用於將能磁化的顆粒從液體中分離的裝置和方法

2023-09-16 14:22:25 2

專利名稱：用於將能磁化的顆粒從液體中分離的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及用於將能磁化的顆粒從液體中分離的ー種裝置和ー種方法，該裝置具有管狀的反應器，該管狀的反應器能由液體流過，並且該管狀的反應器具有帶有至少ー個第一磁體的第一區域以及帶有至少ー個第二磁體的第二區域，其中，第一區域和第二區域沿著管狀的反應器的縱軸線依次連續地布置。
背景技術：
用於分離液體中的磁性顆粒或者說能磁化顆粒的方法另外還被用於礦砂分離或者用於水處理。其中，能磁化的顆粒在這種方法中經過磁化或者已經被磁化。能磁化的顆粒的概念也涵蓋了磁性顆粒的概念。能磁化的顆粒例如是從鐵礦石中獲取的磁鐵礦(Fe3O4)-顆粒。預先製備的能磁化的顆粒也能被用於藉助使用例如起化學作用或者物理激活的能磁化的顆粒的方式來獲取礦砂中的化合物。此外，藉助能磁化的顆粒還能從溶液中分離微量元素、分離出懸浮液中的固體材料或者使具有不同相的液體相互分離。經過精細碾磨的礦砂可被用作固體材料，藉助水使該礦砂懸濁。然後，礦砂的成分可直接地或者在加入能磁化的顆粒之後，以化學或物理的方式與顆粒結合。作為物理結合例如可使用庫倫-相互作用，並且作為化學結合可使用硫化物功能。「裝載」礦砂成分的能磁化的顆粒或者能磁化的礦砂顆粒可通過磁場從液體中分離並且進行進一歩加工。在此之後，在「裝載」的顆粒中，能將結合的礦砂成分與磁性顆粒解離。這些顆粒可重新被用於前述流程。還能取代固體材料，藉助該方法例如在水處理中使具有不同相的液體相互分離。因此，例如能通過使油化合物以化學或者物理的方式與能磁化的顆粒相結合的方式而將油與水分離。「裝載」的能磁化的顆粒能與礦砂相類似地從液體中分離。這些顆粒能如上所述地重複使用。例如由專利文獻WO 2010/031613 Al已知的一種公知的用於將能磁化的顆粒從液體中分離的系統基於具有行波磁場的管狀的反應器。行波磁場通過電磁體產生，該電磁體沿著管狀的反應器的縱軸線布置在反應器的圓周上。由該電磁體產生的磁場一方面作用於能磁化的顆粒在反應器的壁的方向上的運動。行波場另一方面作用於能磁化的顆粒沿著壁運動直至到達反應器的ー個區域，在這個區域中，能磁化的顆粒被從反應器中吸出。為了能夠藉助磁場完全穿過液體並且能夠使液體中的所有能磁化的顆粒均在反應器的壁的方向上運動，由電磁體產生的磁場必須被設計得很強。這也就等同於意味著電磁體的較高的能耗。此外，強大的磁場能導致能磁化的顆粒強力地附著在壁上。那麼，能磁化的顆粒沿著壁的運動就要求有較高的、可隨著時間改變的磁場梯度，所述磁場梯度則又意味著電磁體的較高的能耗以及在設置和控制電磁體時的較高的技術投入
發明內容
因此，本發明的目的在於，提出ー種裝置和ー種方法，在其中能夠實現能磁化的顆粒在行波場的磁場強度降低的情況下可靠地運動並且由此與已知的裝置和方法相比實現電磁體的降低的能耗。此外，本發明的目的在於，提出在減少了技術投入的情況下可靠運行的ー種裝置和ー種方法。所提出的目的在用於將能磁化的顆粒從液體中分離的裝置方面利用權利要求1所述的特徵得以實現，並且在用於將能磁化的顆粒從液體中分離的方法方面利用權利要求7所述的特徵得以實現。根據本發明的用於將能磁化的顆粒從液體中分離的裝置以及根據本發明的用於將能磁化的顆粒從液體中分離的方法的有利的設計方案由各個從屬權利要求中得出。其中，並列的權利要求所 述的特徵可相互組合併且與從屬權利要求的特徵相組合。