation of fluids

Abstract

The article proposes a method of magnetic separation to remove impurities, susceptible to magnetically deposition, from fluids.

Full Text

В различных видах промышленности (химической, пищевой, энергетической, металлургической, машиностроительной и других) часто возникает необходимость удаления из текучих сред примесей, склонных к магнитному осаждению. Эти примеси во многих случаях ухудшают качество сырьевых компонентов, готовой продукции, снижают надежность и долговечность работы технологического оборудования. В данной статье предлагается вариант способа магнитной сепарации, который включает проведение сепарации при скорости сепарируемой среды в щелевом канале, соответствующей окружной скорости каждого из вращающихся навстречу друг другу барабанов, последующее удаление удерживающегося осадка магнитно-восприимчивой фракции с поверхности барабанов после отвода прошедшей сепарацию среды из рабочих зон. Отвод этой среды осуществляют в невозмущенном режиме на участке хвостовой рабочей зоны между укороченной ветвью седловидного желоба и краем магнитного сектора. Магнитный сепаратор состоит из двух вращающихся барабанов, внутри которых расположены обращенные друг к другу магнитные секторы, и седловидного желоба с двумя симметричными ветвями, размещенного под барабанами. Между магнитными секторами образуются одна приемная и две хвостовые рабочие зоны сепарации среды. Ветви седловидного желоба выполнены непроницаемыми и укороченными по сравнению с хвостовыми рабочими зонами, каждая из которых ограничена краем магнитного сектора. За пределами каждого из магнитных секторов по ходу вращения барабана установлено комбинированное устройство съема осадка магнитно-восприимчивой фракции с поверхности барабана. Технический результат заключается в повышении эффективности процесса магнитной сепарации. Задача данной разработки заключается в повышении эффективности процесса магнитной сепарации в непрерывном режиме этой сепарации. Технический результат достигается тем, что в способе магнитной сепарации, направленном на выделение магнитно-восприимчивой фракции материала из сепарируемой среды, включающем подачу сепарируемой среды между двумя вращающимися барабанами, содержащими обращенные друг к другу магнитные секторы. Между секторами образованы одна приемная и две хвостовые рабочие зоны сепарации. В каждой из хвостовых зон сепарируемая среда проходит по щелевому каналу между поверхностью барабана и стенкой седловидного желоба, состоящего из двух симметричных ветвей, и расположенного под барабанами. Отвод прошедшей сепарацию среды и удаление осажденной магнитно-восприимчивой фракции материала, сепарацию проводят при скорости сепарируемой среды в щелевом канале, соответствующей окружной скорости каждого из вращающихся навстречу друг другу барабанов, с последующим удалением удерживающегося осадка магнитно-восприимчивой фракции с поверхности барабанов, а отвод прошедшей сепарацию среды осуществляют в невозмущенном режиме на участке хвостовой рабочей зоны между укороченной ветвью седловидного желоба и краем магнитного сектора. Технический результат достигается также тем, что магнитный сепаратор, состоящий из двух вращающихся барабанов, внутри которых расположены обращенные друг к другу магнитные секторы, седловидного желоба с двумя симметричными ветвями, размещенного в нижней части сепаратора под барабанами с образованием двух щелевых каналов между поверхностью барабанов и стенкой седловидного желоба, при этом между магнитными секторами образуются одна приемная и две хвостовые рабочие зоны сепарации среды, содержащей магнитно-восприимчивую фракцию материала, изготовлен таким образом, что ветви седловидного желоба выполнены непроницаемыми и укороченными по сравнению с хвостовыми рабочими зонами, каждая из которых ограничена краем магнитного сектора, с образованием в концевой части хвостовой рабочей зоны участка невозмущенного отвода прошедшей сепарацию среды при удерживающемся слое осадка магнитно-восприимчивой фракции на поверхности каждого из вращающихся навстречу друг другу барабанов, а за пределами каждого из магнитных секторов по ходу вращения барабана установлено комбинированное устройство съема осадка магнитно-восприимчивой фракции материала с поверхности барабана, при этом величина зазора щелевого канала устанавливается из условия соответствия скорости сепарируемой среды в щелевом канале и окружной скорости барабана. Непосредственно из этого критериального условия (соответствия скорости сепарируемой среды в щелевом канале и окружной скорости барабана) можно получить формулу для расчета величины зазора δ щелевого канала, принимая его, например, полым и имеющим прямоугольное поперечное сечение шириной b. Так, при общем расходе сепарируемой среды Q на каждый из двух щелевых каналов приходится расход 0,5Q = ν·b·δ; где: ν - средняя скорость потока сепарируемой среды в щелевом канале, а произведение (b·δ) является поперечным сечением щелевого канала. В то же время согласно предлагаемому решению скорость потока ν должна соответствовать окружной скорости барабана, записанной как ν = ω·R, где ω и R - угловая скорость и радиус барабана. Следовательно, величина зазора δ полого щелевого канала прямоугольного поперечного сечения устанавливается на основании условия: (1) Для съема осадка магнитно-восприимчивого материала с барабанов предусматривается комбинированное (магнитно-механическое) устройство. Таким устройством мог бы служить традиционный в таких случаях скребок, но в силу того, что барабаны магнитного сепаратора вращаются строго навстречу друг другу, именно в данном случае скребок должен быть выполнен изогнутым (для обеспечения отвода осадка от барабана), причем из неферромагнитного материала (во избежание нежелательного намагничивания). При таком исполнении скребка отвод накапливающегося осадка магнитно-восприимчивого материала от барабана будет осуществляться по внутренней стороне скребка. А на внешней стороне этого изогнутого скребка целесообразно установить способствующую такому отводу систему последовательно расположенных