DE2615580C2 - Magnetischer Abscheider zum Abscheiden magnetisierbarer Teilchen aus einem durchströmenden Fluid - Google Patents
Magnetischer Abscheider zum Abscheiden magnetisierbarer Teilchen aus einem durchströmenden FluidInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen magnetischen Abscheider zum Abscheiden magnetisierbarer Teilchen aus
einem durchströmenden Fluid, in dem sie suspendiert sind, mit wenigstens einer länglichen Trennkammer,
welche mit einer porösen Packung aus magnetisierbarem Material gefüllt ist und zwei Stirnwände aufweist,
von denen wenigstens eine aus ferromagnetischem Material besteht, und einer Einrichtung zum Erzeugen
eines Magnetfeldes im Bereich einer der Trennkammern sowie einer Einrichtung zur Entfernung angesammelter magnetisierbarer Teilchen aus der Packung.
Bei bekannten magnetischen Abscheidern zum Abscheiden magnetisierbarer Teilchen aus einem
durchströmenden Fluid ist allgemein eine Trennkammer
aus nichtmagnetisierbarem Material mit einer Packung
aus magnetisierbarem Material gefüllt das faser- oder teilchenförmig sein kann. Die Trennkammer ist von
einem Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich der Trennkammer umgeben, wodurch im
Inneren der Trennkammer örtlich schwankende Magnetfefdstärken je nach Form und Ausbildung der
Packung gebildet werden. Dadurch werden bei Durchleitung einer Aufschlämmung darin enthaltene Teilchen
relativ hoher magnetischer Suszeptibilität in der Packung festgehalten. Bei einer zweckmäßig zylindrisch
geformten Trennkammer, die in einem Topfmagneten angeordnet ist verlaufen die Magnetfeldlinien im
mittleren Bereich im wesentlichen parallel zur Längsachse, divergieren aber in den Randbereichen, was zu einer
Verringerung der Feldstärke in diesen Bereichen und zu Energieverlusten führt
Dem Divergieren der Magnetfeldlinien kann man teilweise dadurch entgegenwirken, daß man die Spule
an den Enden mit zusätzlichen Windungen versieht um die Feldstärke in den Endbereichen zu steigern. Diese
Lösung ist aber insbesondere dann kostspielig, wenn der
Elektromagnet als supraleitfähiger Magnet ausgebildet
ist denn in diesem Fall muß der gesamte die Spule bildende Leiter einschließlich der zusätzlichen Windungen an den Enden auf einer Temperatur nahe dem
absoluten Nullpunkt gehalten werden. Außerdem wird die Konstruktion schwierig und teuer wegen der
unvermeidlichen Vergrößerung des Außendurchmessers der Spule.
Bei einem bekannten magnetischen Abscheider der eingangs genannten Art (DE-OS 24 33 008) läßt sich die
Trennkammer zum Entfernen der darin angesammelten Teilchen in Axialrichtung aus der das Magnetfeld
erzeugenden Spule herausschieben; zu diesem Zweck wird die Trennkammer durch ein Loch in einer
Abschirmplatte hindurchgeschoben; die der Magnetspule zugewandte Stirnwand der Trennkammer ist aus
einem relativ starken Weicheisenblech hergestellt und bildet nach Durchschieben der Tres/nkammer durch die
Abschirmplatte mit dieser zusammen eine Abschirmung gegen das Magnetfeld. Dieser Abscheider hat ebenfalls
den Nachteil, daß die Magnetfeidlinien zumindest im Randbereich bei der anderen Stirnwand der Trennkammer stark divergieren, was Energievertuste mit sich
bringt und den Wirkungsgrad der Trennung vermindert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
magnetischen Abscheider der eingangs genannten Ar», zu schaffen, bei welchem das Magnetfeld in der
Trennkammer bestmöglich genutzt wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Stirnwände der Trennkammer aus Platten aus
ferromagnetischem Material bestehen, wobei der übrige Teil der Trennkammer aus im wesentlichen nichtmagnetisierbarem Material besteht.
Durch die Ausbildung der Stirnwände der Trennkammer als ferromagnetische Platten v/erden die Streufeldlinien in den Feldbereichen niedriger Intensität, das
heißt, in den Endbereichen der Trennkammer gebündelt; dadurch wird die Feldstärke in der Trennkammer
erhöht, also das Magnetfeld besser genutzt bzw. Energie gespart.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Dicke der Platten zwischen 3 und 150 mm und
vorzugsweise zwischen 3 und 30 mm bei einem Durchmesser der Trennkammer von beispielsweise
600 mm.
