CS226122B1 - Způsob kontinuální magnetické separace pevných látek ze suspenzí a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení pro kontinuální magnetickou separaci pevných látek ze suspenzí, nesnadno sedimentujících, jako např. jsou odpadní vody, kaolinové suspenze apod. Toto zařízení umožňuje zachycení látek na feromagnetickou matrici, přičemž suspenze zbavená těchto látek prochází matricí, což v případě odpadních vod vede k jejich vyčistění, v případě kaolinu k odstranění fero- i paramagnetických látek.

Současná známá zařízení pro tyto účely využívají vysokogradientního magnetického pole, vytvářeného elektromagnetickým vinutím a železným vratným obvodem, v jehož prostoru je umístěna vložka z feromagnetického materiálu, tzv. matrice, na které se indukuje magnetické pole o vysoké intenzitě a gradientu, schopné zachytit i velmi slabě magnetické látky. Z řady konstrukcí je nejpokrokovější zařízení, které je založeno na filtraci suspenze vrstvou vlny, tvořené vlákny feromagnetické nerezavějící ocele, umístěné do magnetického homogenního pole. Výhodou takového řešení je jednoduchost konstrukce, žádné otáčející se součásti a možnost získat velký pracovní objem a tím i výkon. Nevýhodou je skutečnost, že je nutno proces separace provádět diskontinuálním způsobem při práci v cyklech, kdy v prvním cyklu se provádí plnění pracovní zóny až do momentu obsazení povrchu matrice odsěparovanými látkami při zapnutém magnetickém poli, v druhém cyklu po vypnutí magnetického pole se provádí vyplachování matrice vodou, nebo směsí vody a stlačeného vzduchu, po opětném nabuzení magnetického pole se cyklus plnění opakuje. To má za následek, že je nutno periodicky systémem ventilů podávat separovanou suspenzi ia promývací vodu a periodicky vypínat a zapínat magnetické pole. Vznikají tak ztráty v časovém využití zařízení, které se podle publikovaných úd-ajů pohybují kolem 30 % z celkového časového fondu využití stroje, tzn. dochází i k poklesu výkonu zařízení. Diskontinuální cyklický provoz má dále nevýhodu v tom, že při postupném zanášení matrice zachycenými pevnými látkami dochází jednak ke zmenšení mezerovitosti matrice, tj. volný objem nevyplněný feromagnetickými tělesy se zmenšuje a zvyšuje se tak průtoková rychlost proudění suspenze mezi tělesy matrice, což vede k postupnému zhoršování výsledku separace. Další nevýhodou je nutnost dálkového ovládání a automatické regulace uzavírání a otevírání ventilů, u větších modelů velkoprůměrových a zabezpečení jejich bezporuchové funkce, např. těsnění, při práci s vodními suspenzemi často velmi abrazívních látek.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob kontinuální magnetické separace pevných látek ze suspenzí, při kterém jsou tyto pevné látky zachycovány v uzavřeném prostoru vo fázi působení magnetického pole na matrici a ve fázi nepřítomnosti magnetického pole vyplachovány z matrice vodou, případně ve směsi se stlačeným vzduchem. Jeho podstata spočívá podle vynálezu v tom, že se výchozí suspenze nepřetržitě přivádí pod tlakem v zóně separace z jedné strany na matrici, která obíhá v uzavřeném okruhu, a současně se mimo zónu separace, na opačné straně matrice, tvoří nad hladinou suspenze zbavené magnetických pevných částic tlakový polštář, jehož objem a tlak se neustále mění, jednak periodickým přiváděním pomocného tlakového vzduchu a jednak periodickým vypouštěním takto vzniklé vzdušné směsi, případně spolu s již přečištěnou suspenzí, přes matrici se zachycenými pevnými magnetickými látkami, které se tím uvolňují a jsou tak vynášeny z uzavřeného prostoru. Součástí vynálezu je rovněž zařízení s matricí a s magnetickým systémem, který je opatřen vratným obvodem z desek, uzavírajících cívky elektromagnetického vinutí. Podstata tohoto zařízení spočívá v tom, že do vratného obvodu, sestávajícího ze soustavy nad sebou ležící základové desky, obvodové desky a krycí došky, je shora, do prostoru ohraničeného vnitřní stranou vinutí, zabudována alespoň částí své spodní zaoblené poloviny válcová tlaková nádoba, v jejíchž bočních svislých stěnách jsou v podélné ose protilehle uspořádány ložiskové domky průchozího otočného hřídele se svislým středovým nosným kotoučem, přidržujícím mezikruží příhradové konstrukce věnce rotoru s matricí a současně je tlaková nádoba v zóně separace opatřena přívodním otvorem se vstupním hrdlem a v prostoru mimo zónu separace, pod hřídelem rotoru, v bočních stěnách téže tlakové nádoby, protilehlými otvory s výstupními hrdly a nad hřídelem rotoru, jednak ve válcové stěně tlakové nádoby výřezy s hrdly a jednak, v bočních stěnách tlakové nádoby, protilehlými otvory pro přívod stlačeného vzduchu. Rovněž podle vynálezu jsou na krycí desku vratného obvodu, v prodloužení její roviny, svorníky protilehle uchyceny protipóly, doplňující krycí desku ve volném prostoru tlakové nádoby a hřídel rotoru je na jednom ze svých volných konců připojen na brzdu.

