МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР
MAGNETIC SEPARATOR

Изобретение относится к области магнитного отделения твердых материалов от текучей среды, а именно к магнитным сепараторам с цилиндрическим устройством перемещения материала и неподвижными магнитами, и может быть применено при тонком разделении эмульсий, суспензий и взвесей.
Из уровня техники известен магнитный сепаратор из описания изобретения к патенту РФ №2245194 C2, кл. B03C 1/14, опубл. 27.01.2005, бюл. 3, включающий питатель, загрузочный и разгрузочный каналы под магнитный и немагнитный продукты, рабочий орган в виде немагнитного барабана, внутри которого расположена магнитная система из основных и дополнительных постоянных магнитов с чередующейся полярностью.
Недостатком описанного устройства является недостаточная эффективность при тонком разделении неоднородных систем на основе мелкодисперсных частиц.
0
Из патента RU 2390381, кл. B03C 1/14, опубл. 27.05.2010, бюл. №15 известен магнитный сепаратор, включающий загрузочный и разгрузочный каналы для магнитной и немагнитной фракций, рабочий орган, внутри которого расположена магнитная система из постоянных магнитов с чередующейся полярностью. Рабочий орган представляет собой внутренний и внешний корпусы, выполненные из немагнитного материала, с двумя магнитными системами из постоянных магнитов, обеспечивающие создание в кольцевом зазоре между корпусами вдоль оси потока радиальное внешнее псевдооднородное магнитное поле напряженностью H и имеет разделитель фракций. Фильтрующий элемент спиральной формы, размещенный на внешней стороне внутреннего корпуса, выполнен из магнитомягкого ферромагнитного материала.
Недостатком такого магнитного сепаратора является недостаточные производительность и эффективность.
В результате анализа известных магнитных сепараторов установлено, что улучшение основных показателей сепараторов в части эффективности разделения дисперсных частиц достигается за счет повышения градиента напряженности магнитного поля в зоне разделения за счет уменьшения размеров (диаметра) фильтрующих элементов, что приводит к уменьшению производительности сепаратора, увеличению его массы и габаритных размеров.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности сепарации, в том числе повышение производительности сепаратора при уменьшении его массы и габаритных размеров путем расширения зоны действия высокоградиентного магнитного поля фильтрующего элемента, поперечного движению сепарируемой среды.
Технический результат изобретения достигается тем, что в магнитном сепараторе, включающем загрузочный и разгрузочный каналы под магнитный и немагнитный продукты, рабочий орган, представляющий собой внутренний и внешний корпусы, выполненные из немагнитных материалов с двумя магнитными системами из постоянных магнитов, разделитель для разделения потока на магнитную и немагнитную фракции, фильтрующий элемент спиральной формы из магнитомягкого ферромагнитного материала, фильтрующий элемент выполнен в виде двух спиралей, совмещенных друг с другом, из магнитомягких ферромагнитных проволок разных диаметров, намотанных на внешнюю поверхность внутреннего корпуса с шагом 3-5 диаметров проволок и заглублением в поверхность корпуса заподлицо, что обеспечивает создание в кольцевом зазоре между корпусами магнитной системы вдоль оси потока радиального возмущенного магнитного поля с большим радиальным градентом его величины.
На фиг.1 представлена схема магнитного сепаратора, на фиг.2 - продольное сечение кольцевого канала сепарирования потока среды (показаны два варианта размещения фильтрующих элементов относительно друг друга - а, б).
Сепаратор (фиг.1, 2) состоит из внутреннего 1 и внешнего 2 корпусов, выполненных из немагнитного материала, магнитной системы 3 и разделителя 4, загрузочного канала 5 и разгрузочных каналов I, II. На внешней поверхности корпуса 1 намотаны совместно две тонкие проволоки различных диаметров с шагом, равным 3-5 их диаметров. Проволоки из магнитомягких ферромагнитных материалов со спиральной намоткой и заглублением в поверхность заподлицо являются фильтрующими элементами 6 (ФЭ1 и ФЭ2), см. фиг.2. Различие в диаметрах ФЭ1 и ФЭ2 позволяет расширить зону высокой неоднородности возмущенного магнитного поля ФЭ и тем самым увеличить ширину кольцевого рабочего канала между корпусами 1, 2.
Технический результат изобретения - повышение эффективности разделения сепарируемой среды, увеличение производительности устройства и уменьшение его длины и массы.
Магнитный сепаратор работает следующим образом.
Сепарируемая среда через загрузочный канал 5 поступает в кольцевой канал между корпусами 1 и 2, в котором происходит проточное сепарирование (разделение) неоднородной среды, при этом различие в диаметрах ФЭ1 и ФЭ2 позволяет расширить зону высокой неоднородности возмущенного магнитного поля ФЭ и тем самым увеличить ширину кольцевого рабочего канала между корпусами 1, 2. Это позволяет повысить эффективность разделения сепарируемой среды, производительность устройства и уменьшить его длину и массу. Происходит отделение слабомагнитных и магнитных дисперсных частиц от дисперсионной жидкой или газообразной среды за счет магнитного фореза в поперечном возмущенном неоднородном магнитном поле. Схема процесса показана на фиг.2 (показаны два варианта - а, б размещения ФЭ1 и ФЭ2 относительно друг друга).
Среда, содержащая магнитную дисперсную фракцию, выходит через разгрузочный канал I, очищенная немагнитная дисперсионная фракция - через канал II. Разделение на указанные фракции происходит с помощью разделителя 4.
Обозначения на схеме проточного сепарирования (фиг.2) дисперсных частиц в продольном сечении кольцевого канала между корпусами 1 и 2 магнитного сепаратора:
1
υ - средняя осевая скорость дисперсной частицы в потоке;
м
υ - форетическая скорость дисперсной частицы, т.е. скорость седиментации частицы, приобретаемая под действием градиента возмущенного магнитного поля;
0
r - радиус ФЭ2; k - коэффициент отношения радиусов ФЭ2 к ФЭ1;
a - ширина зазора кольцевого канала;
1
a - часть ширины зазора, на которую приближается крайняя дисперсная частица к фильтрующему элементу ФЭ2 на длине участка канала L;
1
1
b - ширина зазоров разгрузочных каналов разделителя, на которую приближается крайняя дисперсная частица к фильтрующему элементу ФЭ на длине участка L (один из этих зазоров может отсутствовать).