Изобретение относится к аппаратуре для экстракции, а именно к центробежному экстрактору, содержащему несколько совмещенных каскадов, в котором две нормально несмешивающиеся жидкости совмещаются для того, чтобы обеспечить обработку первой из упомянутых жидкостей со стороны второй жидкости.
Следует отметить, что, по крайней мере, одна из двух совмещаемых в экстракторе жидкостей может также содержать взвешенные твердые частицы.
Центробежные экстракторы являются устройствами, производящими эмульсии из жидкости, которую необходимо обработать, и обрабатывающей жидкости, которые в нормальном состоянии не смешиваются, с целью облегчить указанную обработку и затем обеспечить разделение этих двух упомянутых жидкостей путем центрифугирования. Жидкость, которую необходимо обработать, может, в частности, в качестве составляющей содержать тяжелую водную фазу, в то время как обрабатывающая жидкость является легкой органической фазой.
На практике обычно необходимо повторять эти две операции определенное количество раз для того, чтобы оптимизировать обработку. С этой целью обычно используются центробежные экстракторы, обладающие несколькими совмещенными каскадами, в которых тяжелая водная фаза, которая должна быть обработана, циркулирует сверху вниз от верхнего каскада к нижнему каскаду, в то время как легкая органическая фаза, обеспечивающая обработку, циркулирует снизу вверх, от нижнего каскада к верхнему каскаду устройства.
Известен центробежный экстрактор, имеющий несколько соединенных каскадов, в котором каждый из каскадов экстрактора содержит неподвижный корпус или кожух, внутри которого вокруг вертикального вала вращается барабан, внутренне образуя сепарирующую камеру. Тяжелая и легкая фазы подаются на дно неподвижного корпуса, где они смешиваются с помощью лопастей, выполненных заодно с вращающимся барабаном, прежде чем они начинают подниматься по аксиальному проходу, расположенному в днище. Этот подъем вызван эффектом по типу насоса, возникающим в результате взаимодействия неподвижных лопастей, расположенных на аксиальном стержне, выполненном заодно с корпусом, и вращающихся лопастей, встроенных в аксиальный проход вращающегося барабана, пересекающийся указанным стержнем. Тяжелая и легкая фазы последовательно подаются в сепарирующую камеру, образованную внутри барабана, для их сепарирования путем центрифугирования. Переполнения, образующиеся на верхнем конце сепарирующей камеры, делают возможным передавать тяжелую и легкую фазы соответственно в два смежных каскада, используя вертикальные каналы, сформированные в неподвижном корпусе рассматриваемого каскада.
Переход тяжелой фазы между смежными каскадами происходит за счет гравитации в пределах неподвижного корпуса, что существенно снижает риск засорения и облегчает очистку, когда это оказывается необходимым. Более того, воздушная прослойка, имеющаяся во вращающемся барабане, находится в соприкосновении с вращающимся валом, используемым для привода указанного барабана, и жидкостью, вращающейся в последнем. Следовательно, турбулентность, созданная в жидкости, уменьшается. Поэтому эффективность каждого отдельного каскада существенно повышается.
Тем не менее, указанный центробежный экстрактор имеет несколько соединенных каскадов, каждый из которых требует отдельного двигателя. для вращения каждого из каскадов экстрактора. Это увеличивает общие габариты, себестоимость, затраты на эксплуатацию устройства. Более того, это приводит к росту вероятности поломки.
Кроме того, конструкция центробежного экстрактора такова, что перенести техническое решение, предложенное в случае экстрактора, имеющего несколько соединенных каскадов, на экстрактор, имеющий несколько совмещенных каскадов, фактически невозможно. В частности, накачка смешанной жидкости, заставляющая ее подниматься внутри вращающегося барабана в сепарирующую камеру, достигается взаимодействием неподвижных и вращающихся лопастей, образованных соответственно на аксиальном стержне заодно с основанием неподвижного корпуса и в аксиальном проходе, сформированном в барабане, вращающемся вокруг упомянутого стержня. Таким образом, невозможно продлить вниз вертикальный, проводной вал вращающегося барабана для того, чтобы вращать барабаны других каскадов, расположенных ниже первого каскада.
