Магнитный фильтр

 

Изобретение касается магнитного осаждения ферромагнитных частиц из жидких сред и может быть использовано в металлургической, химической, теплоэнергетической промышленности, в частности для очистки сточных и промышленных вод, и позволяет повышать производительность и эффективность процесса очистки, улучшить условия регенерации насадки (Н) 2, размещенной в корпусе 1 слоями с зазорами 3 между ними. Фильтр дополнительно снабжен системой трубопроводов 7, которая гидравлически соединяет входной патрубок 5 и межслойные зазоры 3. В трубопроводах размещены дросселирующие устройства 8, выравнивающие давление жидкости непосредственно после слоя Н 2 и в трубопроводе 7 перед зазором 3. При фильтровании жидкости через Н 2, намагниченную системой 4, ферромагнитные примеси осаждаются на гранулах Н 2, а очищенная жидкость отводится из корпуса 1 через патрубок 6. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н лвтоасном саидетельствм (54) МАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4420017/31-26 (22) 03.05.88 (46) 23.06.90, Бюл. №- 23 (71) Украинский институт инженеров водного хозяйства (72), И. Б.Лозин, А. В.Сандуляк и А.П.Вежанский (53) 663.63.067(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 544466, кл. В 03 С 1/08, 1976. (57) Изобретение касается магнитного осаждения ферромагнитных частиц из жидких сред и может быть использовано в металлургической, химической, теплоэнергетической промышленности,в частности для очистки сточных и про„.80„„1572678 A 1 (У1) В 01 D 35/06, С 02 F 1/48

2 мышленных вод, и позволяет повысить производительность и эффективность процесса очистки, улучшить условия регенерации насадки (Н) 2, размещенной в корпусе 1 слоями с зазорами 3 между ними. Фильтр дополнительно снабжен системой трубопроводов 7, которая гидравлически соединяет входной патрубок 5 и межслойные зазоры 3. В трубопроводах размещены дросселирующие устройства 8, выравнивающие давление жидкости непосредственно после слоя

Н 2 и в трубопроводе 7 перед зазором 3. При фильтрации жидкости через

Н 2, намагниченную системой 4,ферро-магнитные примеси осаждаются на гранулах H 2, а очищенная жидкость отво- 3 дится из корпуса 1 через патрубок 6.

4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1572678

Изобретение относится к осаждению ферромагнитных частиц из жидких сред и может быть использовано в металлургической, химической, теплоэнергетической промышленности, в частности,для

Очистки сточных и промышленных вод.

Целью изобретения является повьппение производительности.и эффективносТи процесса очистки за счет увеличения емкости накопления осадка, а также улучшение регенерации насадки.

На фиг.1 показан магнитньпЪ фильтр, одинаковым диаметром цилиндров и корпуса в месте размещения слоя насадки, на фиг.2 — сечение А-Л на фиг.1 на фиг.3 — фильтр с различным диаметром цилиндров и корпуса, на фиг.4—

Сечение Б-Б на фиг.3, на фиг,5 — расчетные значения отношения диаметра. гранул насадки в первом слое d к ди1 аметру гранул во втором d2 и третьем

Д слоях при одинаковой длине слоев

= L 2 = L > и скорости фильтрования

V„= V2 = Чп, средней индукции в,25 насадке В = 0,25 Тл, вязкости среды g = 0,546 мПа-с, пассивном параметре А = 4,5 10 Л м: 1 - Ч

0,01 м/с, 2 — V = 0,03 м/с, 3 — V =

0,05 м/с; 4 — Ч = 0,07 м/с (нумера- 3р ция 1-4 для d „/с1, 1 - 4 для с1,/с1з) .

Фильтр состоит из корпуса 1, в котором слоями размещена гранулированная фильтрующая насадка 2, с образованием между слОями зазоров 3, Снаружи корпуса 1 имеется намагничивающая система 4, выполненная, например, в виде соленоидных катушек (фиг, 1 и 2) или постоянных магнитов (фиг.3 и 4).