Způsob podle vynálezu umožňuje nepřetržitý přívod separovaného materiálu, takže není třeba neustále zapínat nebo vypínat magnetické pole. Zachycené pevné částice jsou periodicky odstraňovány, přičemž stupeň vyčištění odtékajících kapalných produktů je stálý ve srovnání s dosavadními přerušovanými způsoby. Tím se dosahuje dostatečného zahuštění pevné fáze, což je dů« ležíte zejména při čištění odpadních vod. Cyklus promývání matrice lze nastavit v libovolném časovém úseku, který nemá vliv na výkon zařízení, u kterého nejsou nutné periodicky pracující uzavírací ventily, ani na vstupu do zařízení, ani na výstupu nemagnetického podílu, kteréžto ventily jsou u větších typů velkoprůměrové a tedy nákladné.

Na připojených výkresech je znázorněn příklad provedení zařízení pro kontinuální magnetickou separaci pevných látek ze suspenzí podle vynálezu, kde na obr. 1 je nárysný pohled na toto zařízení ve svislém řezu rovinou A—A z obr. 2, na kterém je znázorněn podélný osový řez zařízením podle roviny Β—B z obr. 1.

Zařízení pro kontinuální magnetickou separaci se skládá v podstatě ze čtyř hlavních částí: z magnetického systému, tlakové nádoby, rozdružovacího rotoru a brzdy. Kromě toho jsou pro chod zařízení nezbytné regulační a uzavírací armatury, jakož i zdroj tlakového vzduchu. Magnetický systém zařízení tvoří vodorovně uložené elektromagnetické vinutí 1 obdélníkového průřezu, z vnějšku zcela uzavřené vratným obvodem z desek z měkkého železa. Desky jsou ve třech vrstvách nad sebou: nejprve je uspořádána spodní základová deska 2, na které leží cívky tohoto vinutí 1, výše jsou střední obvodové desky 2a, kterými jsou cívky vinutí 1 obloženy a konečně horní krycí deska 2b, na kterou navazují mezilehlé protipóly 3a, 3b (obr. 2). Protipóly 3a, 3b jsou tvaru válcové úseče a jsou uchyceny zevnitř na svislých čelních stěnách spodní části 4a ležící válcové tlakové nádoby 4 pomocí svorníků 3c, 3d zašroubovaných do horní krycí desky 2b. Tlaková nádoba 4 je zabudována symetricky do zaoblených vybrání, v krycí desce 2b a v základové desce 2 do prostoru ohraničeného vinutím 1. Z opačné strany vinutí 1 jsou u obvodových desek 2a ponechány vzduchové mezery 2c, 2d. Popsaný systém desek 2, 2a, 2b a vzduchových mezer 2c, 2d s protipóly 3a, 3b tvoří zónu separace, tj. působení magnetického pole, kterou současně prochází spodní úsek věnce 5 rotoru. Tlaková nádoba 4 je sestavena ze dvou . částí: ze spodní části 4a, která je vsazena do magnetického systému, jak bylo popsáno a z horní části 4b, přičemž jejich dělicí rovina je horizontální a prochází osou otáčení rotoru. Ve spodní části 4a tlakové nádoby 4 je přívodní otvor 6 s tangenciálně přivařeným obdélníkovým vstupním hrdlem 7, vedeným spodní základovou deskou 2 (obr. 1). V bocích této části tlakové nádoby 4 jsou pod osou rotoru dva obdélníkové otvory 8a, 8b, s kolmo přivalenými. výstupními hrdly 9a a 9b a s regulačními armaturami 10a a 10b. Nad nosníky 11a, 11b uspořádanými na krycí desce 2b, jsou uloženy ložiskové domky 12a, 12b pro hřídel 13 rotoru.