根據本發明的用於將能磁化的顆粒從液體中分離的裝置包括管狀的反應器，該管狀的反應器能由液體流過。管狀的反應器具有第一區域和第二區域，其中，第一區域和第二區域依次連續地沿著管狀的反應器的縱軸線布置。在第一區域中布置至少ー個第一磁體並且在第二區域中布置至少ー個第二磁體。至少ー個第一磁體是永磁體，並且至少ー個第二磁體是電磁體。在使用多個第一磁體的情況下，該第一磁體是永磁體，並且在使用至少多個第二磁體的情況下，該第二磁體是電磁體。通過除了使用電磁體外在不同的空間區域內另外使用永磁體的方式，能夠產生空間上相互分離的磁場，而無需額外的能量消耗。至少ー個電磁體能設計為用於沿著管狀的反應器的縱軸線、特別是在第二區域中產生行波磁場。該磁場當然也能超出第二區域。該行波場能設計為用於基本上平行於管狀的反應器的縱軸線定向地輸送能磁化的顆粒。此外，能磁化的顆粒能基本上沿著管狀的反應器的壁輸送或運動。至少ー個永磁體可以這樣設計，使能磁化的顆粒通過其作用基本上垂直於管狀的反應器的縱軸線、特別是在管狀的反應器的壁的方向上輸送。管狀的反應器能具有至少ー個用於吸出能磁化的顆粒的分支的吸出管。這個至少一個分支的吸出管在管狀的反應器的壁中優選地布置在第三區域中，第三區域沿著管狀的反應器的縱軸線位於第一區域和第二區域之後。該第三區域能直接相鄰於第二區域或者與第二區域隔開。管狀的反應器能具有用於減小在該管狀的反應器內提供給液體的容積的擠壓體(VerdriingungskCirper)。該擠壓體優選地沿著管狀的反應器的中心軸線布置。由此減小了供液體流過的橫截面面積，並且為了使至少ー個永磁體的磁場完全穿過該橫截面所需的磁場強度更小。這就降低了技術投入以及永磁體的數量，並進而節省了空間以及成本。至少ー個第一磁體能沿著管狀的反應器的外圓周布置在第一區域中。至少ー個第ニ磁體能沿著管狀的反應器的外圓周布置在第二區域中。根據本發明的用於將能磁化的顆粒從液體中分離的方法(其中，管狀的反應器由液體流過)包括第一個步驟，在該步驟中至少ー個永磁體在第一區域中使能磁化的顆粒在管狀的反應器的壁的方向上運動。此外，該方法還包括第二個步驟，至少ー個電磁體在該步驟中在第二區域中產生行波場，該行波場使能磁化的顆粒沿著管狀的反應器的壁向第三區域運動。
第二個步驟能在時間上和/或在空間上跟隨在第一個步驟之後。通過各個単獨步驟在時間上和在空間上的分離，能夠使磁體的設置更加簡單。第一個步驟在使用至少ー個永磁體的情況下，在該方法期間不消耗能量並且仍能實現能磁化的顆粒在壁的方向上的可靠的運動。因此，第一個步驟在無需電能消耗的情況下實現了液體與能磁化的顆粒的分離。第二個步驟、即能磁化的顆粒在使用通過電磁體所產生的行波場的情況下沿著壁運動，能利用比顆粒在壁的方向上的運動所需的磁場更小的磁場實現。這就節省了能量，並且電磁體能被設置得更小。因而節省了材料和空間。能通過在管狀的反應器中使用沿著管狀的反應器的中心軸線的擠壓體實現進一步的節省。該擠壓體能將液體擠壓到位於擠壓體與管狀的反應器的壁之間的、基本上為空心圓柱形的空隙上。如之前所述，在這樣的裝置中減小液體的必須由至少ー個永磁體的磁場穿過的液流橫截面。由此在能磁化的顆粒進一歩地可靠地在壁的方向上運動的同時能將至少ー個永磁體設置得更小。能節省在至少ー個永磁體的設置中的材料和成本。特別有利的在於，即至少ー個永磁體產生磁場，該磁場使能磁化的顆粒在管狀的反應器的壁的方向上運動，而不會使能磁化的顆粒不可運動地附著在管狀的反應器的壁上。在設置和布置至少ー個永磁體以便產生ー個這樣的磁場或者說ー個這樣預設強度的磁場時，通過電磁體以較少的能量消耗確保磁性顆粒的運動簡單且節省成本。