Для подвода и отвода жидкости имеются 0 входной 5 и выходной 6 патрубки, причем входной патрубок 5 гидравлически соединен в обход насадки 2 с межслойными зазорами 3 посредством системы трубопроводов 7, которые могут быть размещены внутри корпуса 1 и выполнены в виде коаксиальных цилиндров различной длины и различного диаметра, в которых находится насадка 2.

В трубопроводах 7 размещены дросселирующие устройства 8, выполненные,например, в виде гранулированной засыпки.

Математическое выражение для диаметра коаксиал,ьных цилиндрбв и корпу5S са для i-го слоя D; получают исходя из условия равенства срецних скоростей потока жидкости в межслойном зазоре после слоя насадки и соответствующего дросеелирующего слоя гранулированной засыпки при одинаковых расходах потоков жидкости, подаваемых в межслойные зазоры. Для первого межслойного зазора Л/S1= Л/S где Ц вЂ” расход жидкости через первый слой насадки и Одновременно расход жидкости, подаваемой в межслойный зазор; 1

S — площадь поперечного сечения первого коаксиального цилиндра, в котором размещен

1-й слой насадки, S — площадь кольцевой камеры

Э в которой размещен слой др ос с ел ирующе и r р а нули р ов а иной засыпки (образована коаксиальными цилиндрами).

Записывают:

4

7!В, ПD (2)

Лналогично для второго межслойного зазора имеет место равенство

2Q/82 = Q/S, откуда S2= 2S а для третьего межелойного зазора 3Q/S

Откуда S 3S

Записав соответствующие равенства и выполнив пре образов ания, получают (3) где д — порядковый номер слоя по ходу Очицаемой жидкости.

Повышение производительности достигается тем, что вместо одного потока жидкости, фильтруемог0 через все слои насадки, при соответствующем расчетном значении отношении Й

1 2

dl/d через фильтр пропускают несколько потоков исходной жидкости, например, три потока с одинаковым расходом, причем второй и третий потоки соответственно подают между первымвторым и вторым-третьим слоями насадки, тем самым производительность возрастает в 3 раза. Одновременно с увеличением производительности повьппается емкость накопления осадка из осаждаемых частиц, так как по длине насадки осуществляют дополнительное введение частиц. Насадка в целом более равномерно насьпцается примесями, т.е. эффективнее используются ее сорбируюшие свойства, в конечном итоге,повы78 ти жидкости нием

А ° В а = 1 7Й (12) 15

30

15726 шается эффективность процесса очистки.

Выражение для нахождения значений гранул в слоях получают используя наиболее широко наблюдаемый закон экс5 поненциального поглощения ферромагнитных примесей из жидкости при ее протекании через слой намагниченной насадки, который записан в следующем виде

С=Се,(4)

-a lгде С, С вЂ” концентрация ферромагнитных частиц до и после слоя насадки, L — длина слоя насадки, o(— коэффициент поглощения.

Для трех последовательно работающих слоев насадки с одинаковыми гранулами без дополнительного введения жидкости между ними концентрация ферромагнитных частиц непосредственно после каждого слоя соответственно равна

-d1 L, 1 \ 2 g 5 () — е, (7)

В случае подачи ис ходи ой жидк ос ти между слоями (расход всех потоков одинаков) уравнения (6) и (7) принимают вид

С = — ((С+Се " ) e <.(8)

/ (I (9)

Приравнивая правые части (6) и (8),40 (7) и (9) и прологарифмировав полученные выражения, после математических преобразований получают и записывается выражеУравнения (7), (8) и (9) позволяют легко найти значения диаметра гранул в каждом слое или их отношение, зная параметр А и приняв В, L, U для всех слоев и d для первого из них по ходу фильтрования (фиг.5).

Наличие системы трубопроводов 7 позволяет не только повысить производительность, обеспечивая подачу в межслойные зазоры 3 потоков исходной жидкости, которые фильтруются совместно с первым через насадку 2, но и улучшить условия регенерации насадки 2. Это достигается тем,что при регенерации осевшие на гранулах насадки 2 частицы не протягиваются потоком среды через всю насадку, а после попадания в межслойный зазор 3 отводят через систему трубопроводов 7.