Zwecks guter Bündelung der Feldlinien sollen die
Platten leicht magnetisierbar sein. Daher weisen sie
vorzugsweise eine Koerzitivkraft von weniger 1(P Am-'auf.
Das Plattenmaterial besitzt vorzugsweise eine hohe relative Permeabilität bei den Werten der magnetischen ί
Feldstärke, bei denen es verwendet werden soll, und daher eine maximale relative Permeabilität von mehr als
JOa(JnS. L-Einheiten).
Da der Wert der relativen Permeabilität bei den meisten derartigen Materialien mit Steigerung der ι»
Feldstärke zunächst zunimmt und nach Erreichen eines Maximums wieder abnimmt, bis das Material magnetisch
gesättigt ist soll auch die Sättigungspolarisation des Materials hoch sein und beträgt vorzugsweise mehr
als 0,5 Tesla. i">
Das beste ferromagnetische Material für die Platten dürfte ein Eisen von hoher Reinheit sein, das so
behandelt worden ist daß möglichst viele seiner Kristalle auf eine bevorzugte Richtung ausgerichtet
sind. Besteht ein solches Material aus einem Einkristall 2»
kann die maximale relative Permeabilität bis zu 13 χ 10*
betragen, und die Sättigungspolarisation kann etwa 2,16
Tesla erreichen. Jedoch ist Eisen von hoher Reinheit äußerst kostspielig, und es erscheint zweckmäßiger, ein
Material zu verwenden, das etwa 99 Gew.-% Eisen 2>
enthält, und bei dem der Rest im wesentlichen aus Kohlenstoff besteht Ferner kann man ein Material
verwenden, das zwar vorherrschend aus Eisen besteht das jedoch Spuren von Silizium im Ausmaß von weniger
als 4 Gew.-% enthält: es ist sogar möglich, eine *»
Nickel-Eisen-Legierung zu verwenden. Als Beispiel für
geeignete Nickel-Eisen-Legierungen sei das von der
Firma Telcon Metals, Crawley, England, hergestellte »Supermumetal« genannt bei dem die maximale
relative Permeabilität 0.25 bis 1.00 χ 106 bei einer »
Feldstärke von etwa \2 A m-'. die Sättigungspolarisation
etwa 0.80 Tesla und die Remanenz 035 bis 0,55
Tesla betragen: ferner sei das von der Firma ITT Components, Harlow, Englang hergestellte »Supermal-Ioy«
genannt, das ähnliche Eigenschaften hat. Unter 4"
bestimmten Bedingungen kann man auch Kobalt-Eisen-Legierungen verwenden, zum Beispiel das von der
Firma Telecon Metals hergestellte »Supermendur«, bei
dem die maximale relative Permeabilität etwa ΙΟ5, die
Sättigungspolarisation etwa 2.40 und die Remanenz 4>
etwa 23 Tesla betragen.
Die Aufschlämmung, aus der die Teilchen auszuscheiden
sind, kann an einer Stirnwand in die Trennkammer eingeleitet und an der anderen Stirnwand abgeleitet
werden, oder Einleitung und Ableitung können auf der '"' gleichen Seite erfolgen.
Zur Entfernung angesammelter magnetisierbarer Teilchen aus der Packung wäre es möglich, den
Elektromagneten stromlos zu machen: bei Verwendung eines supraleitenden Elektromagneten wäre aber eine Yl
große Energiezufuhr bei Wiedereinschalten der Spule erforderlich. Daher ist es zweckmäßig, den Elekfomagneten
eingeschaltet zu lassen und die Trennkammer aus dem Magnetfeldbereich zu entfernen. Die Einrichtung
zum Entfernen von Teilchen aus der Pcckung kann b0
eine Spüleinrichtung zum Durchspülen der Trennkammer umfassen; ferner kann eine Entmagnetisierungseinrichtung
vorgesehen sein, um den Restmagnetismus der Packung vor dem Durchspülen zu verringern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Trennkammer
bekannter Art,
Fig.2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Trennkammer nach der Erfindung und
F i g. 3 einen Magnetabscheider mit zwei Trennkammern
nach F i g. 2. ·*
Jede der in F i g. 1 und 2 gezeigten Trennkammern 1 bzw. 1, 2 besteht im wesentlichen aus einem nicht
magnetisierbaren Material. Jede dieser Trennkammern hat eine zylindrische Form und ist im Inneren durch
durchlässige Platten 6 und 7 in drei in Verbindung miteinander stehende Kammern 3, 4 und 5 unterteilt
Die mittlere Kammer 4 enthält eine Packung in Form einer Matrix 4/4 aus korrosionsbeständiger Stahlwolle.
