УСТАНОВКА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2010 года по МПК B03B5/00 B01D17/02 B08B3/00 H01F1/28 

Предлагаемое изобретение относится к установкам, предназначенным для регенерации магнитной жидкости (МЖ) после использования ее в процессах феррогидростатической (ФГС) и магнитогравитационной (МГ) сепарации немагнитных материалов по плотности, и поэтому найдет широкое применение при разделении вторичного цветного лома и выделении драгметаллов из концентратов, при создании контрольно-измерительных приборов и устройств с большим расходом МЖ и т.д.

Процесс регенерации МЖ после использования ее в процессах МГ-сепарации можно разделить на две стадии: удаление и сбор МЖ с поверхности разделенного материала и доведение ее до исходных рабочих характеристик. Именно поэтому установки для осуществления каждой стадии часто рассматриваются раздельно. Установка для регенерации должна обеспечивать полноту смыва МЖ с поверхности разделенных материалов и восстановления после смыва рабочих характеристик магнитных жидкостей с целью повторного использования.

Известна установка, описанная в способе регенерации магнитной жидкости (а.с. №1781895, В03С 1/30 от 09.07.90 г.), включающая ванну с жидкой средой, куда помещают разделенный материал, ультразвуковую установку для воздействия на разделенный материал и магнитную систему для улавливания удаленных с разделенного материала капель магнитной жидкости.

Общими признаками предлагаемой и известной установки являются узел промывки разделенного материала, смоченного магнитной жидкостью, и емкость для регенерированной магнитной жидкости.

Недостатками известной установки являются использование сложного дорогостоящего оборудования, высокие энергетические затраты. При этом нет достоверных данных о неизменности свойств МЖ после удаления ее с поверхности разделенных материалов, о возможности повторного использования отрегенерированной МЖ в процессах МГ-сепарации. Но главное, такая установка не обеспечивает эффективного удаления МЖ с поверхности разделенного материала, когда размер частиц не превышает 1,0 мм.

Наиболее близкой к заявляемому является установка, предназначенная для регенерации МЖ (J.Farkas, B.Hargitay. Recovery and Reconstitation of Ferromagnetic Fluids, Separation science and Technology, 18 (10), pp.917-939, 1983). В прототипе представлена схема установки для смыва МЖ с поверхности разделенного материала. Установка содержит приемный бункер для подачи разделенного материала из МГ-сепаратора, сеточную ленту для вибрационного движения разделенного материала, смоченного МЖ, распылители для промывки разделенного материала керосином и емкостей для магнитной жидкости, разбавленной керосином, керосина и разделенного материала, смоченного керосином. В известной установке регенерации МЖ разделенный материал промывается керосином, который поступает через распылители на движущийся по сеточной ленте материал путем вибрационных колебаний. Движение исходного керосина и уже содержащего часть отмытой МЖ прямо противоположно движению разделенного материала. Разбавленную МЖ концентрируют выпариванием или ультрафильтрацией.

В прототипе представлен узел ультрафильтрации разбавленной магнитной жидкости, включающий трубный модуль, емкость разбавленной МЖ, емкость отрегенерированной МЖ, емкость промывочного керосина, циркуляционный насос, противоточный теплообменник типа труба в трубе, электронный блок управления. Узел для ультрафильтрации работает следующим образом. Сначала заполняется емкость для разбавленной МЖ, которая затем продавливается в "кольцо" установки, и включается циркуляционный насос. Давление в "кольце" поддерживается с помощью регулятора давления. После достижения заданной температуры открывается фильтрационный клапан (не указан) и скорость фильтрации периодически измеряется путем отбора образцов. Технические возможности метода определяются пористой мембраной, на размер пор которой не влияет органический растворитель и которая не реагирует на повышение температуры. Ультрафильтрационная система UCAPSEP полностью отвечает этим требованиям. Основным компонентом системы является пористая труба с внутренним диаметром 6 мм, сделанная из чистого слегка графитированного углерода с диаметром пор порядка 10,0 нм и выдерживающая внутреннее давление до 30 атм. Для того чтобы через стенку не проходили частички крупнее 10,0 нм, на внутреннюю поверхность трубы осаждают слой тугоплавкого оксида металла (обычно ZrО₂). Этот слой образует рабочий фильтр и придает угольной трубе необходимую жесткость. Угольная труба соосно вставлена в оболочку из нержавеющей стали.