對所述方法在時間上的連續性的幹擾也能夠得以避免，因為沒有能磁化的顆粒強力地附著在壁上的這ー情況進而能阻止其它方法的進行。具有能磁化的顆粒的液體可以是由液體、特別是油和水組成的混合物，和/或特別是由礦砂和水組成的懸浮液。混合物的和/或懸浮液的組分可以與能磁化的顆粒以化學和/或物理的方式結合。然後，能磁化的顆粒能在時間上和/或在空間上跟隨在其之後地、從液體中部分或者完全分離。另外，例如能通過位於管狀的反應器的第三區域中的至少ー個吸出管實現分離。液體和/或能磁化顆粒能在一種實施方式中藉助重力和/或藉助通過泵產生的、液體的液流由管狀的反應器的第一區域經過第二區域輸送至第三區域。另外，能在第二區域和/或第三區域中實現液體與能磁化顆粒的部分或者完全的分離。能通過能磁化的顆粒經過至少一個永磁體的磁場而朝向管狀的反應器的壁的運動、通過沿著壁經過至少ー個電磁體的行波磁場的運動以及通過由至少ー個吸出管吸出被輸送至壁的磁性顆粒，在時間上和在空間上依次連續地實現分離。另外，能通過不同於至少一個吸出管的排出裝置將不含或者基本上不含能磁化的顆粒的液體從管狀的反應器中導出。管狀的反應器也能作為開放式循環系統運行，其中，離開管狀的反應器的液體和/或能磁化的顆粒被重新輸送至該管狀的反應器。這例如能在進ー步的方法步驟之後實現，在這些進一歩的方法步驟中，液體和/或能磁化的顆粒經歷了回收利用步驟或者重新處理。與用於將能磁化的顆粒從液體中分離的方法相關聯的優點與之前相關於裝置所描述的優點相類似並且反之亦然。


下面根據附圖進ー步說明本發明的、具有根據從屬權利要求所述特徵的有利的改進方案的優選的實施方式，然而本發明並非僅限於這些實施方式。附圖示出圖1是根據本發明的包括管狀的反應器2的裝置I的示意性的截面圖。
具體實施例方式圖1中所示的裝置I包括管狀的反應器2，管狀的反應器由包含能磁化的顆粒4的液體3流過。反應器2例如能被設置為垂直於地面，以便能夠利用重力。那麼就能通過重力來影響反應器中的液體3的液流以及能磁化的顆粒4的運動。出於簡化的原因而並未示出的泵能額外地輔助或者基本上保持液體3的液流。反應器2能基本上被分成三個區域。第一區域6包括至少ー個或多個永磁體9，永磁體沿著管狀的反應器2的外圓周布置。永磁體9能根據能磁化的顆粒3的磁化以永磁體的北極指向管狀的反應器2的方向或者取而代之地以永磁體的南極指向管狀的反應器的方向。甚至還可能是ー種永磁體9以北極和南極指向反應器2或者反應器中心點的方向的
替換性裝置。反應器2的第二區域7包括至少ー個電磁體10，電磁體例如由一個或多個含鐵芯和/或不含鐵芯的電線圈構成。通常沿著反應器2的縱軸線布置一系列線圈，能調節或者控制線圈依次連續產生磁場。由此形成行波磁場，行波磁場例如能具有波形式的磁場振幅，磁場振幅隨著時間在液體3的液流方向上或者沿著反應器2的縱軸線傳播。線圈例如環狀地圍繞反應器2的外圓周布置。在反應器2的第三區域8中布置吸出裝置或者一個吸出管或多個吸出管11，第三區域在空間上沿著反應器2的縱軸線與第二區域7相連接。能在吸出管11上施加負壓。液體3在管狀的反應器2中由第一區域6經過第二區域7流向第三區域8。在第一區域6的開端處，能磁化的顆粒4均勻地分布在液體3中。在第一區域6中的永磁體9在第一區域6中的管狀的反應器2的內部產生磁場，磁場吸引或使得能磁化的顆粒4向反應器2的壁運動。能磁化的顆粒4通過液體3的液流或者重力沿著壁運動進入第二區域7中，該區域在空間上沿著反應器2的縱軸線連接至第一區域6。在第二區域7中，電磁體10的行波場引起能磁化的顆粒4在反應器的縱軸線的方向上加速。