РОТОРНО-КОЛЬЦЕВОЙ ЭКСТРАКТОР Российский патент 2007 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к аппаратам центробежного типа и касается массо- и теплообменных процессов, используемых в промышленности для разделения и концентрирования путем жидкостной экстракции, а также для проведения микробиологических процессов и гетерогенных реакций.

Наиболее близким по технической сущности является аппарат, описанный в авторском свидетельстве на изобретение SU 1111294, В01D 11/04. Центробежный экстрактор содержит привод, корпус с размещенными в нем камерой смешения с ребрами, отсосной трубой, ротором, коллекторами для разделения фаз, штуцерами для ввода и вывода фаз, импеллерным устройством и снабжен установленными соосно корпусу трубкой и кольцевой перегородкой.

Центробежный экстрактор имеет следующие недостатки:

- жестко установленное время контакта;

- малый диапазон регулирования производительности;

- увеличение расхода мощности привода из-за необходимости герметизации подшипникового узла привода, контактирующего с обрабатываемыми жидкостями;

- нетехнологичность конструкции.

Техническая задача решается тем, что в роторно-кольцевой экстракторе, содержащем привод, корпус с размещенными в нем камерой смешения, ротором с коллекторами для разделения фаз, штуцерами для ввода и вывода фаз и импеллерным устройством, согласно изобретению камера смешения выполнена в виде вращающейся кольцевой камеры, соосно закрепленных на корпусе отсосных трубок с центральной втулкой, коллектор состоит из двух соосно закрепленных на роторе и валу кольцевых камер и подвижно установленных на корпусе отсосных трубок, импеллерное устройство изготовлено в виде полых зубьев или пластин, закрепленных под углом относительно оси вращения ротора, на внутренней поверхности которого размещена спиралеобразная пластина, вал ротора выполнен полым, снабжен сменным сепарационным диском и экстрактор снабжен тепловой рубашкой.

Решение технической задачи позволяет обеспечить унификацию использования аппарата для различных технологических процессов, обеспечить высокоэффективное взаимодействие фаз, расширение диапазона физико-химических свойств обрабатываемых смесей, упрощение конструкции, уменьшение энергозатрат привода и габаритов аппарата.

На фиг.1 представлена принципиальная конструкция роторно-кольцевого экстрактора с вариантами исполнения импеллерного устройства в виде полых зубчатых элементов на фиг.2 и плоских пластин на фиг.3. На фиг.4 показан экспериментальный образец аппарата, пример установки привода, импеллерного устройства в виде плоских пластин, расположенных перпендикулярно оси вращения и невращающегося вала, используемого для крепления отсосных трубок и вывода жидкостей из аппарата. На данном образце производилась отработка рабочих режимов и конструктивных элементов экстрактора.

Роторно-кольцевой экстрактор (фиг.1) состоит из корпуса 1, снабженного тепловой рубашкой 2, крышкой 8, штуцерами 3 и 4 для ввода жидкостей, в нижней части под ротором 5 размещена кольцевая камера смешения 12, состоящая из отсосных трубок 6, закрепленных на центральном стакане 7. В корпусе 1 сосно установлены полый ротор 5 с коллектором, выполненным в виде кольцевых камер 15 и 16 с отсосными трубками 9 и 10, соответственно. Камера 15 имеет отверстие «Б» для слива легкой фазы. На внутренней поверхности ротора 5 установлена спиралеобразная пластина 11, полый вал 14 снабжен штуцерами 18 и сепарационным диском 17, и импеллерное устройство изготовлено в виде плоских пластин или полых зубчатых элементов 13. На фиг.4 принципиальная схема экспериментального образца, вариант исполнения с неподвижным валом 14 с осевыми каналами 19, используемыми для ввода и вывода фаз в сепарационную зону ротора и вывода их из аппарата при помощи отсосных трубок 9 и 10, закрепленных на валу 14.

Роторно-кольцевой экстрактор (фиг.1) работает следующим образом.

