ГИДРОЦИКЛОН ОЧИСТИТЕЛЬ-ДИСПЕРГАТОР Российский патент 2001 года по МПК B04C5/00 B01F3/08 

Изобретение относится к устройствам центробежного разделения неоднородных дисперсных систем и диспергирования эмульсий, а именно к устройству для центробежного разделения твердой и жидкой фаз суспензий с использованием гидроциклонов, и может найти широкое применение в металлообрабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной, металлургической, горнорудной, пищевой и других отраслях промышленности для высокопроизводительной и качественной очистки жидкостей с высоким содержанием механических примесей и обогащения полезных ископаемых, а также для интенсификации диспергирования эмульсий.

Известен гидроциклон, содержащий тангенциальный патрубок нагнетания, цилиндроконический корпус гидроциклона, патрубки отвода сгущенной и осветленной фракций, подводящую концентрично расположенную со сливным патрубком трубу для ввода добавочной жидкости (например, эмульсола для получения эмульсии) в цилиндроконический корпус гидроциклона (см. патент Франции N 2083268, кл. B 04 C 5/00, 1972).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного гидроциклона, относится то, что в известном гидроциклоне с целью снижения концентрации механических примесей и повышения эффективности разделения вводится по центральной трубе добавочная жидкость. Так как эта жидкость подается в незакрученном состоянии, то она тормозит вращающиеся нисходящие и восходящие потоки основной суспензии и, кроме того, нарушает стабильный гидравлический режим работы гидроциклона, препятствуя образованию устойчивого воздушного столба, снижая в итоге эффективность разделения суспензии и увеличивая отход шламового продукта вниз вместе с большой частью жидкости, затрудняя тем самым обезвоживание шламов. Для подачи добавочной жидкости в такой гидроциклон требуется дополнительный источник энергии, что удорожает конструкцию. Основным же недостатком такого гидроциклона является низкая эффективность диспергирования частиц эмульсола в эмульсии при ее подготовке и последующей эксплуатации (например, перед эксплуатацией эмульсионных СОЖ последние приготавливаются путем смешивания эмульсола с водой, а затем диспергирования частиц эмульсола путем использования различного типа громоздких и сложных диспергаторов, коллоидных мельниц и т.д.).

Известен гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус с патрубком отвода сгущенной фракции и патрубком нагнетания, в который встроен инжектор, патрубок слива осветленной фракции, расположенный соосно внутри промежуточной сливной камеры, установленной над корпусом (а. с. СССР, кл. B 04 C 1/00, 1949 г.).

Недостатком описанного аналога является низкая эффективность диспергирования частиц эмульсола, поступающего в инжектор при дальнейшем перемешивании его в цилиндроконической части гидроциклона с водой, подаваемой по тангенциальному входному патрубку.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа турбоциклон, содержащий цилиндроконический корпус с нагнетательным тангенциальным, сливным и шламовым патрубками, в котором размещена дисковая турбина с радиальными лопастями, снабженными мелющими телами, например шарами, свободно размещенными на диске турбины между лопастями, и служащая для размельчения крупных частиц пульпы (см. а.с. СССР N 1607961, М. кл. B 04 C 11/00).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства (турбоциклона), принятого за прототип, относится то, что известное устройство содержит диспергатор в виде вращающейся турбины, что существенным образом снижает надежность его работы. Кроме того, использовать турбоциклон в качестве очистителя нецелесообразно из-за низкой эффективности очистки жидкостей, поэтому он применяется лишь в качестве классификатора-диспергатора.

Сущность изобретения заключается в следующем. Гидроциклон очиститель-диспергатор используется и для диспергирования частиц эмульсола в эмульсиях на первом этапе при приготовлении эмульсии, и в качестве очистителя на втором этапе в процессе очистки жидкостей от механических примесей (например, при очистке СОЖ от шлама на операциях механической обработки заготовок).

