Магнітний фільтр

Магнітний фільтр, що складається з неферомагнітного корпусу, магнітної системи, системи насадок з феромагнітних гранул, патрубків вводу та виводу рідини, який відрізняється тим, що систему насадок виконують з феромагнітних гранул, закріплених на основі у вигляді решітки правильного квадрата на відстанях, що дорівнюють Винахід відноситься до області техніки і може застосовуватися в харчовій промисловості, металурги, машинобудуванні, ХІМІЧНІЙ, нафтохімічній, енергетичній промисловості для очищення рідких середовищ від феромагнітних та неферомагнітних ми насадок з феромагнітних гранул, патрубків вводута виводу рідини, встановлена система насадок з феромагнітних гранул Згідно винаходу, система насадок являє собою паралельно розташовані пластини з закріпленими на них феромагнітними частками у вигляді кульок певного радіусу, у вигляді решітки правильного квадрата на відстанях, що ДОМІШОК ВІДОМІ магнітні фільтри, які містять магнітну систему, феромагнітну насадку, розміщену в неферомагнітному корпусі і виконану у вигляді феромагнітних пластин з отворами [В И Гаращенко, А В Сандуляк, И В Волков Магнитный железоотделитель Ас СССР № 1152618, кп В 01 D 35/06, С 02 F 1/48, Бюл №16, 1985] або феромагнітних дисків з отворами [Нестерчук А Р Магнитный фильтр Ас СССР № 1286246, кл В 01 D 35/06, Бюл №4, 1987] Недоліком цих фільтрів є низька якість очищення через порівняно велику пористість фільтруючої насадки Найближчим технічним рішенням є магнітний фільтр [Лозин И Б , Сандуляк А В Магнитный фракционный фильтр-осадитель А с СССР № 1487944, кл В 01 D 35/06, Бюл 23, 1989], який має феромагнітну насадку, виконану у вигляді шарів з феромагнітного матеріалу Цей фільтр має такий же недолік, що і приведений вище аналог Завданням винаходу є підвищення ефективності уловлювання домішок та збільшення грязеємності фільтра Поставлене завдання досягається тим, що в запропонованому фільтрі, що складається з неферомагнітного корпусу, магнітної системи, систе ю 2-Xz-A, де Xz - зона захоплення в одиницях радіуса феромагнітної кульки, А - радіус одиночного елементу феромагнітної насадки дорівнюють V2-XZ-A Використання такої системи насадок забезпечить більш якісне очищення фільтруємого середовища та дозволить забезпечити найбільшу ефективність процесу захоплення примісних часток феромагнітними насадками Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та технічним результатом буде в наступному Відомо, ЩО область захоплення домішок насадкою залежить не тільки від величини прикладеного зовнішнього магнітного поля, а й від характеристик одиночних елементів самої насадки (матеріал, з якого виготовлено феромагнітні частки, їх дисперсність та форма) і середовища, що підлягає очищенню (його ХІМІЧНОГО складу, в'язкості та ш) Ефективність та грязеємність фільтра також залежить від взаємного розташування елементів насадки один відносно одного На сьогодні відомо спосіб отримання насадок магнітних фільтрів з упорядкованим та контрольованим розміщенням окремих елементів насадки один відносно одного Отже, використовуючи упорядковане розташування елементів насадки можна отримати упорядковане розташування областей локалізації домішок, що сприяє підвищенню ефективності роботи ба (О о (О со 43606 гатоелементної насадки фільтра та його грязеємності У випадку найбільш оптимального розташування феромагнітних насадок ефективність процесу очищення підвищується за рахунок виконання двох умов 1 Зони захоплення перетинаються таким чином (в площині, перпендикулярній напрямку потоку рідини), що будь-яка неферомагнітна домішка попадає в зону захоплення однієї з насадок 2 Зони захоплення насадок перетинаються таким чином, що будь-яке збільшення відстані між насадками призводить до появи областей, в яких домішки не захоплюються ні однією з насадок Виконання першої умови призводить до того, що фільтр буде захоплювати максимальну КІЛЬКІСТЬ ДОМІШОК Виконання другої умови забезпечує розташування окремих елементів насадки на максимально можливих відстанях один відносно одного, і система насадок буде створювати мінімальний гідродинамічний опір рідині Принцип розрахунку відстані, на якій потрібно розташовувати елементи насадки, полягає в наступному В зовнішньому магнітному полі феромагнітна кулька створює дипольне високоградієнтне поле В результаті на пара- або діамагнітну частинку сферичної форми, поміщену в розчин рідини в околі феромагнітної кульки діє сила - 1 - • > F = — -к- VN -gradH , зумовлена градієнтним магнітним полем, і ця сила врівноважується силою Стокса F = -6-71 -ті -B(v - v 0 ) при русі неферомагнітної частинки в в'язкій рідині зі швидкістю v Тут к - різниця між магнітною сприйнятливістю частинки і рідини, VN - об'єм неферомагнітної частинки, Н - векторна сума зовнішнього однорідного поля Н о та дипольного градієнтного поля, створеного феромагнітною кулькою, поміщеною в зовнішнє однорідне магнітне поле , Н г, г\ - динамічна в'язкість рідини, В - радіус неферомагнітної частинки, v о - швидкість рідини відносно феромагнітної кульки Таким чином, неферомагнітна частинка, зважена в рідині, притягується до феромагнітної кульки, поміщеної в зовнішнє