V horní části 4b tlakové nádoby 4 jsou do její válcové stěny provedeny dva obdélníkové výřezy 14a, 14b s hrdly 15a a 15b, z nichž je na obr. 1 znázorněno pouze hrdlo 15b, které je směrem od pláště tlakové nádoby 4 staženo do kruhového průřezu. Na toto hrdlo 15b (15a) je připojena uzavírací armatura 16b (16a). Ve svislých čelních stěnách horní části 4b tlakové nádoby 4 jsou dále dva otvory 17a, 17b s hrdly 18a, 18b pro přívod tlakového vzduchu, na které jsou připojeny uzavírací armatury 19a, 19b, Další částí zařízení je rotor, což je v podstatě svařenec, který se skládá ze tří základních částí: z náboje 20, z nosného kotouče 21 a z věnce 5 v podobě mezikruží vytvořeného příhradovou konstrukcí 5a. V příhradové konstrukci 5a věnce 5 je uložena matrice 22. Hřídel 13 rotoru je uložen v ložiskách 23a, 23b. Na hřídel 13 je nasazeno pero 24, které zajišťuje přenos kroutícího momentu mezi hřídelem 13 a nábojem 20 rotoru. Vně tlakové nádoby 4 je na hřídeli 13 rotoru uspořádána brzda 25, která je na obr. 2 pouze· naznačena.

Buben této brzdy 25 je nasazen pevně na hřídel 13 rotoru, nosník 26 jejích neznázorněných čelistí je pevně spojen s horními krycími deskami 2b magnetického systému. Další možností je, že místo brzdy 25 je na hřídel 13 rotoru nasazena neznázorněná převodová skříň s elektromotorem. Podmínkou pro správnou funkci zařízení také je, aby v místě připojení tohoto zařízení na potrubí s proudící odpadní vodou byl určitý minimální tlak. Jeho výše závisí kromě jiného na tom, zda budou usazené nečistoty z matrice 22 odstraňovány tlakovou vodou nebo vzduchem. Maximální dovolený pracovní tlak je dán konstrukcí tlakové nádoby 4. V místech spojení nosného kotouče 21 s nábojem 20 a věncem 5 jsou přivařena zpevňující žebra 27 a hřídel 13 je utěsněn v ložiskových domkách 12a, 12b těsněními 28a, 28b.