Технический результат - повышение качества диспергирования частиц эмульсола в эмульсиях, а следовательно, например, качества обрабатываемых заготовок за счет применения мелкодисперсных эмульсионных СОЖ, упрощение конструкции гидроциклона, повышение надежности его работы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что гидроциклон очиститель - диспергатор содержит цилиндроконический корпус с патрубками отвода сгущенного продукта и осветленной фракции, тангенциальный нагнетательный патрубок, в который встроен инжектор, патрубок подвода добавочной жидкости, вмонтированный в инжектор, диспергирующее устройство, выполненное в виде гильзы с закрепленными на ней радиальными лопатками в ее средней части с возможностью перемещения его в осевом направлении внутрь цилиндроконической части гидроциклона по сливному патрубку и невозможностью вращения, причем лопатки имеют на всей поверхности радиальные прорези, а образующиеся ребра выполнены в виде ножей с ромбовидными поперечными сечениями со смещением на половину шага на каждой из последующих лопаток в вертикальном направлении и размещены внутри втулки, смонтированной в цилиндрической части гидроциклона соосно с гильзой и сливным патрубком.

Особенность конструкции заключается в том, что гидроциклон содержит диспергирующее устройство, выполненное в виде гильзы с закрепленными на ней радиальными лопатками в ее средней части с возможностью перемещения его в осевом направлении внутрь цилиндроконической части гидроциклона по сливному патрубку и невозможностью вращения, причем лопатки имеют на всей поверхности радиальные прорези, а образующиеся ребра выполнены в виде ножей с ромбовидными сечениями со смещением на половину шага на каждой из последующих лопаток в вертикальном направлении и размещены внутри втулки, смонтированной в цилиндрической части гидроциклона соосно с гильзой и сливным патрубком. Таким образом, гидроциклон является не только очистителем, но и диспергатором эмульсии в отличие от прототипа.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства - гидроциклона очистителя-диспергатора. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает 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, в частности заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида, имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков и их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На на фиг. 1 изображен продольный разрез устройства (гидроциклона очистителя-диспергатора); на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б по фиг.2; на фиг. 4 - разрез В-В по фиг. 2.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Гидроциклон очиститель-диспергатор содержит цилиндроконический корпус, состоящий из цилиндрической 1 и конической 2 частей, патрубков отвода сгущенного продукта 3, осветленной фракции 4, тангенциальный нагнетательный патрубок 5, в который вмонтирован инжектор 6 (фиг. 1), патрубок для подвода добавочной жидкости 7, диспергирующее устройство, состоящее из гильзы 8 с закрепленными на ней радиальными лопатками 9 (фиг. 1, 2, 3, 4) в ее средней части с возможностью перемещения его в осевом направлении внутрь цилиндроконической части гидроциклона по сливному патрубку и невозможностью вращения, причем лопатки имеют на всей поверхности радиальные прорези, а образующиеся ребра выполнены в виде ножей с ромбовидными сечениями со смещением на половину шага на каждой из последующих лопаток в вертикальном направлении и размещены внутри втулки 10, смонтированной в цилиндрической части гидроциклона 1 соосно с гильзой и сливным патрубком. В нижней части лопатки опираются в диск 11 закрепленный на гильзе 8, перемещающейся по патрубку 4 отвода осветленной фракции по шпоночному пазу за счет винта 12.

Патрубок 4 отвода осветленной фракции прикреплен к цилиндрической части гидроциклона 1 с помощью ребер 13. Перекрытие добавочной жидкости осуществляется вентилем 14.

Гидроциклон очиститель-диспергатор работает следующим образом. На первом этапе гидроциклон выполняет функцию диспергирования эмульсии. Для чего техническая вода подается под давлением в цилиндрическую часть гидроциклона 1 через тангенциальный нагнетательный патрубок 5 и инжектор 6, а через патрубок для подвода добавочной жидкости 7 засасывается эмульсол, который смешивается с водой, вращаясь в цилиндрической части гидроциклона 1. В это время диспергирующее устройство в виде гильзы 8, лопаток 9, диска 11 опускается вниз по патрубку 4, выходя из втулки 10, не вращаясь из-за фиксации винтом 12, утопленного в шпоночный паз патрубка 4. Следует учесть, что механизм привода перемещения диспергирующего устройства может быть электрическим, электромеханическим, пневматическим и др. При вращении полученной смеси (эмульсии из воды и эмульсола или других жидкостей) ее потоки на пути встречают лопатки с ножами диспергирующего устройства, в результате чего диспергирование частиц эмульсола резко усиливается, а качество диспергирования повышается.

