Устройство для моделирования процесса центробежного фильтрования

 

Использование: область химической промышленности для исследования кинетиА-А ки процесса тонкослойного центробежного фильтрования. Сущность изобретения: устройство содержит электромагнит 1, между полюсами 2 которого расположена емкость 3 с дном из фильтрующей перегородки 4, и датчик силы 5 с устройством для измерения и регистрации усилий 6. Емкость 3 заполнена ферромагнитной жидкостью 7 и частицами с добавкой ферромагнитного материала 8. В нижней части зазора между полюсами 2 расположена зона накопления отфильтрованной ферромагнитной жидкости. Для регистрации ее уровня устройство содержит осветитель 10. световоды 11, фотоэлектрические преобразователи 12 и блок регистрации 13:2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCGP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4889253/26 (22) 10.12.90 (46) 07.06.93. Бюл. М 21 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт расходометрии .(72) В.К.Мезиков и А.К.Меэиков (56) Авторское свидетельство СССР

hh 632397, кл. В 04 В 5/02, 1978.

Авторское свидетельство СССР

М 1404094, кл. В 01 0 35/06. 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ПРОЦЕССА ЦЕНТРОБЕЖНОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ (57) Использование: область химической промышленности для исследования кинети„„Ы2„„1819658 Al (si)s В 01 О 35/06, G 09 В 25/02 ки процесса тонкослойного центробежного фильтрования. Сущность изобретения: устройство содержит электромагнит 1, между полюсами 2 которого расположена емкость

3 с дном из фильтрующей перегородки 4, и датчик силы 5 с устройством для измерения и регистрации усилий 6. Емкость 3 заполнена ферромагнитной жидкостью 7 и частицами с добавкой ферромагнитного материала

8. В нижней части зазора между полюсами

2 расположена зона накопления отфильтрованной ферромагнитной жидкости. Для регистрации ее уровня устройство содержит осветитель 10, световоды 11, фотоэлектрические преобразователи 12 и блок регистрации 13:2 ил.

1819658

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при технологическом расчете фильтрующих центрифуг, предназначено для исследования кинетики процесса тонкослойного центробежного фильтрования.

Цель изобретения — повышение точности моделирования кинетики процесса центробежного фильтрования.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для моделирования центробежного фильтрования; на фиг,2 — разрез А — А на фиг.1.

Устройство для моделирования центробежного фильтрования содержит электромагнит 1, между полюсами 2 которого расположена емкость 3 с дном из фильтрующей перегородки 4, и датчик силы 5 с устройством для измерения и регистрации усилий 6.

Один конец датчика силы 5 установлен неподвижно относительно электромагнита

1, а другой конец прикреплен к емкости 3, выход датчика силы 5 подключен к устройству для измерения и регистрации усилий 6.

Емкость 3 заполнена ферромагнитной жидкостью 7 и частицами с добавкой фер) омагнитного материала 8.

В нижней части зазора между полюсами 2 расположена зона накопления отфильтрованной ферромагнитной жидкости 9, объем которой; равен объему. ферромагнитной жидкости ?. С одной стороны зоны накопленйя 9 установлен осветитель 10 с формующей оптикой, световой поток от которого падает на входные торцы световодов

11, закрепленных на другой стороне эоны накопления 9, Световоды 11 стыкуются выходными торцами с входами фотоэлектрических преобразецалвлей 12.

Выходы фотоэлектрических преобразователей 12 подключены к уровнемеру 13 отфильтрованной ферромагнитной жидкости.

Градиент напряженности магнитного поля B зазоре электромагнита 1 и расстояние от верхней кромки полюсов 2 связаны следующей зависимостью:

М вЂ” = — a> (2 — Z), dH

dZ где М вЂ” намагниченность ферромагнитной жидкости;

Н вЂ” напряженность магнитного поля;, Z — текущая координата оси 02, направленной вертикально вверх в плоскости симметрии зазора между полюсами электромагнита;

Zm — координата верхней кромки полюса электромагнита;

dH — градиент напряженности магнитного поля: а — константа.

При больших напряженностях магнитного поля намагниченность ферромагнитной жидкости М можно с достаточно большой точностью заменить на ее намагниченность насыщения М, величиной, по10 стоянной для ферромагнитной жидкости, что приводит к линейной зависимости градиента напряженности магнитного поля в зазоре электромагнита 1 и расстояния от верхней кромки полюсов 2

М 1 > = -a> (Zm — Z).

dH (2) Ф С>

Н() =й X(Ò где X(Z) ° уравнение профиля полюсов 2 электромагнита 1;

40 С вЂ” константа, Если воспользоваться выражением (2), закон изменения магнитного поля H(Z) принимает вид

М Н (2 Zm Z — Z ) + С2, где Сг — константа.