Углерод и тугоплавкий оксид металла химически инертны по отношению к кислотам, щелочам, окислителям и органическим растворителям, а потому поры могут быть легко очищены от загрязняющих их осадков.

При фильтрации частицы более 10,0 нм имеют тенденцию к созданию дополнительного барьера для материала, проходящего через стенку трубы, образуя в приграничных слоях уплотненные гелеподобные структуры. Для того чтобы предотвратить возможность такого явления, которое может чрезмерно замедлить скорость фильтрации, рабочий раствор МЖ прокачивают через трубу с высокой тангенциальной скоростью.

Общими признаками предлагаемой и известной установки являются приемная камера, соединенная с устройством для промывки разделенного материала, смоченного магнитной жидкостью, емкость для смеси магнитной и отмывающей жидкости, емкость для отмывающей жидкости, емкость для регенерированной магнитной жидкости и емкость для разделенного материала.

Недостатками известной установки является многократное разбавление МЖ, а открытое распыление керосина потребует дополнительную защиту персонала от испарения легких фракций керосина и установления оборудования, чтобы исключить возможность создания взрывоопасных концентраций углеводородов в помещении.

Недостатками известной установки по восстановлению рабочих характеристик МЖ является ее сложность, использование оборудования, производимого только за рубежом, необходимость постоянного контроля за процессом фильтрации и корректировки режима работы установки для сохранения постоянной скорости фильтрации, сложность восстановления (очистки пор) в трубе первоначальной пропускной способности после забивки пор. При этом не указана частота очистки пор в трубе. Кроме того, при работе этой установки будет, в первую очередь, отфильтровываться низкомолекулярная часть керосина, т.е. концентрированная или отрегенерированная МЖ будет иметь более высокую плотность и вязкость, чем исходная МЖ, что может потребовать изменения режима и условий работы сепараторов.

Техническая задача заключается в упрощении установки для регенерации МЖ, повышении ее эффективности, уменьшении расхода отмывающей жидкости для полного удаления МЖ с поверхности разделенного материала и снижении энергетических затрат на доведение разбавленной МЖ до рабочих характеристик, а также в обеспечении экологичности и безопасности эксплуатации установки.

Поставленная задача достигается тем, что в установке, включающей приемную камеру, соединенную с узлом промывки разделенного материала, смоченного магнитной жидкостью, емкость для смеси магнитной и отмывающей жидкости, емкость для отмывающей жидкости, емкость для регенерированной магнитной жидкости и емкость для разделенного материала, устройство для промывки разделенного материала выполнено в виде трубы, установленной с наклоном к горизонту и снабженной перемещающим устройством, представляющим собой шнек, на винтовой поверхности которого выполнены отверстия, при этом устройство для промывки снабжено поддоном, установленным с зазором с нижней частью трубы и герметично соединенным с трубой по периметру поддона, при этом расположенная над поддоном нижняя часть трубы перфорирована, кроме того, установка дополнительно содержит отпарную колонну, выход паровой фазы из которой соединен с поддоном, выход жидкой фазы из которой соединен с емкостью для регенерированной магнитной жидкости, а вход в отпарную колонну соединен с емкостью для смеси магнитной и отмывающей жидкости, кроме этого выход жидкости из устройства для промывки соединен с емкостью для смеси магнитной и отмывающей жидкости, а противоположно расположенный ему выход разделенного материала соединен со стояком, снабженным герметичной пробкой, при этом выход разделенного материала из стояка соединен с емкостью для разделенного материала.

Кроме того, в нижней части отпарной колонны установлен подогреватель.