Процесс диспергирования продолжается в конической части гидроциклона 2 при дальнейшем вращении эмульсии. Полученная эмульсия сливается в патрубки 3 и 4. На этом процесс приготовления эмульсий, например эмульсионных СОЖ, используемых на операциях механической обработки заготовок в металлообработке или в химических процессах и пр., заканчивается. Если качество диспергирования не отвечает жестким требованиям производства, то в гидроциклон в нагнетательный патрубок 5 подаются не две жидкости, а полученная после смешения эмульсия на вторичное диспергирование. После окончательного приготовления полученная эмульсия направляется к потребителю, например эмульсионные СОЖ используются при лезвийной или абразивно-алмазной обработке заготовок. В процессе эксплуатации она загрязняется механическими примесями. В этом случае для удаления этих примесей гидроциклон будет выполнять на втором этапе функцию очистителя. Для чего диспергирующее устройство с помощью гильзы 8 поднимается вверх, а лопатки 9 утапливаются во втулку 10 (с боковых сторон). Снизу эти лопатки изолируются от вращающихся в гидроциклоне потоков с помощью диска 11. Вентиль для подвода добавочной жидкости закрывается. Загрязненная эмульсия под давлением подается по нагнетательному тангенциальному патрубку 5 в цилиндрическую часть гидроциклона, в которой процесс очистки от механических примесей осуществляется, как в обычном гидроциклоне. Сгущенный продукт в виде шлама с небольшой частью жидкости сбрасывается через патрубок 3 для дальнейшего обезвоживания, а осветленная фракция направляется по патрубку 4 отвода осветленной фракции к потребителю.

Таким образом, предлагаемый гидроциклон в отличие от аналогов и прототипа выполняет функцию не только очистителя, но и смесителя и диспергатора.

Изобретение предназначено для очистки сточных вод или технологических жидкостей и диспергирования эмульсий на предприятиях металлообрабатывающей, химической, металлургической и других отраслей промышленности. Гидроциклон очиститель-диспергатор содержит цилиндроконический корпус с патрубками отвода сгущенного продукта и осветленной фракции, тангенциальный патрубок нагнетания, в который встроен инжектор, патрубок подвода добавочной жидкости, вмонтированный в инжектор, диспергирующее устройство, выполненное в виде гильзы с закрепленными на ней радиальными лопатками в ее средней части с возможностью перемещения его в осевом направлении внутрь цилиндроконической части гидроциклона по сливному патрубку и невозможностью вращения, причем лопатки имеют на всей поверхности радиальные прорези, а образующиеся ребра выполнены в виде ножей с ромбовидными сечениями со смещением на половину шага на каждой из последующих лопаток в вертикальном направлении и размещены внутри втулки, смонтированной в цилиндрической части гидроциклона соосно с гильзой и сливным патрубком. В гидроциклоне обеспечивается повышение качества очистки жидкостей и диспергирования эмульсии. 4 ил.

Гидроциклон очиститель-диспергатор, содержащий цилиндроконический корпус с патрубками отвода сгущенного продукта и осветленной фракции, тангенциальный нагнетательный патрубок, диспергирующее устройство, расположенное соосно с патрубком отвода осветленной фракции и цилиндроконическим корпусом, отличающийся тем, что диспергирующее устройство выполнено в виде гильзы с закрепленными на ней радиальными лопатками в ее средней части с возможностью перемещения его в осевом направлении внутрь цилиндроконической части гидроциклона по патрубку слива осветленной фракции и невозможностью вращения, причем лопатки имеют на всей поверхности радиальные прорези, а образующиеся ребра выполнены в виде ножей с ромбовидными поперечными сечениями со смещением на половину шага на каждой из последующих лопаток в вертикальном направлении и размещены внутри втулки, смонтированной в цилиндрической части гидроциклона соосно с гильзой и патрубком отвода осветленной фракции, а в тангенциальный нагнетательный патрубок встроен инжектор с вмонтированным в него патрубком для подвода добавочной жидкости.