Целью изобретения является разработка центробежного экстрактора, обладающего несколькими совмещенными каскадами, оригинальная конструкция которого позволяет использовать преимущества центробежного экстрактора с соединенными каскадами, но, тем не менее, требует лишь одного двигателя привода, как это используется в центробежных экстракторах, имеющих несколько совмещенных каскадов традиционного типа.
В соответствии с настоящим изобретением этот результат достигается с помощью центробежного экстрактора, содержащего неподвижный корпус, вертикальный вал, способный вращаться внутри корпуса, барабан, образующий сепарирующую камеру, средства смешивания и инжекции в основание сепарирующей камеры тяжелой жидкой фазы и легкой жидкой фазы, причем барабан в своей верхней части имеет, по крайней мере, один центральный проход для выхода легкой фазы и, по крайней мере, один периферийный проход для выхода тяжелой фазы. Согласно изобретению экстрактор содержит несколько совмещенных каскадов, каждый из которых имеет барабан, который способен вращаться от упомянутого вала, причем центральный проход каждого каскада является кольцеобразным проходом, образованным между валом и вертикальной стенкой барабана, соединенной со средствами смешивания и инжекции верхнего каскада, в то время как периферийный проход каждого канала установлен с возможностью возврата тяжелой фазы в возвратный канал и соединен со средствами смешивания и инжекции нижнего каскада.
Благоприятно то, что средства смешивания и инжекции тяжелой и легкой фаз в каждой сепарирующей камере включают соединительные каналы, образующие эжекторы, расположенные вдоль горизонтальной плоскости в нижней стенке барабана, причем соединительные каналы наклонены по отношению к радикальному направлению и расположены в той же горизонтальной плоскости.
Предпочтительно, чтобы нижний заборный конец каждого из соединительных каналов был расположен напротив направляющих канавок для тяжелой фазы, выполненных в неподвижном корпусе, являющихся продолжением возвратного канала и направленных радиально и внутрь в то время как соединительные проходы, выполненные в нижней стенке барабана, соединяют верхний конец кольцеобразных проходов с наружным выводным концом каждого из соединительных каналов, образующих эжекторы.
При такой организации соединительные каналы, формирующие эжекторы, выполняют в комбинации с направляющими канавками для тяжелой фазы накачку двух фаз и их плотное смешивание на выходе соединительных каналов.
Предпочтительно, чтобы соединительные каналы, образующие эжекторы, выходили своими внешними, выводными концами в направлении канавок для тяжелых и легких фаз, сформированных в радиальном направлении в нижней стенке барабана, внешние концы которых выходят в сепарирующую камеру.
Для обеспечения того, чтобы тяжелая фаза не опускалась непосредственно в нижний каскад, направляющие канавки для тяжелой фазы имеют радиально ориентированную часть, которая продолжается вверх до соединительных каналов, образуя эжекторы совместно с вертикально ориентированными частями.
Для облегчения протекания тяжелой фазы во время ее опускания под действием гравитации в направлении нижнего каскада возвратный канал для тяжелой фазы каждого каскада имеет угловое смещение на заданную величину относительно возвратных каналов смежных каскадов.
Сборка и демонтаж сконструированного таким образом центробежного экстрактора могут быть облегчены изготовлением барабанов различных каскадов в виде отдельных деталей, монтируемых на общем вертикальном валу, и использованием неподвижного корпуса в виде элементарной детали для каждого каскада, причем упомянутые элементарные детали плотно монтируются вместе.
