Пристрій для магнітної очистки рідин та газів

Пристрій для магнітної очистки рідин та газів, що складається з робочої камери, оснащеної пристроєм для видалення магнітної фракції, магнітної системи, завантажувального і розвантажувального 3 67185 тійних магнітів із полюсами, що чергуються, закріплених на зовнішній стороні металевих смуг. Ефект від реалізації корисної моделі полягає в тому, що на частинки матеріалу, які знаходяться у рухомому потоці, діють сили високоградієнтного магнітного поля, аеродинамічного опору, що виникає тільки-но з'явиться відносна швидкість між осілою частинкою та потоком, і сила, яка дорівнює різниці між вагою та силою Архімеда. Завдяки дії цих сил відбувається поділ часток на магнітні, які рухаються за магнітним полюсом до розвантажувального пристрою, наприклад, ланцюговий або гвинтовий конвеєр, та немагнітні, які залишаються у потоці, що транспортує їх до складу (хвостосховища). Пристрій для магнітного очищення рідин та газів ілюструється схемами, де на фіг. 1 показано загальний вигляд; на фіг. 2 фрагмент поперечного перерізу сепаратора на фіг. 1. Пристрій для магнітного очищення рідин та газів має корпус 1, в середині якого розміщені рухомі магнітні системи 2, що складаються з постійних магнітів 3, закріплених на металевих смугах з'єднаних з ланцюговим елеватором 4. Обертальний рух конвеєра (шнека) 5 та ланцюгів магнітних систем здійснюється приводом 6, до складу якого входить електродвигун та конічні шестерні. Конструкція пристрою, що пропонується, дозволяє вилучати з матеріалу, який сепарується, магнітний продукт. Пристрій працює таким чином. Пристрій розміщується до бункера-накопичувача гідротранспортної установки (розміри пристрою відповідають розмірам бункера) паралельно потоку рідини чи газу. На частинки, що рухаються повздовж поверхні сепараторів 1, діє високо градієнтне магнітне поле постійних магнітів 3. Завдяки цьому магнітні частинки осідають на поверхню сепараторів 1 напроти магнітних полюсів, які, повільно рухаючись (завдяки приводу 6), транспортують їх до шнеків 5. Вилучена магнітна фракція потрапляє до розвантажувальних патрубків. А очищена рідина або газ відкачується з бункера для транспортування у сховища. Розрахунок кількості полюсів магнітів, що складають магнітні системи апарату, та проміжків між ними, а також частоти обертання приводу магнітної системи можна виконати так. Для визначення шагу полюсів, користуються розрахунками або вимірами значень середньої проекції сили, що має діяти на магнітну частинку в даній точці полю, та будують графік залежності її від відстані до полюсу магніту. Одержана крива завжди близька до експоненти, тому її можна апроксимувати рівнянням Fx  F0e2Cx , (1) де F0 - питома сила (відношення магнітної сили, що діє на частинку, до її маси) у поверхні полюса; C - відносний градієнт поля - результат від ділення градієнта поля на його напруженість: H 1 C H . (2) x 4 Величину C називають також коефіцієнтом неоднорідності поля. Для полюсів магнітів, розташованих по циліндричній поверхні, він дорівнює (В.И. Кармазин, В.В. Кармазин. Магнитные методы обогащения. М.: Недра, 1978)  1 C  , (3) S R де S - крок полюсів (відстань між їхніми серединами); R - радіус магнітної системи. Наприклад, розрахунок по методу найменших квадратів дає вираз виду (величина x вимірюється в мм): Fx  1640exp0,268x  , тоді C  0,134 -1 мм для магнітів, індукція поля яких на поверхні полюсу дорівнює 0,1 Тл, що підходить для верхньої магнітної системи. Підстановка у вираз (3) значення C і R   (в нашому випадку магніти розташовані на плоскій поверхні), отримаємо S=0,024 м. Для магнітів з іншою індукцією поля на поверхні полюсу BH значення CH визначається за формулою B CH  0,134 . (4) BH Відношення шагу полюсів S до його ширини 2a дорівнює   S /2a  2,44 . (5) Враховуючи, що в сепараторі, який пропонується, стоїть задача не тільки утримати магнітні частки на внутрішній поверхні корпусу 1, але й здійснити їхній рух за полюсом магніту в потоці носія (наприклад повітря) в сторону пристрою для вилучення магнітної фракції 5, то величину отриманого відношення (5) можна збільшити на 1520 %. Це дозволить уникнути переносу частинок з одного