магнитных полюсов (для магнитного «транспорта» осадка по скребку), в том числе с изменяющейся интенсивностью магнитного поля (в частности, для последующего ослабления магнитного воздействия вплоть до сброса осадка в бункер). Комбинированное (магнитно-механическое) устройство съема осадка магнитно-восприимчивого материала может быть также выполнено в виде приводимого во вращение дополнительного магнитного барабана, снабженного обычным скребком. Этот дополнительный барабан, выполняя функцию съема осадка с основного, технологического барабана, осуществляет «переброс» осадка к скребку, который при вращении дополнительного барабана, обратном вращению основного барабана, образует традиционную плоскую скатную поверхность. При этом в случае, когда возникает необходимость в «принудительном продвижении» осадка, плоский скребок, как и упоминавшийся выше изогнутый скребок, может быть доукомплектован дополнительной системой последовательно расположенных магнитных полюсов, но установленной здесь не на внешней, а на внутренней поверхности, противоположной поверхности накопления магнитно-восприимчивого материала. Что касается самой конструкции приводимого во вращение дополнительного магнитного барабана, то одним из эффективных частных вариантов такого барабана является вращающийся барабан с расположенным внутри него неподвижным магнитным сектором как своеобразным связующим звеном между основным барабаном и скребком. Для обеспечения съема осадка с основного барабана одна из крайних частей магнитного сектора дополнительного барабана обращена к основному барабану (с находящимся на его поверхности осадком), а вторая крайняя часть обращена к скребку. Как и в случае, описанном выше, для обеспечения, с одной стороны, эффективного съема осадка с основного барабана и, с другой стороны, обеспечения беспрепятственного «транспорта» осадка к скребку (далее осадок перемещается по скатной поверхности этого скребка), неподвижный магнитный сектор целесообразно выполнить с изменяющейся (в частности, убывающей) по ходу вращения дополнительного барабана интенсивностью магнитного поля. Съем осадка с основного барабана целесообразно осуществлять при попутном движении поверхностей основного и дополнительного барабанов. Для этого дополнительный барабан выполнен с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения основного барабана. А самым оптимальным решением, при котором дополнительный барабан не опережает (движением своей наружной поверхности) основной барабан, является соблюдение условия, когда окружная скорость вращения дополнительного барабана ν = ω1·r соответствует окружной скорости вращения основного барабана ν = ωR. Следовательно, из равенства этих скоростей следует желаемая угловая скорость дополнительного барабана: (2) где: ω1 и r - угловая скорость и радиус дополнительного барабана, ω и R - угловая скорость и радиус барабана. На рисунке 1 показан общий вид предлагаемого магнитного сепаратора. В сепараторе реализуется предлагаемый способ магнитной сепарации, а на рисунке 2 - поперечный (перпендикулярно осям барабанов) разрез этого сепаратора. Магнитный сепаратор содержит барабаны 1, имеющие возможность вращения навстречу друг другу, внутри которых расположены обращенные друг к другу магнитные секторы. Под барабанами размещен седловидный непроницаемый желоб 5 с двумя симметричными ветвями. Благодаря такой компоновке элементов в сепараторе образуются одна клинообразная приемная зона сепарации 3 (расположена выше межосевой плоскости барабанов 1), в которую подается сепарируемая среда из питательного устройства 2, и две хвостовые зоны сепарации, находящиеся (по ходу движения сепарируемой среды) ниже межосевой плоскости барабанов 1 между линией симметрии 4 седловидного желоба 5 (эта линия в идеале доходит до межосевой плоскости барабанов) и условной плоскостью, совпадающей с задней крайней радиальной плоскостью магнитного сектора. Рисунок 2. Поперечный разрез сепаратора Рисунок 1. Общий вид сепаратора: 1 - барабаны; 2 - питательное устройство; 3 - зона сепарации; 4 - линия симметрии; 5 - желоб; 6 - щелевые каналы; 7 - приемный сборник; 8 - лоток; 9 - сетка; 10 - магнитный барабан Рисунок 3. Удаление осадка с барабана: 1 - барабан; 2 - осадок; 3 - скребок; 4 - система магнитных полюсов; 5 - поверхность накопления осадка Частью указанных хвостовых зон сепарации являются щелевые каналы 6, величина зазора которых устанавливается из условия соответствия скорости сепарируемой среды в щелевом канале и окружной скорости барабана; например, для полого щелевого канала прямоугольного сечения - в соответствии с формулой (1). При этом обе ветви желоба 5 имеют меньшую окружную длину по сравнению с окружной длиной хвостовых рабочих зон. За счет этой разницы длин создается участок свободного, невозмущенного отвода прошедшей сепарацию среды в приемный сборник 7, а слой образовавшегося на поверхности барабанов осадка магнитно-восприимчивой фракции продолжает удерживаться на поверхности барабанов вплоть до подхода к комбинированному устройству съема осадка, которое установлено за пределами каждого из магнитных секторов (по ходу вращения барабана 1). На рисунке 3 показано техническое решение, способствующее магнитному отрыву осадка 2 с барабана 1 и продвижению накапливающегося на скребке 3 этого осадка: с помощью системы 4 последовательно расположенных магнитных полюсов (желательно - с угасающей интенсивностью поля), установленной на внутренней поверхности скребка 3, противоположной поверхности накопления осадка 5 магнитно-восприимчивого материала. Описываемая в данной статье конструкция позволяет в непрерывном режиме осуществлять эффективную магнитную сепарацию различных текучих сред при обогащении руд, а также служит для удаления примесей, склонных к магнитному осаждению, таких как последствия коррозии и износа оборудования, металло- и термообработки, ремонта и обслуживания оборудования, дробления и размола сырьевых компонентов и пр. Тем самым улучшается качество сырьевых компонентов готовой продукции, повышается надежность и долговечность работы технологического оборудования.