Ниже настоящее изобретение описывается более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено:
фиг. 1 вид сбоку на продольный разрез, схематически иллюстрирующий центробежный экстрактор, имеющий несколько совмещенных каскадов в соответствии с изобретением;
фиг. 2 продольный разрез, иллюстрирующий в увеличенном масштабе один из каскадов центробежного экстрактора, представленного на фиг 1 в соответствии с изобретением;
фиг.3 разрез A-A на фиг. 2
Как схематично проиллюстрировано на фиг. 1, центробежный экстрактор в соответствии с изобретением содержит, как правило, цилиндрический, неподвижный, внешний корпус или кожух 10, устанавливаемый в центре на вертикальную ось устройства. Этот корпус 10 имеет определенное число совмещаемых элементарных деталей 12, например три в представленном воплощении, которые плотно соединяются соответствующими непоказанными на чертеже средствами.
Элементарные детали 12 все идентичны и, как правило, имеют форму цилиндрических резервуаров, имеющих горизонтальное основание 14 (фиг. 2) и цилиндрическую, периферийную стенку 16. В результате совмещения различных элементарных деталей 12 во время монтажа основание 14 каждой из них образует крышку для резервуара, расположенного непосредственно ниже. Элементарная деталь 12, расположенная в верхней части устройства, герметизирована крышкой 17.
Элементарные детали 12 неподвижного корпуса 10 в пределах последнего образуют определенное количество совмещенных каскадов (три в представленном на фиг.1 воплощении), которые обозначены Е1, Е2 и Е3 на фиг.1, начиная сверху.
Центробежный экстрактор, очень схематично проиллюстрированный на фиг.1 также содержит узел, способный вращаться внутри корпуса 10 с очень высокой скоростью вокруг вертикального вала или оси последнего. Этот узел включает вертикальный приводной вал 18, который проходит через весь неподвижный корпус 10 и чей верхний конец приводится во вращение с очень большой скоростью с помощью мотора 20.
Вал 18 несет на себе такое же количество барабанов 22, каково число каскадов экстрактора, т. е. три на представленном воплощении. Каждый из этих барабанов 22 образует отдельную деталь, размещаемую внутри одной элементарной детали 12 неподвижного корпуса 10. Следовательно, каждый каскад с Е1 по Е3 центробежного экстрактора имеет барабан 22, который может вращаться с очень большой скоростью с помощью мотора 20 и вертикального вала 18.
Соединение барабанов 22 с вертикальным валом 18 выполняется с помощью втулок 24, образующих прокладки, которые располагаются на валу 18. Внутренняя периферийная кромка нижней стенки 26, имеющая форму диска (фиг. 2), в каждом из барабанов зажата между двумя смежными втулками 24.
Как более подробно проиллюстрировано на фиг. 2, каждый из барабанов 22 также имеет цилиндрическую, внешнюю стенку 28 и горизонтальную, верхнюю стенку 30, также отформованную в виде диска. Нижняя стенка 26 барабана 22 рассматриваемого каскада расположена непосредственно над основанием 14 элементарной детали 12 упомянутого каскада, в периферийная наружная стенка 28 размещена непосредственно вблизи периферийной стенки 16 элементарной детали 12 того же упомянутого каскада. Наконец, верхняя стенка 30 барабана 22 рассматриваемого каскада расположена непосредственно под крышкой 17 для каскада Е1.
Каждый из барабанов 22 центробежного экстрактора внутренне образует между его стенками 26, 28 и 30 сепарирующую камеру 32, в которой несмешивающиеся, легкая и тяжелая, фазы эмульгированной жидкости, вводимой в упомянутую камеру, сепарируются путем центрифугирования. Введение указанной жидкости происходит через основание сепарирующей камеры 32 с использованием средств 34 для смешивания и инжекции легкой и тяжелой жидких фаз в основание сепарирующей камеры 32. Эти средства 34, которые более подробно будут описаны ниже, частично сформированы в нижней стенке 26 барабана 22 и частично в основании 14 элементарной детали 12 соответствующего каскада.