Die untere Kammer 3 weist einen Einlaß 8 für die zuzuführende Aufschlämmung auf, während die obere
Kammer 5 mit einem Auslaß 9 für die magnetisch behandelte Aufschlämmung versehen ist
Bei der in F i g. 1 gezeigten Trennkammer 1 bekannter Art sind die magnetischen Kraftlinien 12
eines in der Trennkammer mit Hilfe einer nicht dargestellten Elektromagnetspule erzeugten Magnetfeldes
bestFubt sich in Richtung auf die Enden der Trennkammer nach außen auszubreU.n, und daher ist
die mittlere magnetische Feldstärke in &_r Trennkammer
geringer als in der Mitte der Trennkammer.
Bei der Trennkammer 1,2 nach F i g. 2 sind jedoch die
beiden Stirnwände 10 und 11 der Trennkammer jeweils durch eL.:e Weicheisenplatte gebildet so daß die
magnetischen Kraftlinien 12 eines in der Trennkammer mit Hilfe einer niqht dargestellten Elektromagnetspule
erzeugten Magnetfeldes gezwungen werden, sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Trennkammer
zu erstrecken, um dann scharf nach außen abgeknickt zu werden, wenn sie in die Weicheisenplatten eintreten.
Daher hat die magnetische Feldstärke über die ganze Länge der Trennkammer in diesem Fall einen
annähernd konstanten Wert. Bei dem ferromagnetischen Material der Platten handelt es sich zweckmäßig
um Weicheisen, doch könnte man auch andere ferromagnetische Materialien verwenden, z. B. Stahl,
wie er bei Transformatorenkernen oder Polstückeii für
Elektromagnete gebräuchlich ist.
Bei dem Magnetabscheider nach Fig.3 sind zwei Treniikammern 1,2 der anhand von F i g. 2 beschriebenen
Art vorhanden, die zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsstellung bewegbar sind. Bei de- ersten
Betriebsstellung befindet sich die Trennkanmer in einer Zone, in der ein starkes Magnetfeld durch eine
supraleitende Elektromagnetspule 13 der bei Topfmagneten üblichen Art erzeugt wird, während die
Trennkammer 2 in eine erste Entmagnetisierungsspule 14 eingeschoben ist. der beim Betrieb ein Wechselstrom
zugeführt wird, dessen Amplitude stetig bis auf Null
verkleinert wird. Bei der zweiten Betriebsstellung befindet sich die Trennkammer 2 in der dem starken
Vf aynet.'efd ausgesetzten Zone, während die Trennkammer
1 in eine zweite Entmagnetisierungsspule 15 eingeschoben ist. Die supraleitende Elektromagnetspule
13 ist von einem ersten Ringkanal 16 umgeben, der flüssiges Helium enthält, und der seinerseits von einem
mit flüssigem Stickstoff gefüllten zweiten Ringraum bzw. einer Kammer 17 umgeben ist. Die Kammer 16
weist eine Leitung 18 zum Zuführen νοη flüssigem Helium und eine Leitung 19 zum Abführen von
Heliumdampf auf, während die Kammer 17 mit einer Leitung 20 zum Zuführen von flüssigem Stickstoff und
einer Leitung 21 zurr Abführen von Stickstoffdampf versehen ist. Die Kammern 16 und 17 sind beide
vollständig in einen Mantel 22 eingeschlossen, der über
ein Ventil 23 evakuiert wird, an das eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen ist. Sämtliche
Wände der Kammern 16,17 und des Mantels 22 sind auf beiden Seiten versilbert, um die übertragenen
Wärmemengen möglichst zu verringern.