3а счет размещения системы трубопроводов 7 внутри корпуса 1 достигается повышение эффективности очистки жидкости, вследствие предварительной магнитной обработки ферромагнитных частиц и их флокуляции.

Для того, чтобы в процессе очистки при накоплении ферромагнитных частиц в насадке 2 не происходило неконтролируемое перераспределение потоков жидкости в фильтре, приводящее к снижению эффекта очистки, в системе трубопроводов 7 размещены дросселирующие устройства 8.

Перепад давления др в слое гранулированной среды при ламинарном и турбулентном режиме фильтрования жидкости находится соответственно по формулам 21" 2 1n(1+e )+ g„L,+с(ф — 1n2 l . 45 (1O)

g 1, = 1n f(1+e " ) e +1)+,L +g

+ et L 1п3 . 50 (11)

Коэффициент поглощения Ы зависит от пассивного параметра А = авgÞ где а — коэффициент g. — магнитная восt 55 приимчивость частиц, сГ- средний размер частиц), -средней индукции в насадке В, скорости фильтрования V диаметра гранул d, динамической вяэкосК „1 4 LV

1 (13) у4.d

0,25

KvP . LV

Дх (14) (,о 4 . (, где К, К вЂ” коэффициенты, зависящие

1 от формы гранул, 1 плотность жидкости1 кинематическая вязкость жидкости

Давление жидкости в первом межслойном зазоре одинаково во всех точках, если для первoro слоя насадки 2 и дросселирующей засыпки пеое 572678 и а ) t, д 3 15 л е и и я д р р а В яы Р, с л Р д О В я т е л. ь но

К; Р: ) Е УЧУ К „У В„„ 7ff, <.р" и ., ы d

*Q "1 "1

Р,15 4 Ig ДД5 f,75

К f ff LgVg Кг 1 LP Vtf, („) „,4, 1 1,25 ь,4, d >i<5

9 Н1 af

При соблюдении зависимости (3) скорости фильтрования V и V< paa-. 1

1 ны., тогда (15) и (16) принимают вид

L) Lv (17) (А Й (х) d tf 15

L В4

Я 7Ч5 (18) ()4 d I 5 4 d

1 н, Для Второго межслойного зазора уравнения (17) и (18) отличаются тем, 0 ч" О к правой части добавляется Выра жение, аналогичное первому, «о загисанпое для второго слоя насадки, Фильтр работает следующим образом.

Исходная жидкость на очистку пода- 25

e :ся в корпус 1 через входной патрубок 5 и систему трубопроводов 7, коs.opasI обеспечивает подачу жидкости В межслОйные зазОры 3, При фильтрации через насадку 2 ферромагнитные приме" 30 си осажцаются на гранулах и в зонах нх контакта под:Воздействием высокоградиентного магнитного поля, генери.— руемого намагничивающей системой 4, 35 после чего очищенная жидкость отводится из корпуса 1 через патрубок 6.

t T(H Выравнивания давления B межслойном зазоре 3 поток жидкости, поступающий В обход насадки 2 проходит чер -3,4росселирующее устроиство 8 ВЫПОл ненное, например, в виде слоя гран — йирОВянной засыпки На КОТОРОМ Itpppпад давления жидкости равен перепаду давления на одном или нескольких слоях насадки 2. Подбор параметров засып-ки осуществляют в зависимости от параметров слоя насадки 2 для случая фильтрования одинаковых потоков жидкости. В качестве дросселирующего устрОиства 8 могут быть использованы

5Î известные преобразователи расхода переменного перепада давления, напрчмер диафрагмы, сопла и др. Однако их применение может быть целесообразно лишь в случае постоя -::ного во Времени расхода очищаемой жидкости, I àê

55 как характер зависимости изменения пе= релада давления от скорости (расхода) для них отличается:-:т характера изменения перепада давления в гранулированной среде, т.е. гидравлическое сопротивление насадки 2 и дросселирующего устройства 8 изменяется по разному, в зависимости от изменения скорости, По окончании фильтроцикла насадка 2 регенерируется путем ее промывки, например, водояоздушной смесью, при этом регенерационная среда подается через патрубок 6, а примеси отводятся через систему трубопроводов 7 и патрубок 5.