Средства 34 делают возможным смешивать легкую жидкость и тяжелую жидкость или, более точно, производят высокодисперсную эмульсию из двух упомянутых несмешивающихся жидкостей для того, чтобы обеспечить обработку тяжелой фазы легкой фазой. Средства 34 также делают возможным нагнетать сформированную эмульсию таким образом, чтобы она поднималась в сепарирующей камере 32 соответствующего барабана 22.
Под действием очень высокой скорости вращения барабана 22 тяжелая и легкая фазы эмульсии выбрасываются в сепарирующую камеру 32 и автоматически сепарируются одна от другой под действием центробежной силы. Таким образом, тяжелая фаза Р1 находится вблизи наружной, периферийной стенки 28 барабана 22, в то время как легкая фаза Р2 накапливается вблизи втулки 24, образующей разделитель, от которой она отделена с помощью воздушного слоя А.
Важно отметить, что воздушный слой А контактирует лишь с деталями или продуктами, вращающимися с той же скоростью, что и барабан 22. Таким образом, воздушный слой А контактирует с различными деталями барабана 22, при этом втулка 24 образует разделитель, а фаза Р2 вращается вместе с барабаном 22, так что в барабане фактически не возникает турбулентности и разделение двух фаз жидкости под действием центробежной силы происходит при оптимальных условиях.
Верхняя стенка 30 каждого из барабанов 22 имеет в своей толще проходы 36, которые направлены радиально по отношению к вертикальной оси устройства. Наружный конец каждого из этих проходов 36 попадает в область сепарирующей камеры 32, примыкающей к цилиндрической, наружной стенке 28, тем самым образуя периферийный спускной канал для тяжелой фазы Р1, скапливающейся в этой области.
Внутренний конец каждого из проходов 36 выходит между верхней стенкой 30 и основанием 14 элементарной детали 12 каскада, расположенного непосредственно над ним, и между цилиндрической стенкой 48, выдаваясь вверх от внутреннего края верхней стенки 30 барабана 22. Тяжелая фаза Р1, выходя из сепарирующей камеры 32 через проход 36, затем движется наружу между верхней стенкой 30 и примыкающим основанием 14, как показано стрелками на фиг. 2.
Когда она ударяется о периферийную стенку 16 элементарной детали 12 соответствующего каскада, тяжелая фаза Р1 опускается под действием гравитации между упомянутой стенкой 16 и дефлектором 38, имеющим форму усеченного конуса, который выступает вниз от наружного, периферийного края верхней стенки 30 барабана 22. Основание 14 элементарной детали 12 имеет ободок 40, который выступает вверх и расположен между наружной, цилиндрической стенкой 28 барабана 22 и дефлектором 38. Падение тяжелой фазы Р1 под действием гравитации продолжается в вертикальном проходе 42, образованном между внешней, периферийной стенкой 16 и ободком 40.
Эти проходы 42 простираются вниз, переходя в вертикальные каналы 44, образованные в периферийной стенке 16 элементарной детали 12 каскада, расположенного непосредственно под вышерасположенным каскадом. Это приводит к автоматической рециркуляции тяжелой фазы Р1 рассматриваемого каскада к входу средств смешивания и инжекции 34 каскада, расположенного непосредственно ниже рассматриваемого.
Что касается легкой фазы P2, отделяемой от тяжелой фазы P1 в каждой из сепарирующих камер 32, то она выходит из камеры через кольцеобразный, центральный выводной проход 46, расположенный между втулками 24, смонтированными на валу 18, и цилиндрической стенкой 48, выступающей вверх от внутреннего края верхней стенки 30 барабана 22 рассматриваемого каскада. В действительности в этом проходе 46 по существу находится воздушный слой А и пленка легкой фазы P2, которая поднимается по внутренней поверхности цилиндрической стенки 48 под действием центробежной силы.