Кроме того, на трубопроводе, соединяющем выход жидкости из емкости для смеси магнитной и отмывающей жидкости со входом в отпарную колонну, установлен теплообменник.

Кроме того, угол наклона устройства для промывки к горизонтали составляет 5-30°.

Кроме того, стояк снабжен заслонкой и штуцером, соединенным с центрифугой, выход жидкой фазы из которой соединен с емкостью для отмывающей жидкости.

Кроме того, стояк оборудован штуцером, соединенным с вакуум-насосом через ловушку, выход жидкой фазы из которой соединен с емкостью для отмывающей жидкости.

Кроме того, стояк оборудован штуцером, соединенным с сепаратором, выход углеводородной фазы из которого соединен с емкостью для отмывающей жидкости.

Кроме того, наружная поверхность перемешивающего устройства покрыта бензостойкой резиной или другим мягким пластическим материалом.

Предлагаемая совокупность признаков позволяет полностью удалить МЖ с поверхности разделенного материала, восстановить свойства исходной МЖ после удаления отмывающей жидкости, снизить расход отмывающей жидкости на смыв МЖ с поверхности разделенных материалов и уменьшить энергетические затраты на удаление отмывающей жидкости из смеси ее с МЖ, а также обеспечить экологичность и безопасность при эксплуатации и обслуживании установки.

На чертеже представлена технологическая схема предлагаемой установки.

Установка включает приемную камеру 1 для поступления из сепаратора (не показан) разделенного материала, смоченного МЖ. Приемная камера 1 соединена с устройством 2 для промывки разделенного материала. Устройство 2 выполнено в виде трубы 3, установленной с наклоном к горизонту и снабженной перемещающим устройством 4, представляющим собой шнек, на винтовой поверхности которого выполнены отверстия 5 для перетока по устройству 2 магнитной и отмывающей жидкости. Для облегчения стока жидкости труба 3 имеет наклон к горизонтали 5-30°. Наружная поверхность перемешивающего устройства 4 покрыта бензостойкой резиной или другим мягким пластическим материалом.

Установка также содержит емкость 6 для смеси магнитной и отмывающей жидкости, емкость 7 для отмывающей жидкости, емкость 8 для регенерированной магнитной жидкости и емкость 9 для сбора разделенного материала, очищенного от магнитной жидкости и отмывающей жидкости. Труба 3 устройства 2 снабжена поддоном 10, установленным с зазором с нижней частью трубы 3 и герметично соединенным с трубой 3 по периметру поддона. Расположенная над поддоном 10 нижняя часть трубы 3 выполнена перфорированной с диаметром отверстий, не превышающих размер отмываемых частиц.

Установка снабжена отпарной колонной 11, выход жидкой фазы из которой соединен с емкостью 8 для регенерированной магнитной жидкости, выход паровой фазы из отпарной колонны 11 соединен с поддоном 10, а вход в отпарную колонну 11 соединен с емкостью 6 для смеси магнитной и отмывающей жидкости. На трубопроводе, соединяющем выход жидкости из емкости 6 для смеси магнитной и отмывающей жидкости со входом в отпарную колонну 11, установлен теплообменник 12. В нижней части отпарной колонны 11 установлен подогреватель 13. Выход жидкости из устройства 2 для промывки соединен с емкостью 6 для смеси отмывающей и магнитной жидкости, а противоположно ему расположенный выход разделенного материала из устройства 2 соединен с вертикальным стояком 14, снабженным герметичной пробкой 15. Выход из вертикального стояка 14 разделенного материала, очищенного от магнитной жидкости, соединен с емкостью 9 для сбора разделенного материала после удаления из него отмывающей жидкости.

Вертикальный стояк 14 снабжен заслонкой 16 и штуцером 17, соединенным с центрифугой 18, выход жидкой фазы из которой поступает в емкость 19 и далее в емкость 7 для отмывающей жидкости. Вертикальный стояк 14 может быть оборудован штуцером 20, соединенным с вакуум-насосом 21 через ловушку 22, выход из которого соединен с емкостью 19 и далее с емкостью 7 для отмывающей жидкости. Вертикальный стояк 14 через штуцер 20 может быть соединен с сепаратором 23, выход жидкой углеводородной фазы из которого соединен с ловушкой 19 и далее с емкостью 7 для отмывающей жидкости. На выходе жидкости из емкости 6 для смеси магнитной и отмывающей жидкости перед входом в теплообменник 12 установлен насос 24 и регулятор давления 25.