П р и и е р, В качестве исходной жидкости при очистке используется питательная вода энергоблока, для которой А =45 х 109Ам .и — 0,546 мПа с. В фильтре имеется три слоя шариковой насадки каждый длиной

L,= L = L = 0,3 м, причем диаметр шариков первого слоя d „= 6 мм. Средняя индукция магнитного поля В в насадке равна В „= В =: 3з= 0,25 Тл, а скорость фильтрования через каждый из слоев одинакова, т,е. V V<= V = — 0,03 м/с. Используя данные на фиг.5, находят отношение диаметров шариков

d, /d =- 1.,255 и d /d = 1,390, т.е.

d = d„/1,255 = 4,78 мм, da=d„ /1,39

4, 32 мм.

Если входная концентрация ферромагнитных примас ных частиц С о — 30 мкг/л, что соответствует реальным измерениям, то на выходе из фильтра концентрация, вычисленная по формуле (6) с использованием (9), составит С = 13,8 мкг/л. Следовательно, эффект очистки питательной воды по ферромагнитным примесям в фильтре при данных значениях параметров равен (= С вЂ” C/Ñ = 30 — 13,8 = 0,54.

Магнитный фильтр для очистки жидкости от ферромагнитных частиц позволяет повысить производительность за счет фильтрования нескольких потоков исходной жидкости при равенстве в обоих случаях эффекта очистки по ферромагнитным частицам, а также увеличить емкость накопления осадка, следовательно., эффективность процесса очистКИ В ЦЕЛОМ.

Формула изобретения

1= Магнитный фильтр, состоящий из корпуса, в котором слоями, с зазорами между ними, размещена гранулированная фильтрующая насадка с различ157267 ным размером гранул, намагничивающей системы, входного и выходного патрубков, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и эффективности процесса очист5 ки за счет увеличения емкости накопления осадка, улучшения условий регенерации насадки, фильтр снабжен трубопроводами, гидравлически соединяющими входной патрубок с межслойными зазорами, и дросселирующими устройствами, размещенными в трубопроводах.

2, Фильтр по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что дросселирующие устройства выполнены в виде слоя гранулированной засыпки.

3. Фильтр по пп.1 и 2, отличающийся тем, что система трубопроводов, размещенная внутри корпуса, 20 выполнена в виде коаксиальных цилиндров различной длины и различного. диаметра, причем их количество, включая корпус, соответствует числу ступенчато расположенных в них слоев насадки. 25

4. Фильтр по пп.i-3, о т л и ч аю шийся тем, что диаметры коаксиальных цилиндров и корпуса в месте

8 10 размещения слоя фильтрующей насадки определены соотношением — - 1 1 где i — порядковый номер, цилиндра по ходу очищаемой жидкости;

D — диаметр цилиндра, в котором размещен первый слой насадки.

5. Фильтр по пп.1-4, о т л и ч аю шийся тем, что длина слоя дросселирующей засыпки L, диаметр гранул с1 и пористость засыпки ьб для ламинарного и турбулентного режимов фильтрования жидкости определены соответственно выражениями

? н.

3.

4 .< 2 н,. н, LNL „>4 <1 -

4) где с индексом н параметры L d и для слоев насадки, п — число слоев насадки по ходу очищаемой жидкости перед межслойным зазором, с которым соединен трубопровод.

1572б78

А и 1

Bg g(y

А85

Составитель С,Декин

Редактор А.Шандор Техред Л.Сердюкова Корректор В.Кабаций

Заказ 1б04

Тираж 584

Подпис ное

3НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Рауяская наб., д. 4/5 производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101