行波場這樣使顆粒4加速，即顆粒聚集成團的形式並且沿著壁運動。成團的能磁化的顆粒4由於電磁體10的行波場而經過第二區域7向管狀的反應器2的第三區域8運動。在反應器2的第三區域8中沿著該反應器的圓周布置吸出管11，吸出管能在成團的能磁化的顆粒4經過時暫時地打開。通過反應器2的壁中的吸出管11的開ロ，能吸出成團的能磁化的顆粒4。在關閉該開ロ之後，不含能磁化的顆粒或者基本上不含能磁化的顆粒的液體3能從反應器2中流出，該液體在液流中位於顆粒4的團狀物之間，而不通過吸出管11被吸出。由此通過由吸出管11吸出實現磁性顆粒4從液體3中的分離，液體通過不同於吸出管11的開ロ的反應器輸出口 12離開反應器2。
權利要求
1.ー種用於將能磁化的顆粒(4)從液體(3)中分離的裝置(1)，所述裝置具有管狀的反應器(2)，所述管狀的反應器能由所述液體(3)流過，並且所述管狀的反應器具有第一區域(6)和第二區域(7)，其中，所述第一區域和所述第二區域(7)依次連續地沿著所述管狀的反應器(2)的縱軸線布置，並且其中，在所述第一區域(6)中布置至少ー個第一磁體並且在所述第二區域(7)中布置至少ー個第二磁體，其特徵在於，所述至少ー個第一磁體是永磁體(9),並且所述至少ー個第二磁體是電磁體(10)。
2.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述至少一個電磁體(10)設計為用於沿著所述管狀的反應器(2)的所述縱軸線、特別是在所述第二區域(7)中產生行波磁場，以便基本上平行於所述管狀的反應器(2)的所述縱軸線、特別是沿著所述管狀的反應器(2)的壁定向地輸送所述能磁化的顆粒(4)。
3.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，所述至少一個永磁體(9)設計為用於基本上垂直於所述管狀的反應器(2)的所述縱軸線、特別是在所述管狀的反應器(2)的所述壁的方向上輸送所述能磁化的顆粒(4)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(I)，其特徵在於，所述管狀的反應器(2)具有至少ー個用於吸出所述能磁化的顆粒(4)的分支的吸出管、特別是至少ー個在第三區域(8)中在所述管狀的反應器(2)的所述壁中的分支的吸出管，所述第三區域沿著所述管狀的反應器(2)的所述縱軸線布置在所述第一區域和所述第二區域(7)之後和/或相鄰於所述第二區域(7)布置。
5.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(I)，其特徵在於，所述管狀的反應器(2)具有特別是沿著所述管狀的反應器(2)的中心軸線的擠壓體(5)，用於減小在所述管狀的反應器(2)內提供給所述液體(3)的容積。
6.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，所述至少ー個第一磁體沿著所述管狀的反應器(2)的外圓周布置在所述第一區域(6)中，和/或所述至少ー個第二磁體沿著所述管狀的反應器(2)的外圓周布置在所述第二區域(7)中。
7.ー種用於將能磁化的顆粒(4)從液體(3)中分離的方法，其中，管狀的反應器(2)由所述液體(3)流過，並且在第一個步驟中，至少ー個永磁體(9)在第一區域(6)中使所述能磁化的顆粒(4)在所述管狀的反應器(2)的壁的方向上運動，並且在第二個步驟中，至少ー個電磁體(10)在第二區域(7)中產生行波場，所述行波場使所述能磁化的顆粒(4)沿著所述管狀的反應器(2)的所述壁向第三區域(8)運動。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述第二個步驟在時間上和/或在空間上跟隨在所述第一個步驟之後。
