СЕПАРАТОР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ Российский патент 1999 года по МПК B04B1/08 B04B11/02 

Изобретение относится к области разделения жидких гетерогенных систем, в частности к сепараторам для разделения суспензий, и может быть использовано в химической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности.

Известен ротационный сепаратор для разделения суспензий [1], содержащий корпус с тангенциальным входным, осевыми выхлопным и разгрузочным патрубками и полый цилиндрический ротор, в котором для повышения эффективности сепарации путем упорядочения движения нисходящих и восходящих потоков ротор снабжен шнековыми закручивателями, закрепленными на внешней и внутренней поверхностях ротора.

Однако разделительная способность данного сепаратора невысока, так как распределительный элемент, выполненный в виде шнекового закручивателя, обеспечивает только упорядочение движения потоков.

Известен центробежный сепаратор [2] для разделения суспензий, содержащий вращающийся горизонтальный контейнер с аксиально установленным шнеком, который служит для перемещения отброшенной к стенке контейнера тяжелой фракции к месту выгрузки.

Недостаточно высокая разделительная способность сепаратора обусловлена тем, что функции шнека в данной конструкции сводятся только к интенсификации перемещения тяжелой фракции к месту выгрузки, так как шнек не взаимодействует с разделяемым потоком.

Известна также центрифуга, содержащая конический ротор и винтообразное направляющее устройство [3] , состоящее из пяти секций, выполненных в виде элементов шнека. У каждой секции предусмотрен свой угол наклона лопастей шнека, отличный от углов наклона лопастей в других секциях. Путем поворота вокруг центральной оси секции устанавливаются в определенном положении одна относительно другой. При этом образуется направляющий канал, по которому осадок под воздействием составляющей центробежной силы скользит вдоль лопастей. Таким образом, имеется возможность регулирования времени пребывания осадка в роторе путем изменения угла наклона направляющих лопастей и соответствующего изменения траектории движения разделяемой суспензии.

Описанная конструкция сепаратора имеет невысокую разделительную способность, так как элементы шнека используются только как направляющее устройство.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является прямоточный саморазгружающийся сепаратор [4] , содержащий ротор, крышку, центральную перфорированную трубу и установленное на ней разделительное устройство, выполненное в виде пакета конических тарелок.

Основным недостатком сепараторов описанной конструкции является недостаточно высокая разделительная способность вследствие того, что на частицы твердой фазы действует лишь одна инерционная сила, изменяющая направление радиальной скорости частиц в осевом направлении и отсутствуют другие инерционные эффекты.

Задачей изобретения является создание конструкции сепаратора для разделения суспензий, обеспечивающего высокую разделительную способность.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является интенсификация осаждения частиц твердой фазы за счет возникновения дополнительных инерционных сил, что приводит к повышению разделительной способности сепаратора.

Указанный технический результат достигается тем, что в сепараторе для разделения суспензий, состоящем из ротора, установленного на валу, крышки, центральной перфорированной трубы и установленного на ней разделительного элемента, разделительный элемент выполнен в виде металлической ленты, имеющей форму винтовой поверхности с наклонной образующей, пересекающейся с осью ротора под постоянным углом, причем направление подъема винтовой поверхности совпадает с направлением вращения ротора.

Предложено выполнить разделительный элемент сепаратора в виде металлической ленты, имеющей форму винтовой поверхности с наклонной образующей, составляющей с осью ротора постоянный угол, что приводит к интенсификации осаждения частиц твердой фазы на разделительный элемент за счет появления дополнительной инерционной силы, изменяющей направление окружной скорости частиц в осевом направлении, а также за счет действия на частицы силы Кориолиса. При больших угловых скоростях вращения ротора, имеющих место в центробежных сепараторах, сила Кориолиса достигает значительной величины и, следовательно, существенно интенсифицирует процесс осаждения частиц твердой фазы на разделительный элемент и повышает разделительную способность сепаратора предлагаемой конструкции.

Наличие двух дополнительных инерционных сил, действующих на частицы твердой фазы, по абсолютной величине приблизительно соизмеримых с инерционной силой, изменяющей направление радиальной скорости частиц в осевом направлении, позволяет существенно интенсифицировать процесс осаждения и повысить разделительную способность сепаратора предлагаемой конструкции по сравнению с конструкцией, принятой за прототип.

Кроме того, вследствие осевого перемещения разделяемой суспензии имеет место некоторое удлинение траектории ее движения между витками разделительного элемента и соответствующее увеличение времени пребывания в зоне разделения, что также способствует повышению разделительной способности, так как большее число мелких частиц успевает осесть на разделительный элемент.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже показано устройство сепаратора предлагаемой конструкции.

К ротору 1 сепаратора, установленному на валу 2, герметично прикреплена крышка 3. На центральной перфорированной трубе 4, соосной с ротором, установлен разделительный элемент 5, выполненный в виде металлической ленты, имеющей форму винтовой поверхности с наклонной образующей, пересекающейся с осью ротора под постоянным углом α .

Сепаратор работает следующим образом. Разделяемая суспензия подается по центральной перфорированной трубе 4 и через отверстия перфорации попадает в пространство между витками разделительного элемента 5. Оседая на разделительном элементе под действием инерционных сил, частицы твердой фазы перемещаются по поверхности разделительного элемента к шламовому пространству, откуда после осаждения на стенках ротора 1 и крышки 3 отводятся через сопла 6 под действием центробежной силы. Осветленная суспензия отводится из шламового пространства через патрубок 7 крышки 3.

При движении разделяемой суспензии под действием центробежной силы в пространстве между витками разделительного элемента частицы твердой фазы оседают на его поверхности под действием инерционной силы, изменяющей направление радиальной скорости частиц в осевом направлении. Возникающая при радиальном перемещении вращающихся частиц сила Кориолиса направлена противоположно вращению и также способствует осаждению частиц твердой фазы на разделительном элементе.

Кроме того, возникающая вследствие изменения направления окружной скорости частиц твердой фазы в осевом направлении инерционная сила также интенсифицирует осаждение и повышает разделительную способность сепаратора.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в различных отраслях промышленности, где применяется разделение жидких гетерогенных систем;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Источники информации
1. А.С. N 1122341 СССР, МКИ B 01 D 45/14. Ротационный сепаратор/ Щадрин В.И. Опубл. в БИ, 1984, N 1.

2. Патент США N 5261869, МКИ B 04 B 1/20. Центробежный сепаратор/ Coldwell John W. и др. Опубл. 16.11.93.

3. Hultsch G. Chem. Ind. Techn. - 1983- V.55.- N11.- S.840-845.

4. Шкоропад Д. Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических производств. -М.: Химия, 1987.- 256 с.

Сепаратор может быть использован в химической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности. Сепаратор содержит установленный на валу ротор с крышкой. Внутри него расположена центральная перфорированная труба для подвода суспензии и укрепленный на ней разделительный элемент. Он представляет собой металлическую ленту, имеющую форму винтовой поверхности с наклонной образующей, пересекающейся с осью ротора под постоянным углом. Направление подъема винтовой поверхности совпадает с направлением вращения ротора. Изобретение обеспечивает интенсификацию осаждения частиц твердой фазы и повышает степень разделения суспензии. 1 ил.

Сепаратор для разделения суспензий, состоящий из ротора, установленного на валу, крышки, центральной перфорированной трубы и установленного на ней разделительного элемента, отличающийся тем, что разделительный элемент выполнен в виде металлической ленты, имеющей форму винтовой поверхности с наклонной образующей, пересекающейся с осью ротора под постоянным углом, причем направление подъема винтовой поверхности совпадает с направлением вращения ротора.