Легкая фаза P2 из рассматриваемого каскада соответственно поднимается вверх до средств смешивания и инжекции 34 каскада, расположенного непосредственно над рассматриваемым.
Для того чтобы вызвать эффект смешивания и инжекции двух фаз из двух каскадов, примыкающих к рассматриваемому каскаду, средства 34 имеют специальную структуру, которая теперь будет описана более подробно со ссылками на фиг. 2 и 3.
Когда тяжелая фаза P1 достигается нижнего конца каждого из проходов 44 в периферийной стенке 16 каждой элементарной детали 12 неподвижного корпуса 10, она радиально перемещается в направлении к центру по основанию 14 упомянутой элементарной детали с использованием направляющих канавок 50. Эти направляющие канавки 50 открыты со стороны нижней стенки 26 барабана 22. Направляющие канавки 50 имеют первую часть 50a, которая ориентирована радиально по отношению к вертикальной оси устройства. Эта первая часть 50a продолжена вверх второй, вертикально ориентированной частью 50b, сформированной в наружной поверхности цилиндрической стенки 52, являющейся продолжением направленного вверх внутреннего периферийного края нижней стенки горизонтального основания 14 элементарной детали 12 вблизи цилиндрической стенки 48. Эта вторая, вертикально ориентированная часть 50b направляющих канавок 50 заперта.
Нижняя стенка 26 каждого из барабанов 22 имеет центральную, плоскую горизонтальную часть, с помощью которой упомянутая стенка 26 крепится к валу 18 над верхним краем цилиндрической стенки 52, она также имеет плоскую, горизонтальную, периферийную часть, примыкающую к основанию 14, и промежуточную часть, имеющую форму усеченного конуса и соединяющую верхнюю, центральную часть и нижнюю, периферийную часть. Следует отметить, что цилиндрическая стенка 48 смешанного, нижнего каскада присоединена своим верхним краем к центральной части нижней стенки 26.
В нижней стенке 26 барабана 22 расположены соединительные каналы 54, образующие эжекторы, которые располагаются на переходе между планарной, периферийной частью, имеющей форму усеченного конуса, как раз напротив вертикально ориентированных частей 50b направляющих канавок 50. Эти соединительные каналы 54 искривлены внутрь и наклонены по отношению к радиальному направлению и все расположены в одной горизонтальной плоскости. В сочетании с направляющими канавками 50 эти особенности обеспечивают инжекцию или нагнетание тяжелой фазы P1 от направляющих канавок 50 в сепарирующую камеру 32 соответствующего каскада.
Соединительные каналы 54 имеют также участок, понижающийся ль внутреннего, заборного конца канала, расположенного как раз напротив вертикально ориентированных частей 50b направляющих канавок 50, к внешнему выходному их концу. Эта особенность позволяет наклонным соединительным каналам 54 выполнять функции эжектора по отношению к легкой фазе P2, поступающей из каскада, расположенного непосредственно ниже рассматриваемого. Таким образом, соединительные проходы56, сформированные в толще центральной и промежуточной частей нижней стенки 26 барабана 22, соединяют кольцеобразный, центральный проход 46 расположенного непосредственно снизу каскада с внешним, выводным концом каждого из соединительных каналов 54, образуя эжекторы. Это вызывает нагнетание легкой фазы P2 и ее тесное смешивание в виде эмульсии с тяжелой фазой P1 с помощью соединительных каналов 54.
На выходе соединительных каналов 54 и соединительных проходов 56 две жидкости смешиваются или эмульгируются и переносятся в направлении сепарирующей камеры 32 с помощью расходящихся, радиально направленных канавок 58, сформированных в толще периферийной части нижней стенки 26 соответствующего барабана 22. Эти направляющие канавки впадают своим внешним концом в сепарирующую камеру 32 как раз напротив горизонтального дефлектора 60, расположенного на внешней цилиндрической стенке 28 барабана 22. Этот дефлектор 60 автоматически выносит смесь в центральную область камеры 32.
