7.3 Фільтри з постійними магнітами

В апаратах третьої групи, варіанти яких наведені на рис. 7.7, рис.7.8 і рис. 7.9, відсутнє або різко обмежене використання обмотувального проводу, споживання електроенергії, полегшується їх застосування у вибухонебезпечних умовах, коли необхідне спеціальне електричне оснащення. Періодичне переривання дії намагнічувального поля на насадку здійснюється поворотом, зміщенням намагнічувальної системи або періодичним розмагнічуванням постійних магнітів. Через необхідність створення намагнічувального поля підвищеної напруженості ширина пакетів магнітів звичайно перевищує діаметр корпусу і магнітний потік „фокусується” в насадку за допомогою феромагнітних переходів (рис. 7.7).

Рисунок 7. 7 – Одноканальний фільтр-осаджувач з зовнішньою намагнічувальною системою з постійних магнітів:

1 – корпус каналу; 2 – пакет постійних магнітів; 3 – насадка;

4 – елементи магнітопроводу

Рисунок 7.8 – Двоканальний фільтр-осаджувач з внутрішньою намагнічувальною системою з постійних магнітів:

1 – корпус каналів; 2 – пакети постійних магнітів, які мають

можливість повороту або відведення; 3 – насадка; 4 – елементи магнітопроводу

Для розрахунку основних параметрів апарата застосовують закон повного струму для магнітного кола, проте традиційний розрахунок намагнічувальних систем з постійними магнітами зводиться до визначення напруженості поля при вже відомій геометрії системи.

Після обґрунтованої мінімізації магнітних напруг в елементах без насадки (в межах 10...30% магнітної напруги в насадці), а також використання виразів для генерованого магнітами магнітного потоку, який сприймається насадкою, можна отримати такі залежності:

; (7.5)

,

де – коефіцієнт розсіювання магнітного потоку;

і – середні значення напруженості поля та індукції в магнітах, що відповідають максимальній питомій енергії, наприклад, для магнітів марки 22РА220 = 122 кА/м, = 0,18 Тл.

7.4 Вибір і розрахунок насадок

При виборі фільтрувальної насадки до тієї чи іншої конструкції магнітного очисного апарата враховуються магнітні та антикорозійні властивості, складність виготовлення (чи придбання), а також вартість.

Важливою характеристикою насадки є втрати напору в ній, що функціонально залежать від густини і кінематичної в’язкості середо-вища , пористості і довжини насадки , діаметра (характерного розмі-ру) її гранул , швидкості фільтрування , а в універсальнішому вигляді – від числа Рейнольдса . При цьому найцінніші для ті залежності, які показують роль кожного з наведених параметрів у явному, степеневому вигляді, що часто необхідно для оперативного забезпечення (і коректування) значень втрат напору в рамках вимог технологічного процесу. Зокрема, така задача практично завжди стоїть при використанні магнітних фільтрів-осаджувачів у цілій низці суворо регламентованих технологічних схем:

- виробництві неконцентрованої азотної кислоти;

- перекачування аміаку;

- розподілення природного газу споживачам;

- витягування відхідних газів тощо.

2

ОГ

3

1

D_K

ЗГ

4

Рисунок 7.9 – Двоканальний фільтр-осаджувач з внутрішньою намагнічувальною системою з постійними магнітами:

1 – корпус каналу; 2 – пакет постійних магнітів, які мають можливість повороту або відведення; 3 – насадка; 4 – елементи магнітопроводу

В достатньо широкому діапазоні практично з точністю до постійних коефіцієнтів і справедливі такі формули для режимів:

ламінарного:

. (7.6)

турбулентного:

. (7.7)

Перехід від ламінарного до турбулентного режиму порівняно чіткий (незатяжний) і приходиться на критичне число Рейнольдса . Для засипок з шарів і . Для інших засипок значення і трохи вище: для чавунного дробу – в 1,1...1,2 рази, дробленого фериту – в 2,5...З рази, дробленої стружки – в 3,5...4 рази.

Якщо для зручності закруглити показник степеня при ω, компенсуючи це відповідним множником, то альтернативно до формул (7.6) і (7.7):

, (7.8)

. (7.9)

при збільшених коефіцієнтах і в 1,1...1,2 рази. Наприклад, для шарових насадок і .

Для окремого випадку засипки шарів однакового діаметра, коли їх пористість практично постійна (при порівняно малих діаметрах колонок пористість дещо залежить від відносного габариту ), для діапазону справедливі такі формули:

, (7.10)

. (7.11)

При , коли пористість засипки шарів стає постійним числом,

, (7.12)

, (7.13)

відповідно для ламінарного і турбулентного режимів руху потоку середовища, яке очищається.

Своєрідним елементом насадки фільтра-осаджувача можна вважати „оболонку” насадки, тобто робочий корпус, який при відсутності спеціальних конструктивних рішень (див. рис. 7.5) помітно впливає на намагнічування насадки, а відповідно і на її сорбційні властивості. В рекомендаціях з конструювання магнітних очисних апаратів зазначається, що матеріал корпусу, в якому знаходиться насадка, повинен бути виготов-леним з неферомагнітного матеріалу. В цьому випадку, по-перше, виключається часткове проходження магнітного потоку в обхід насадки і, по-друге, при використанні багатьох неферомагнітних матеріалів убезпе-чуються додаткова корозія та забруднення середовища, яке очищається. Проте фактор корозії корпусу може бути усунений звичайними засобами, а фактор магнітного шунтування насадки зводиться на ніщо при відпо-відному обмеженні стінки корпусу. При цьому в магнітному колі очисного апарата усуваються несприятливі розриви, що підвищує рівень намаг-нічування робочого органу – фільтрувальної насадки (в основному за рахунок ліквідації досить значної магнітної напруги в „розривах” і заглушення розмагнічувального фактора насадки).

Для випадків поперечного намагнічування насадки (див. рис. 7.5… 7.9) товщина стінки вибирається з умови:

; (7.14)

а для поздовжнього намагнічування:

. (7.15)

При цьому підвищенню економічності та ефективності роботи очисного апарата сприяє і та обставина, що більш роботоздатними стають багаточисельні точки контакту гранул з поверхнею феромагнітного корпусу.

Приклад 7.1. Розрахувати фільтр-осаджувач першої групи (рис. 7.2) для магнітофільтраційного очищення газів об’ємом м³/год при швидкості см/с (250 м/год) і температурі °С.