полюсу на наступний за ним полюс, тобто зупинки їхнього руху до пристрою для вилучення магнітної фракції. Якщо визначили шаг полюсів S (або ширину полюсу 2a ) можна визначити кількість полюсів. Для цього довжину ланцюга магнітної системи треба поділити на шаг полюсів. Зірочки магнітних систем завдяки приводу 6 повільно обертаються з частотою  , яка теж визначається з таких міркувань. Сильномагнітні частинки матеріалу, який сепарується, осідають на поверхню апарата проти магнітних полюсів, і тим самим ослабляють енергію магнітного полю. Це може призвести до того, що чергові магнітні частинки матеріалу не зможуть утриматись на полюсі магніту, тобто магнітна система буде працювати не в повну силу. Для відтворення енергії магнітного полю необхідно виконати роботу, тобто звільнити магнітні полюси від часток, що на них осіли. Цей процес не з легких і вирішується по-різному. В пристрої, що пропонується, ряди магнітів, які повільно рухаються, заводять частинки продукту, що осіли проти полюсів магнітів, у бункер шнеку. 5 67185 Оскільки бункер відкритий тільки з однієї сторони, то після нього увесь магніт виходить геть чистий, готовий вилучати нову партію частинок. З графіку залежності сили, що діє на магнітну частинку у неоднорідному магнітному полі, від відстані до полюсу магніту (магнітна індукція дорівнює 0,1 Тл) видно, що товщина слою магнітного продукту, який осів на полюс магніту, повинна не перевищувати 3 мм, оскільки на цій відстані магнітна сила, що діє на частинку, зменшиться у два рази. Тому такий магніт треба очищати. Масу продукту густиною  , який утримається на полюсі одного магніту, можна розрахувати за формулою: mi  6ah , г, (6) де h - довжина магнітного полюсу. 3 При продуктивності апарату Q , м /с; концентрації матеріалу, що сепарується, у носії (напри3 клад, повітрі) C , кг/м ; вмісту магнітного продукту  та ефективності вилучення часток даним апаратом  , можна визначити кількість рядів магнітів, які щосекундно повинні знаходитись в робочій зоні апарату, за формулою: CQ 3 -1 n 10 , с . (7) 6ha Довжину магнітного полюсу можна визначити з таких міркувань. Розглянемо рух частинок та діючі на них сили під час сухої прямоточної магнітної сепарації у режимі вилучення. Тобто дисперсний потік рухається горизонтально зі швидкістю  0 повздовж магнітів сепаратора (вертикальним зміщенням частинок під дією сили тяжіння та в'язкістю повітря нехтуємо). Тоді час (по В.Г. Деркачу и И.С. Дацюку. Электромагнитные процессы обогащения. М.: Металлургиздат, 1947), за який частинка пройде всю довжину магнітного полюсу L , буде дорівнювати L t . (8) 0 За цей час частинка повинна пройти половину відстані між сусідніми сепараторами. Якщо вважати її рух рівноприскореним, то отримаємо h Fx t 2 at2  , 2 2m (9) 6 де m - маса частинки; Fx - середнє значен ня магнітної сили, яке можна вважати рівним Fx  0,5F0 . (10) Сумісний розв'язок рівнянь (8) та (9) відносно довжини магнітного полюсу, отримаємо L  20 mh . F0 (11) Аналіз одержаної формули показує, що зменшення відстані між сепараторами 2h і збільшення магнітної сили дозволить робити короткими полюса магнітів. Особливістю динаміки вилучення частинок під час мокрого збагачення являється те, що у в'язкому середовищі, якою є водна суспензія, окрім магнітної сили на рухому частинку діє сила опору (для мілких частинок - це сила Аллена, для тонких Стокса). Припустимо, що рух частинки до полюсу магніту рівноприскорений, тоді, з урахуванням залежності (8), отримаємо вираз для максимального значення цієї швидкості: 2h  0 , (12) L а прискорення дорівнюватиме 2h 2 a  2 0 . (13) L Тоді формула закону Ньютона прийме вигляд 2h 2 ma  Fx  Fc ; m 2  0  0,5F0  3d . (14) L Розв'язуючи це квадратне рівняння відносно довжини полюсу магніту, отримаємо 1 . L 2 2 (15) 9  4F0 3   2 2 2m 4m mh0 З формули (15) випливають перераховані раніше залежності, а також помітний вплив на довжину полюсу магніту в'язкості рідини (носія твердої фракції). Для зменшення дисипативних сил треба зменшити швидкість потоку  0 і відстань між сусідніми сепараторами. 7 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 67185 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601