Auf beiden Seiten der gekühlten Elektromagnetbaugruppe sind runde Abschirmungen 24 und 25 aus
Weicheisen angeordnet, von denen jede eine zentrale runde öffnung von solchem Durchmesser hat, daß sich
die Trennkammern 1 und 2 gerade hindurchschieben lassen. Die Abschirmungen aus Weicheisen sind durch
mehrere Stangen 26 gegeneinander abgestützt, die an ihren Enden mit Gewinde versehen sind und Haltemuttern
27 aufnehmen.
Die Trennkammern 1 und 2 sind durch eine Stange 28 starr verbunden und zwischen der ersten und der
zweiten Betriebsstellung mittels einer Stange 29 bewegbar, die an der Trennkammer 2 befestigt und mit
einer Zahnstange 30 versehen ist, weiche mit einem Ritzel 3! zusammenarbeitet, das mittels eines nicht
dargestellten Elektromotors hin- und herdrehbar ist.
Die zu behandelnde Aufschlämmung kann der Trennkammer 1 über einen flexiblen Schlauch 32
zugeführt werden, und nach der magnetischen Behandlung läßt sich die Aufschlämmung aus dieser Trennkammer
über einen flexiblen Schlauch 33 abziehen. Der Trennkammer 2 sind entsprechende flexible Schläuche
34 und 35 zugeordnet.
Befinden sich die Trennkammern 1 und 2 in ihrer ersten Betriebsstellung, strömt während des Betriebs die
Aufschlämmung von einem Behälter 36 aus über ein Ventil 37, eine Leitung 38 und dann durch den flexiblen
Schlauch 32 zu der Trennkammer 1, wo die Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität aus der
Aufschlämmung extrahiert und in dem Packungsmaterial 4/4 in der mittleren Kammer 4 festgehalten werden.
Die vorherrschend Teilchen von relativ geringer magnetischer Suszeptibilität enthaltende Aufschlämmung
entweicht aus dem Packungsmaterial und gelangt zu der Kammer 5, um die Trennkammer 1 über den
flexiblen Schlauch 33 zu verlassen und dann über ein Ventil 39 und eine Leitung 40 einem Behälter 41
zugeführt zu werden.
Ist das Packungsmaterial in der Trennkammer 1 mit magnetisierbaren Teilchen im wesentlichen gesättigt
worden, wird die Zufuhr der zu behandelnden Aufschlämmung zu dieser Trennkammer durch Schließen
des Ventils 37 unterbrochen. Dann wird auch das Ventil 39 geschlossen, und unter einem geringen Druck
stehendes reines Wasser wird von einem Behälter 42 aus über ein Ventil 43, die Leitung 38 und den flexiblen
Schlauch 32 der Trennkammer 1 zugeführt, um diese Trennkammer und ihr Packungsmaterial durchzuspülen.
Während der gesamten Zeit wird das Magnetfeld durch die Elektromagnetspule 13 aufrechterhalten. Das reine
Wasser entfernt Teilchen von relativ geringer magnetischer Suszeptibilität, die möglicherweise von dem
Packungsmaterial physikalisch festgehalten werden, und das diese Teilchen mitführende Wasser verläßt die
Trennkammer, um über den flexiblen Schlauch 33, ein Ventil 44 und eine Leitung 45 zu einem Behälter 46 zu
strömen.
Während bei der Trennkammer I die Arbeitsschritie
zum Zuführen der Aufschlämmung und zum Durchspülen der Packung durchgeführt werden, wird die
Trennkammer 2 dadurch im wesentlichen entmagnetisiert, daß der Entmagnetisierungsspule 14 ein Wechselstrom
zugeführt wird, dessen Amplitude stetig bis auf Null verkleinert wird. In der Zwischenzeit wird von
einem Behälter 47 aus unter hohem Druck stehendes reines Wasser über eine Leitung 48. ein Ventil 49 und
den flexiblen Schlauch 35 der Trennkammer 2 zugeführt. Das Druckwasser durchströmt das Packungsmaterial
4A in dem mittleren Raum 4 der Trennkammer 2 mit hoher Geschwindigkeit entgegen der Richtung, in der
die Aufschlämmung normalerweise durch die Trennkammer geleitet wird, so daß Teilchen von relativ hoher
magnetischer Suszeptibilität fortgespült werden, die in dem Packungsmaterial zurückgehalten wurden, als die
Aufschlämmung die Trennkammer 2 durchströmte. Das diese Teilchen mitfahrende Wasser verläßt die Trennkammer,
um über den flexiblen Schlauch 34, ein Ventil 50 und eine Leitung 51 zu einem Behälter 52 zu strömen.