Při splnění uvedených podmínek pracuje zařízení pro kontinuální filtraci odpadních vod takto: neznázorněné přiváděči potrubí s tlakovou odpadní vodou se připojí na vstupní hrdlo 7. Na výstupní hrdla 9a, 9b za regulační armatury 10a, 10b je současně připojeno neznázorněné potrubí pro vyčištěnou vodu. V počátečním stavu jsou uzavírací armatury 16a, 16b, 19a, 19b uzavřeny a rotor je zabrzděn. Odpadní voda začne proudit do tlakové nádoby 4 a v okamžiku, kdy hladina vody v tlakové nádobě 4 dosáhne horního okraje otvorů 8a, 8b výstupních hrdel 9a, 9b, začne docházet ke komprimování vzduchu nad vodní hladinou v tlakové nádobě 4. Současně se zvyšováním tlaku vzduchu dochází ke zvětšování průtoku vody z výstupních hrdel 9a, 9b, jejichž regulační armatury 10a a 10b jsou otevřeny. K vyrovnání systému dojde tehdy, až tlak vzduchu nad vodní hladinou v tlakové nádrži 4 dosáhne tlaku vody v přiváděcím potrubí. Potom bude součet průtočných množství vody z výstupních hrdel 9a, 9b stejný jako vstupní průtočné množství. Rychlost proudění v zóně separace je dána průtokem vody na efektivní plochu matrice 22. Regulovat tuto rychlost je možné škrcením průtoku z výstupních hrdel 9a, 9b regulačními armaturami 10a, 10b. V okamžiku, kdy dojde k vyrovnání tlaku v tlakové nádobě 4, je hladina vody v této nádobě 4 poměrně vysoko. Otevřením uzavíracích armatur 19a, 19b se začne vhánět do tlakové nádoby 4 stlačený vzduch o vyšším tlaku, než je tlak odpadní vody. Tím začne hladina vody klesat a jakmile dosáhne těsně nad horní hranu výstupních hrdel 9a, 9b, uzavírací armatury 19a, 19b se opět uzavrou. Tím je dán počáteční stav zařízení. Odpadní voda, obsahující nečistoty, prochází v zóně separace přes feromagnetickou matrici 22, uloženou v příhradové konstrukci 5a věnce 5 rotoru. Po připojení stejnosměrného elektrického proudu na cívky vinutí 1 magnetického systému vzniká v zóně separace magnetické pole. Na povrchu matrice 22 se indukuje silné, tzv. vysokogradientní magnetické pole, schopné zachytit i slabě magnetické látky.

Vyčištěná voda odchází tedy výstupními hrdly 9a a 9b do neznázorněného odváděcího potrubí, zatímco magnetický podíl je zachycován v matrici 22. Po určitá době, dané obsazením povrchu matrice 22 v zóně separace, se uvolní brzda 25 případně, je-li instalován, zapne neznázorněný elektromotor na hřídeli 13 rotoru. Protože vstup odpadní vody do tlakové nádoby 4 je tangenciální, dojde v prvém případě vlivem energie proudicí vody k pomalému roztočení rotoru; proud vody naráží na žebra příhradové konstrukce 5a a na indukční výplň matrice 22 rotoru. Současně s uvolněním brzdy 25, případně se zapnutím elektromotoru, se otevřou uzavírací armatury 16a, 16b, 19a, 19b.

Tím dochází především k prudkému úniku stlačeného vzduchu z tlakové nádoby 4 výřezy 14a, 14b a dále hrdly 15a, 15b. Proud vzduchu, procházející přes matrici 22 v místech proti hrdlům 15a a 15b strhává sebou kal zachycený na matrici 22 a současně část vody, která ulpí díky svému povrchovému napětí na povrchu matrice 22 a je během otáčení rotoru vynesena nad vodní hladinu. Tím dochází k vyčištění matrice 22 mimo zónu separace. Přitom ovšem vlivem otevření uzavíracích armatur 19a, 19b dochází ke vhánění stlačeného vzduchu do tlakové nádoby 4, což s výhodou prodlužuje dobu čištění matrice 22 a zlepšuje odstranění zachycených podílů. Po otevření uzavíracích armatur 16a, 16b dojde k úniku vzduchu a tlakem vody stoupá hladina vody v tlakové nádobě 4: to platí v případě, že množství vháněného vzduchu je menší než vzduchu vypouštěného. Ještě než hladina vody

2 612 2 dosáhne úrovně spodní hrany výřezů 14a a 14b, se zabrzdí rotor brzdou 25 (případně vypne mentor) a současně se uzavře armatura 16a, 16b. Protože armatury 19a, 19b zůstávají otevřené, do tlakové nádoby 4 je stále vháněn vzduch o vyšším tlaku, než je tlak odpadní vody. Tím začne klesat hladina vody v tlakové nádobě 4. Jakmile hladina vody dosáhne původní úrovně před vypouštěním vzduchu, uzavírací armatury 19a, 19b se uzavřou. Po určité době dané obsazením povrchu matrice 22 v zóně separace se znovu otevřou uzavírací armatury 16a, 16b, 19a, 19b, uvolní se brzda 25, případně zapne motor a celý cyklus se opakuje. Přitom průtok odpadní vody probíhá kontinuálně, s mírným poklesem průtoku při pročišťování matrice 22. Popisovaný příklad použití brzdy 25 platí v případě, že kinetická energie vody daná průtokem a rychlostí je< dostatečná k překonání odporu proti otáčení.