Через нижний штуцер 17 в вертикальный стояк 14 может поступать пар или горячая вода для удаления отмывающей жидкости с поверхности разделенного материала. При этом пар (горячая вода) вместе с отмывающей жидкостью через верхний штуцер 20 поступает в сепаратор 23, где происходит разделение фаз (водной и углеводородной). Емкость 7 предназначена для хранения отмывающей жидкости и служит для запуска установки, т.е. для подачи отмывающей жидкости в паровой фазе в устройство 2 для промывки разделенного материала.

Установка работает следующим образом. Первоначально, когда емкость 6 для смеси магнитной и отмывающей жидкости пуста, отмывающая жидкость подается из емкости 7 для отмывающей жидкости насосом 24 через теплообменник 12 и регулятор давления 25 в отпарную колонну 11. Пары промывочной жидкости с верха колонны 11 поступают в устройство 2 для промывки, откуда конденсируясь, стекают в емкость 6 для смеси магнитной и отмывающей жидкости. Теперь можно начинать подачу материала на МГ-сепарацию, а выходящий из сепаратора разделенный материал подают через приемную камеру 1 в устройство 2 для промывки. По мере продвижения разделенного материала по устройству 2 он отмывается от МЖ отмывающей жидкостью и ее парами, которые, поступая в устройство 2, обеспечивают интенсивный массообмен между разделенным материалом и отмывающей жидкостью. Отмытый от МЖ материал поступает в вертикальный стояк 14. После заполнения стояка 14 его герметизируют, опуская пробку 15 до упора. Удаление отмывающей жидкости с материала можно проводить тремя различными способами. Выбор способа зависит от природы разделенного материала, удельной поверхности и размера частиц. Наиболее приемлемым в ряде случаев можно считать использование вакуумирования стояка 14 вакуумным насосом 21, а отмывающая жидкость собирается в ловушке 22. Другой вариант заключается в том, что смоченный отмывающей жидкостью материал выгружают из стояка 14 в центрифугу 18, откуда жидкая фаза поступает в емкость 19, а твердая - в емкость 9. Третий вариант включает в себя выпаривание отмывающей жидкости из материала, находящегося в вертикальном стояке 14 путем подачи в него через нижний штуцер 17 пара или горячей воды. По мере подъема пара (горячей воды) по стояку 14 будет происходить отпарка отмывающей жидкости и смесь водяных паров и отмывающей жидкости через верхний штуцер 20 поступают в сепаратор 23, где и происходит окончательное разделение водной и углеводородной фаз. Так как размер (объем) стояка 14 может быть намного больше объема устройства 2, операцию по выделению отмывающей жидкости из материала, собранного в стояке 14, можно проводить не чаще одного раза в сутки.

По мере отмыва МЖ с поверхности разделенного материала она будет постепенно собираться в кубе отпарной колонны 11 и поступать в емкость 8 для регенерированной МЖ. Подогреватель 13, установленный в кубе колонны 11, гарантирует полное удаление отмывающей жидкости из МЖ, учитывая большую разность температур между концом кипения отмывающей жидкости (менее 120°С) и началом кипения керосина (150°С), являющегося дисперсионной средой в МЖ.

Технико-экономическое сравнение с прототипом показывает более высокую эффективность прежде всего потому, что предлагаемая установка обеспечивает полное удаление МЖ с поверхности разделенного материала и одновременно полностью восстанавливает все свойства, необходимые для повторного использования МЖ. Она проста по конструкции, не требует для своего создания импортного оборудования. Дополнительным достоинством установки является возможность регулирования ее производительности за счет увеличения скорости прохождения разделенного материала по устройству 2 для промывки и увеличения подачи отмывающей жидкости, поступающей в устройство 2 для промывки из отпарной колонны 11.