Nunmehr werden die Trennkammern 1 und 2 aus der ersten in die zweite Betriebsstellung gebracht: zu
diesem Zweck wird das Ritzel 31 gemäß Fig. 3 entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht. Daher befindet
sich dann die Trennkammer 1 in der Entmagnetisierungsspule 15, wo sie dadurch im wesentlichen
entmaj ie;isiert wird, daß dieser Spule ein Wechselstrom
zugeführt wird, dessen Amplitude stetig bis auf Null verkleinert wird. In der Zwischenzeit wird reines
Wasser unter hohem Druck durch das Packungsmaterial in der Trennkammer 1 geleitet, und zwar von dem
Behälter 47 aus über eine Leitung 53, ein Ventil 54 und den flexiblen Schlauch 33. Das Teilchen von relativ
hoher magnetischer Suszeptibilität enthaltende Wasser verläßt die Trennkammer 1, um über den flexiblen
Schlauch 32. das Ventil 55 und die Leitung 56 zu dem Behälter 52 zu strömen.
In der Zwischenzeit strömt die zuzuführende Aufschlämmung von dem Behälter 36 aus über das
Ventil 57 und die Leitung 58 zu dem flexiblen Schlauch 34. Die Aufschlämmung, die vorherrschend Teilchen
von relativ geringer magnetischer Suszeptibilität enthält und aus der Trennkammer 2 entweicht, strömt
über den flexiblen Schlauch 35, ein Ventil 59 und eine Leitung 60 zu dem Behälter 4t. Sobald sich das
Packungsmaterial in der Trennkammer 2 mit Teilchen im wesentlichen gesättigt hat. wird die Zufuhr der
Aufschlämmung durch Schließen des Ventils 57 beendet: auch das Ventil 59 wird geschlossen, und unter
niedrigem Druck stehendes reines Wasser wird von dem Behälter 42 aus über ein Ventil 61, Leitungen 62 und 58
sowie den flexiblen Schlauch 34 zu der Trennkammer 2 geleitet Das Wasser, das die Teilchen von relativ
geringer magnetischer Suszeptibilität enthält, die von
dem Packungsmaterial physikalisch festgehalten worden waren, bzw. das sog. Mittelgut strömt über den
flexiblen Schlauch 35, ein Ventil 63 und eine Leitung 64 zudem Behälter46.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Magnetischer Abscheider zum Abscheiden magnedsierbarer Teilchen aus einem durchströmenden Fluid, in dem sie suspendiert sind, mit wenigstens
einer länglichen Trennkammer, welche mit einer porösen Packung aus magnetisierbarem Material
gefüllt ist und zwei Stirnwände aufweist, von denen wenigstens eine aus ferromagnetischem Material
besteht, und einer Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes im Bereich einer der Trennkammern
sowie einer Einrichtung zur Entfernung angesammelter magnetisierbarer Teilchen aus der Packung,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Stirn- '5 wände (10, 11) der Trennkammer (1, 2) aus Platten
aus ferromagnetischem Material bestehen, wobei der übrige Teil der Trennkammer (1, 2) aus im
wesentlichen nichtmagnetisierbarem Material besteht.
2. Absender nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der jede Stirnwand (10, Ii)
bildenden Platte zwischen 3 und 150 mm liegt.
3. Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material
der jede Stirnwand (10, 11) bildenden Platte eine Koerzitivkraft von weniger ak 103 Am -' aufweist
4. Abscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material der jede Stirnwand (10, 11) Jo
bildenden Platte eine maximale relative Permeabilität von mehr -?s 105 (in S. L-Einheiten) aufweist
5. Abscheider nach eineip der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material der jedf Stirnwand (10, 11) &
bildenden Platte eine Sättigungspolarisation von mehr als 0,5 Tesla aufweist
6. Abscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material der jede Stirnwand (10, 11)
bildenden Platte wenigstens 96 Gew.-% Eisen enthält.
7. Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische
Material der jede Stirnwand (10,11) bildenden Platte *5
eine Nickel-Eisen-Legierung ist
8. Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische
Material der jede Stirnwand(10, ll)bildenden Platte eine Kobalt-Eisen-Legierung ist.
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