9.根據權利要求7或8中任一項所述的方法，其特徵在於，具有所述能磁化的顆粒(4)的所述液體(3)是由所述液體(3)、特別是油和水組成的混合物，和/或是特別是由礦砂和水組成的懸浮液。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述混合物的和/或所述懸浮液的組分特別是以化學和/或物理的方式與所述能磁化的顆粒(4)相結合，並且所述能磁化的顆粒(4)在時間上和/或在空間上跟隨在其之後地、特別是通過在所述管狀的反應器(2)的所述第三區域(8)中的至少ー個吸出管，從所述液體(3)中部分地或者完全地分離。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的方法，其特徵在於，擠壓體(5)沿著在所述管狀的反應器(2)中的、所述管狀的反應器(2)的中心軸線將所述液體(3)擠壓到位於所述擠壓體(5)與所述管狀的反應器(2)的所述壁之間的特別是基本上為空心圓柱形的間隙上。
12.根據權利要求7至11中任一項所述的方法，其特徵在於，所述至少一個永磁體(9)產生磁場，所述磁場使所述能磁化的顆粒(4)在所述管狀的反應器(2)的所述壁的方向上運動，而不會使所述能磁化的顆粒(4)不可運動地附著在所述管狀的反應器(2)的所述壁上。
13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述液體(3)和/或所述能磁化的顆粒(4)藉助重力和/或藉助通過泵產生的、所述液體(3)的液流由所述管狀的反應器(2)的所述第一區域經過所述第二區域輸送至所述第三區域(8)，其中，在所述第二區域和/或所述第三區域(8)中實現所述液體(3)與所述能磁化的顆粒(4)的部分的或完全的分離。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，通過所述能磁化的顆粒(4)經過所述至少ー個永磁體(9)的所述磁場而朝向所述管狀的反應器(2)的所述壁的運動、通過沿著所述壁經過所述至少ー個電磁體(10)的行波磁場的運動以及通過由所述至少一個吸出管吸出被輸送至所述壁的磁性顆粒(4)，在時間上和在空間上依次連續地實現分離，其中，通過不同於所述至少ー個吸出管的排出裝置將不含或者基本上不含所述磁性顆粒(4)的所述液體(3)從所述管狀的反應器中導出。
15.根據權利要求7至14中任一項所述的方法，其特徵在於，所述管狀的反應器(2)作為開放式循環系統運行，其中，離開所述管狀的反應器(2)的所述液體(3)和/或所述能磁化的顆粒(4)特別是在進ー步的方法步驟之後被重新輸送至所述管狀的反應器。
全文摘要
本發明涉及用於將能磁化的顆粒(4)從液體(3)中分離的一種裝置(1)和一種方法，該裝置具有管狀的反應器(2)，該管狀的反應器能由液體(3)流過，並且該管狀的反應器具有帶有至少一個永磁體(9)的第一區域(6)以及帶有至少一個電磁體(10)的第二區域(7)。該第一區域和第二區域(7)沿著所述管狀的反應器(2)的縱軸線依次連續地布置。
文檔編號B03C1/033GK103037973SQ201180027833
公開日2013年4月10日 申請日期2011年4月11日 優先權日2010年6月9日
發明者弗拉迪米爾·達諾夫, 安德烈亞斯·施勒特爾 申請人:西門子公司