магнітне поле (для зручності нуль системи координат вибирається в центрі феромагнітної кульки) В результаті, неферомагнітна частинка осідає на поверхню феромагнітної кульки, і в загальному випадку максимальна відстань від феромагнітної кульки (в напрямку перпендикулярному напрямку швидкості рідини), на якій пара- або діамагнітна домішка ще уловлюється феромагнітною кулькою, залежить від об'єму неферомагнітної частинки, радіусу та намагніченості феромагнітної кульки, зовнішнього магнітного поля, в'язкості рідини, швидкості рідини та різниці к між магнітною сприйнятливістю неферомагнітної частинки і рідини Надалі будемо називати цю відстань зоною захоплення неферомагнітної домішки Таким чином, в запропонованому фільтрі пропонується розташовувати насадки на відстанях, що дорівнюють зоні захоплення неферомагнітної домішки, помноженій на V2 в вершинах квадратів Такі параметри, як об'єм неферомагнітної частинки, радіус феромагнітної кульки, зовнішнє магнітне поле, вязкість рідини, сприйнятливість рідини та неферомагнітної домішки можливо вимірювати Намагніченість М феромагнітної кульки не вимірюється, а залишається параметром, який вибирається з умови достатньо точного збігу експериментальних і чисельно обрахованих залежностей 3 рівності сили з боку градієнтного магнітного поля силі Стокса слідує наступне рівняння 2 v = С -gradH + v 0 де С = (1) к-VN 12-ті-л-В Підставляючи фізичні характеристики середовища і мікрооб'єкта в вищезазначені рівняння можна визначити положення мікрооб'єкта в будьякий момент часу, що дає змогу знайти зону захоплення неферомагнітної домішки Тобто задача зводиться до чисельного розв'язання системи рівнянь (1) з і знаходження чисельно розрахованої формули, яка виражає залежність зони захоплення від фізичних характеристик системи В даному винаході розрахунок значно спрощується завдяки розв'язанню задачі в повністю безрозмірному вигляді Тоді записавши систему (1) в безрозміреному вигляді, маємо = C*-grad*(H Г де v = v o С* = (2) г = 2-K-VN-NT (3) 3-TI-A-B-V0 1 =(0,0,1), grad*(H*)2-ex=^-x x 4-Ti 4 - z 5-H о •* grad*(H*)2-ez=^-x З r* ; 3.H тут e x , e z - орти ВІСІ OX і OZ ВІДПОВІДНО, x* = z" = A ' 43606 (4) зовнішнє магнітне поле та швидкість рідини спрямовані вздовж ВІСІ OZ, причому з огляду на циліндричну симетрію задачі рух неферомагнітної частинки розглядається в площині X Z 3 (2), (3) очевидно, що для розв'язання розмірної задачі про залежність зони захоплення від фізичних параметрів системи (див рівняння (2)) можна звести до розв'язання безрозмірної задачі про залежність безрозмірної зони захоплення, якщо довжина вимірюється в одиницях радіусу феромагнітної кульки, від безрозмірного параметру С* (рівняння (3)) Причому очевидно, що в такій постановці задачі всі фізичні характеристики середовища, феромагнітної кульки та неферомагнітної частинки зводяться до безрозмірного параметру С*, зовнішнє магнітне поле зводиться до безрозмірного параметру Н*о Таким чином, в безрозмірній задачі зона захоплення неферомагнітних частинок феромагнітною кулькою залежить від двох безрозмірних параметрів С* та Н*о Отримано з урахуванням теоретичної формули (3), що теоретично, тобто чисельно, розраховані залежності з достатньою ступеню точності наближаються аналггичною формулою Xz= 2 • (0 164 • Но* + 0 661) • (С*)0 026 +0 007- Hn*+0 871. Но +0 385 * + (5) де Xz - зона захоплення в одиницях радіусу феромагнітної кульки На фіг 1 зображена схема запропонованого фільтру На фіг 2 представлено елемент феромагнітної насадки На фіг 3 представлено збільшене зображення феромагнітних кульок з позначенням зони захвату Z кожного окремого елементу та розрахованою відстанню між ними На фіг 4 представлено теоретичний графік залежності зони захоплення феромагнітної кульки в безрозмірних одиницях від безрозмірного параметру С* Крива 1 відповідає значенню 5 для безрозмірного параметра Н*о = Н*0 крива 2 значенню 3, крива 3 - значенню 1, крива 4 - 0 5 , крива 5 - 0 3 Фільтр складається з корпусу 1, виконаного з неферомагнітного матеріалу, магнітної системи 2, системи насадок 3, патрубків вводу 4 фільтруємого та виводу 5 очищеного середовищ Система насадок 3 являє собою параллельно розташовані пластини з неферомагнітного матеріалу 6, на яких закріплені одиночні елементи у вигляді феромагнітних кульок 7 на розрахованій відстані Фільтр працює наступним чином Магнітна система 2, яка створює постійне магнітне полета система насадок 3 утворюють єдину магнітну систему При включенні зовнішнього постійного магнітного поля відбувається намагнічення одиночних елементів феромагнітної насадки та утворення в їх околі високоградієнтного магнітного поля Середовище, яке підлягає очищенню, поступає у фільтр через вхідний патрубок 4 в корпус фільтра, послідовно проходить через систему насадок 3 і виводиться через патрубок 5 Тверді феромагнітні та неферомагнітні домішки захоплюються елементами насадки та осідають на їх поверхні Після КОЖНОГО циклу фільтрування-осадження здійснюють регенерацію фільтра шляхом зворотнього промивання насадки проточною водою ФІГ. 1 43606 A-A Фіг. З Фіг. 2 Фіг. 4 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3