Жидкости раздельно поступают через штуцера 3 и 4, соответственно, в кольцевой зазор, где под действием зубчатых элементов 13 импеллерного устройства (вращающихся, установленных на роторе 5 и неподвижных зубчатых элементах, закрепленных на корпусе 1) интенсивно перемешиваются, двигаясь по ступенчато спиральной линии, и поступают из кольцевого зазора в кольцевую камеру 12, откуда неподвижными отсосными трубками 6 смесь подается в центральный стакан 7 и полый вал 14, затем через штуцера 18 вала 14 по сепарационному диску 18 попадает на внутреннюю поверхность ротора 5, далее движется под действием центробежных сил и расслаивается, и отсепарированные жидкости попадают в коллектор. Легкая фаза через отверстия «Б» поступает в кольцевую камеру 15, откуда выводится из аппарата отсосной трубкой 10, тяжелая фаза, проходя через кольцевой зазор, образованный кольцевой камерой 15 и внутренней поверхностью ротора 5, переливается в кольцевую камеру 16, откуда выводится из аппарата отсосной трубкой 9.

Роторно-кольцевой экстрактор может использоваться как для непрерывной обработки контактирующих жидкостей, так и для дискретного цикла работы. При непрерывной работе экстрактора жидкости выводятся из аппарата при помощи отсосных трубок. В дискретном цикле аппарат работает в режиме рециркуляции одной или обеих жидкостей, когда выходные концы отсосных трубок подсоединены к входным штуцерам и, соответственно, по заданному времени жидкости многократно прокачиваются через аппарат. Данный цикл работы экстрактора использован для подготовки проб и концентрирования на месте отбора водных проб в методиках анализа загрязнения объектов окружающей среды.

На фиг.4 вывод жидкостей из аппарата осуществляется при помощи смонтированных на валу отсосных трубок 9 и 10, подающих жидкости соответственно в каналы 19 вала 14. В случае проведения процесса при повышенной температуре в тепловую рубашку 2 экстрактора подают жидкий теплоноситель.

Таким образом, используя указанные варианты конструктивных элементов экстрактора, варьируя съемным сепарационным стаканом и спиралевидной пластиной и числами оборотов ротора, получаем возможность расширения использования широкого диапазона физико-химических параметров жидких смесей, изменения производительности, времени контакта и интенсивности процесса в аппарате.

Проверка работоспособности экспериментального образца аппарата на модельных смесях показала следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- возможность обработки жидкостных смесей при широком диапазоне числа оборотов ротора и физико-химических параметров;

- расширение диапазона времени контакта и интенсификация процесса;

- уменьшение уноса дисперсной фазы;

- обработка смесей при повышенной температуре.

Отработка полупромышленного малогабаритного образца роторно-кольцевого экстрактора в производстве антипиренов на совмещенной стадии нейтрализации и отмывки продукта - сырца выявила возможность совмещения обеих стадий, ликвидации «промслоя», уменьшения расхода вводной фазы и, соответственно, сточных вод.

Изобретение относится к конструкциям тепло- и массообменных аппаратов центробежного типа, может быть использовано в области экстракции и концентрирования примесей. Роторно-кольцевой экстрактор содержит привод, корпус с размещенными в нем камерой смешения, ротором с коллекторами для разделения фаз, штуцерами для ввода и вывода фаз и импеллерным устройством. Камера смешения выполнена в виде вращающейся кольцевой камеры, соосно закрепленных на корпусе отсосных трубок с центральной втулкой. Коллектор состоит из двух соосно закрепленных на роторе и валу кольцевых камер. Импеллерное устройство изготовлено в виде полых зубьев или пластин, закрепленных под углом относительно оси вращения ротора и расположенных относительно ротора и корпуса в шахматном порядке, на внутренней поверхности которого размещена спиралеобразная пластина. Вал ротора выполнен полым. Предлагаемая конструкция позволяет унифицировать и интенсифицировать процесс экстракции, изменять время контакта и производительность. 4 ил.

Роторно-кольцевой экстрактор для проведения тепло- и массообменных процессов, содержащий привод, корпус с размещенными в нем камерой смешения, ротором с коллекторами для разделения фаз, штуцерами для ввода и вывода фаз и импеллерным устройством, отличающийся тем, что камера смешения выполнена в виде вращающейся кольцевой камеры, соосно закрепленных на корпусе отсосных трубок с центральной втулкой, коллектор состоит из двух соосно закрепленных на роторе и валу кольцевых камер, и подвижно установленных на корпусе отсосных трубок, импеллерное устройство изготовлено в виде полых зубьев или пластин, закрепленных под углом относительно оси вращения ротора, на внутренней поверхности которого размещена спиралеобразная пластина, вал ротора выполнен полым, снабжен сменным сепарационным диском и экстрактор снабжен тепловой рубашкой.