Изобретение относится к установкам, предназначенным для регенерации магнитной жидкости (МЖ) после использования ее в процессах ФГС- и МГ-сепарации немагнитных материалов по плотности, а потому найдет широкое применение при разделении вторичного цветного лома и выделении драгметаллов из концентратов, при создании контрольно-измерительных приборов и устройств с большим расходом МЖ. Установка для регенерации магнитной жидкости включает приемную камеру, соединенную с узлом промывки разделенного материала, смоченного магнитной жидкостью, емкость для смеси магнитной и отмывающей жидкости, емкость для отмывающей жидкости, емкость для регенерированной магнитной жидкости и емкость для разделенного материала. Устройство для промывки разделенного материала выполнено в виде трубы, установленной с наклоном и снабженной перемещающим устройством, представляющим собой шнек, на винтовой поверхности которого выполнены отверстия. Устройство для промывки снабжено поддоном, установленным с зазором с нижней частью трубы и герметично соединенным с трубой по периметру поддона. Расположенная над поддоном нижняя часть трубы перфорирована. Установка дополнительно содержит отпарную колонну, выход паровой фазы из которой соединен с поддоном, выход жидкой фазы из которой соединен с емкостью для регенерированной магнитной жидкости, а вход в отпарную колонну соединен с емкостью для смеси магнитной и отмывающей жидкости. Выход жидкости из устройства для промывки соединен с емкостью для смеси магнитной и отмывающей жидкости, а противоположно расположенный ему выход разделенного материала соединен со стояком, снабженным герметичной пробкой. Достигаемый результат - уменьшение расхода отмывающей жидкости, снижение энергетических затрат, повышение безопасности эксплуатации установки. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для регенерации магнитной жидкости, включающая приемную камеру, соединенную с устройством для промывки разделенного материала, смоченного магнитной жидкостью, емкость для смеси магнитной и отмывающей жидкости, емкость для отмывающей жидкости, емкость для регенерированной магнитной жидкости и емкость для разделенного материала, отличающаяся тем, что устройство для промывки разделенного материала выполнено в виде трубы, установленной с наклоном к горизонту и снабженной перемещающим устройством, представляющим собой шнек, на винтовой поверхности которого выполнены отверстия, при этом устройство для промывки снабжено поддоном, установленным с зазором с нижней частью трубы и герметично соединенным с трубой по периметру поддона, при этом расположенная над поддоном нижняя часть трубы перфорирована, кроме того, установка дополнительно содержит отпарную колонну, выход паровой фазы из которой соединен с поддоном, выход жидкой фазы из которой соединен с емкостью для регенерированной магнитной жидкости, а вход в отпарную колонну соединен с емкостью для смеси магнитной и отмывающей жидкости, кроме этого, выход жидкости из устройства для промывки соединен с емкостью для смеси магнитной и отмывающей жидкости, а противоположно расположенный ему выход разделенного материала соединен со стояком, снабженным герметичной пробкой, при этом выход разделенного материала из стояка соединен с емкостью для разделенного материала.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части отпарной колонны установлен подогреватель.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на трубопроводе, соединяющем выход жидкости из емкости для смеси магнитной и отмывающей жидкости со входом в отпарную колонну, установлен теплообменник.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона трубы устройства для промывки к горизонтали составляет 5-30°С.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стояк снабжен заслонкой и штуцером, соединенным с центрифугой, выход жидкой фазы из которой соединен с емкостью для отмывающей жидкости.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стояк оборудован штуцером, соединенным с вакуум-насосом через ловушку, выход жидкой фазы из которой соединен с емкостью для отмывающей жидкости.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стояк оборудован штуцером, соединенным с сепаратором, выход углеводородной фазы из которого соединен с емкостью для отмывающей жидкости.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что наружная поверхность перемешивающего устройства покрыта бензостойкой резиной или другим мягким пластическим материалом.