С>

50 С учетом того, что H(Z) — —.получим следующее уравнение для определения профиля полюсов X(Z):

Х 2 (2ZmZ — Z)+Сг (3)

Выражение (3) приводится к виду — = — а(2ZmZ — Z)+ С, 2

X где а. С вЂ” константы, Так как градиент напряженности маг20 нитного поля в зазоре электромагнита является конструктивным признаком, присущим постоянным магнитам, то для удовлетворения этого требования полюса электромагнита должны иметь определенную форму.

Воспользуемся методом эквивалентных электрических цепей.

Пусть разность магнитных потенциалов . между полюсами Ф, а силовые линии — прямые, параллельные оси ОХ, проходящей вдоль полюсов, Сопротивление зазора R для силовой линии с координатой Z пропорционально ее длине, т.е, координате полюса Х, Это означает, что напряженность магнитного поля

1819658

Таким образом, профиль полюсов 2 электромагнита 1 описывается соотношением, в котором параболическому многочлену соответствует гипербола.

Устройство работает следующим образом, При включении электромагнита 1 под действием магнитного поля ферромагнитная жидкость 7 и частицы с добавкой ферромагнитного материала 8 притягиваются к нижней кромке полюсов 2.

В связи с тем, что профиль полюсов 2 описывается соотношением, в котором параболическому многочлену соответствует гипербола, то градиент напряженности магнитного поля в зазоре имеет линейную зависимость„аналогичную градиенту напряженности центробежного поля,и процесс фильтрования в магнитном поле протекает в полном соответствии с закономерностями центробежного фильтрования.

Ферромагнитная жидкость 7 удаляется из емкости 3 через поры фильтрующей перегородки 4 и попадает в зону накопления отфильтрованной жидкости 9, Одновременно с этим частицы с добавкой ферромагнитного материала 8 оседают на поверхности фильтрующей перегородки

4, уплотняются и образуют осадок, Слой отфильтрованной ферромагнитной жидкости 7,образующийся в зоне накопления

9,частично перекрывает световой поток от осветителя 10. При этом соответствующие входные торцы световодов 11 затемняются, что вызывает изменение выходов фотоэлектрических преобразователей 12. Число затененных дискретов определяет уровень отфильтрованной ферромагнитной жидкости

7, значение которого непрерывно считывается и регистрируется электронным блоком

13. По показаниям уровнемера 13 строится зависимость объема отфильтрованной ферромагнитной жидкости от времени Ч = f (т)

Для облегчения построения кривой накопления ферромагнитной жидкости 7 уровнемер 13 можно предварительно отградуировать.

В зависимости от количества удаленной ферромагнитной жидкости 7 и степени приближения частицы с добавкой ферромагнитного материала 8 к фильтрующей перегородке 4 изменяется сила притяжения содержимого емкости 3. Сила притяжения содержимого емкости 3 воспринимается датчиком силы 5 и непрерывно регистрируется устройством для измерения

° и регистрации усилий 6, Так как площадь фильтрующей перегородки известна, то по показаниям устройства 6 строится зависимость разности давления по обе стороны фильтрующей перегородки от времени Р = f (т) .

При этом процесс центробежного филь5 трования описывается следующим уравнением

Р =Г

10 о ф (4) где V — суммарный объем отфильтрованной жидкости;

s — площадь фильтрующей перегород15 р — вязкость жидкости;

Ry — сопротивление осадка и фильтрующей перегородки;

t — продолжительность фильтрования.

Из уравнения (4) определяется зависимость сопротивления осадка и фильтрующей перегородки от времени Ry= т(г), Таким образом, становится известна зависимость всех параметров процесса от времени, что обеспечивает повышение точности моделирования кинетики центробежного фильтрования.

Применение предлагаемого устройства позволит оптимизировать процесс центробежного фильтрования и проводить точный расчет конструкций фильтруюо,их центрифуг, Формула изобретения

1, Устройство для моделирования процесса центробежного фильтрования, содержащее емкость с дном из фильтрующей перегородки, заполненную ферромагнитной жидкостью и частицами с добавкой ферромагнитного материала, и электромагнит, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования кинетики процесса, оно дополнительно содержит датчик силы, устройство для измерения и регистрации усилий и уровнемер отфильт45 рованной ферромагнитной жидкости, при этом один конец датчика силы установлен неподвижно относительно электромагнита, другой конец соединен с емкостью, его выход соединен с устройством для измерения и регистрации усилий, а емкость размещена между полюсами электромагнита, градиент напряженности магнитного поля в зоне которого и расстояние от верхней кромки полюсов связаны линейной зависимостью, 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что используют электромагнит, профиль полюсов которого описывается соотношением, в котором параболическому многочлену соответствует гипербола.

1819658

Фиг41

Составитель 6. Долотин

Редактор Т. Федотов Техред М.Моргентал Корректор И. Шмакова

Звкаэ 1995 Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иаобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород; ул;Гагарина, 101