Таким образом, легкая и тяжелая фазы циркулируют в противотоке внутри центробежного экстрактора между различными каскадами, что вызывает эффект постепенно нарастающей обработки тяжелой фазы легкой фазой или наоборот с помощью операции смешивания и затем операции разделения, выполняемых последовательно в каждом из каскадов экстрактора.
На фиг. 1 позицией 62 обозначен заборный коллектор для тяжелой фазы P1, расположенный в верхней части центробежного экстрактора и соединенный с возвратными каналами 44 верхнего каскада E1 с помощью вертикальных соединительных каналов 64, в которые тяжелая фаза P1 затекает за счет гравитации.
Легкая фаза P2 вводится снизу устройства через кольцеобразный коллектор 66. Последний соединен с нижним кольцеобразным проходом 46, который соединен со средствами смешивания и инжекции 34, входящими в состав нижнего каскада E3 устройства. И наоборот, выходной поток тяжелой фазы проходит в нижней части устройства с помощью коллектора 68, в который втекают соединительные каналы 70, каждый из которых является продолжением возвратных каналов 44 нижнего каскада E3.
Наконец, вывод легкой фазы происходит в верхней части центробежного экстрактора с помощью неподвижной камеры-коллектора 72, в которую попадает кольцеобразный проход 46 верхнего каскада E1.
Возвратные каналы 44 для возврата тяжелой фазы от рассматриваемого канала к каскаду, расположенному непосредственно под ним, имеют постоянное угловое смещение по отношению к возвратным каналам 44 непосредственно примыкающего каскада, так что каналы могут перекрываться от одного каскада к другому без соединения.
Помимо отсутствия турбулентности в сепарирующих камерах 32 центробежный экстрактор, относящийся к настоящему изобретению, имеет то преимущество, что обеспечивает циркуляцию тяжелой фазы между каскадами с помощью возвратных каналов 44, сформированных в неподвижном корпусе 10. В результате такой организации риск загрязнения упомянутых каналов твердыми частицами, присутствующими в тяжелой фазе, существенно снижается по сравнению с устройствами, где циркуляция тяжелой фазы между различными каскадами происходит во вращающейся части экстрактора. Более того, очистка аппарата существенно упрощается в случае его засорения.
Кроме того, изготовление и монтаж центробежного экстрактора облегчены в связи с его модульной конструкцией. С этой точки зрения герметизация между элементарными деталями 12 неподвижного корпуса 10 может быть достигнута установкой О-образных колец между каждыми элементами или путем помещения всего корпуса во внешнюю герметичную оболочку.
Очевидно, что настоящее изобретение не ограничено воплощением, описанным выше в упрощенном виде, и фактически поглощает все возможные варианты. В частности, количество каскадов, образующих центробежный экстрактор, может отличаться от трех, что не выходит за пределы объема изобретения.
Использование в аппаратах для экстрагирования. Сущность изобретения: центробежный экстрактор содержит несколько совмещенных каскадов, имеет неподвижный корпус, внутри которого вращаются с высокой скоростью барабаны, приводимые в движение общим вертикальным валом. Несмешивающиеся легкая жидкость и тяжелая жидкость эмульгируются и инжектируются в сепарирующие камеры, каждая из которых образована барабанами, соединительными каналами, образующими эжекторы и сформированными в нижней стенке соответствующего барабана. Легкая фаза приходит вверх от одного каскада к другому посредством кольцеобразного прохода, окружающего вал, в то время как тяжелая фаза спускается под действием гравитации по вертикальным возвратным каналам, сформированным в неподвижном корпусе. Это исключает турбулизацию в сепарирующих камерах и снижается риск засорения в результате наличия твердых частиц в тяжелой фазе. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
| УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЗАЖИМ | 1995 |
|
RU2093055C1 |
| Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