Jestliže tomu tak není, je třeba otáčení rotoru realizovat převodovkou s elektromotorem. V předchozím textu byl popisován chod zařízení při odstraňování nečistot z matrice 22 stlačeným vzduchem. Z tohoto popisu vyplývá, že změnou výšky hladiny v tlakové nádobě 4 je možno proplachovat matrici 22 také pročištěnou vodou, která prošla matricí 22 v zóně separace. Hladina vody v tlakové nádobě 4 bude potom nad horní hranou výřezů 14a, 14b. Jestliže dojde k otevření uzavírací armatury 16a, 16b, tlak vzduchu nad vodní hladinou vytlačuje vodu výřezy 14a, 14b přes matrici 22. Tím hladina vody opět klesá. Podle toho, kdy se uzavřou uzavírací armatury 16a, 16b, proplachuje se bud pouze vodou a hladina se zastaví nad horní hranou výřezů 14a, 14b, přičemž objem proplachovací vody je dán rozdílem objemu vody v tlakové nádobě 4 před začátkem vyplachování a po jeho skončení. Nebo také vzduchem a hladina se zastaví pod horní hranou výřezů 14a, 14b. Ve druhém případě je nutno do tlakové nádoby 4 připouštět podstatně větší množství vzduchu než v prvním případě.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT

   1. Způsob kontinuální magnetické separace pevných látek ze suspenzí, při kterém jsou tyto pevné látky zachycovány v uzavřeném prostoru ve fázi působení magnetického pole na matrici a ve fázi nepřítomnosti magnetického polo vyplachovány z matrice vodou, případně ve směsi se stlačeným vzduchem, vyznačující se tím, že se výchozí suspenze nepřetržitě přivádí pod tlakem v zóně separace z jedné strany na matrici, která obíhá v uzavřeném okruhu, a současně se mimo zónu separace, na opačné straně matrice, tvoří nad hladinou suspenze zbavené magnetických pevných částic tlakový polštář, jehož objem a tlak se neustále mění, jednak periodickým přiváděním pomocného tlakového vzduchu a jednak periodickým vypouštěním takto vzniklé vzdušné směsi, případně spolu s přečištěnou suspenzí, přes matrici se zachycenými pevnými magnetickými látkami, které se tím uvolňují a jsou vynášeny z uzavřeného prostoru.
2. 2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, s matricí a s magnetickým systémem, který je opatřen vratným obvodem z desek, uzavírajících cívky elektromagnetického vinutí, vyznačující se tím, že do vratného obvodu, sestávajícího ze soustavy nad sebou ležící základové desky (2), obvodové desky (2a) a krycí desky (2b) je shora do prostoru ohraničeného vinutím (1) zabuVYNALEZU dována alespoň částí své spodní zaoblené poloviny válcová tlaková nádoba (4 J, v jejíchž bočních svislých stěnách jsou v podélné ose protilehle uspořádány ložiskové domky (12a, 12b) průchozího otočného hřídele (13) se středovým nosným kotoučem (21), přidržujícím mezikruží příhradové konstrukce (5aj věnce (5) rotoru s matricí (22J a současně je tlaková nádoba (4) v zóně separace opatřena přívodním otvorem (6) se vstupním hrdlem (7) a v prostoru mimo zónu separace pod hřídelem (13) rotoru v bočních stěnách tlakové nádoby (4) protilehlými otvory (8a, 8b) s výstupními hrdly (9a, 9b) a nad hřídelem (13) rotoru jednak ve válcové stěně tlakové nádoby (4j výřezy (14a, 14b) s hrdly (15a, 15b), a jednak v bočních stěnách téže tlakové nádoby (4) protilehlými otvory (17a, 17b] pro přívod stlačeného vzduchu.
3. 3. Zařízení podle bodu 2, vyznačující se tím, že na krycí desku (2b) jsou v prodloužení její roviny svorníky (3c, 3d) protilehle uchyceny protipóly (3a, 3b] doplňující krycí desku (2b) ve volném prostoru tlakové nádoby (4).
4. 4. Zařízení podle bodů 2 a 3, vyznačující se tím, že hřídel (13) rotoru je na jednom ze svých volných konců připojen na brzdu (25).