УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКИХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ Российский патент 2009 года по МПК B04C5/02 

Изобретение относится к области разделения жидких дисперсных систем, преимущественно для обработки кукурузокрахмальной суспензии.

Известно устройство, представляющее собой цилиндроконический корпус, закрытый крышкой со стороны большего диаметра корпуса. (Шамборант Г.Г. Технологическое оборудование предприятий крахмалопаточной промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, с.83).

По оси устройства с противоположных сторон расположены отверстия для выхода продуктов. В верхней части корпуса (иногда в крышке) имеется отверстие для ввода продукта внутрь устройства. Это отверстие (прямоугольной или круглой формы) располагается по касательной к внутренней цилиндрической поверхности корпуса. Такие устройства в технике называют гидроциклонами, если в них обрабатываются суспензии. Причем, если диаметр устройства менее 50 мм, то такие устройства называют микроциклонами.

Микроциклоны предназначены для классификации частиц суспензии от 100 мк и менее в зависимости от их массы и размера, классификация частиц происходит от воздействия центробежных сил, которые возникают внутри аппарата при вращении продукта. Вращательное движение продукт приобретает за счет его тангенциального ввода внутрь микроциклона. Чем больше центробежная сила, тем (при прочих равных условиях) эффективней происходит классификация частиц в аппарате. При этом известно, что центробежная сила зависит от линейной скорости (F_ц=mv²/r) во входном отверстии.

Работает микроциклон следующим образом: исходная суспензия через входное отверстие под давлением вводится в микроциклон в его верхнюю цилиндрическую часть по касательной. Поток продукта закручивается, образуется центробежная сила. Под влиянием центробежной силы взвешенные частицы прижимаются к стенке аппарата. В зависимости от массы частицы располагаются в радиальном направлении. Наиболее тяжелые - ближе к стенке аппарата, наименее тяжелые - ближе к оси. Тяжелые частицы по стенке опускаются вниз аппарата, образуя густой сход, обогащенный частицами (основной продукт). Легкие частицы (в основном примеси) вместе с основной массой жидкой части суспензии образуют жидкий сход, который поднимается вверх и выводится из аппарата.

Эффективность работы гидроциклонов (микроциклонов) зависит от многих факторов, в том числе от равномерного вращения продукта внутри аппарата. Данная конструкция гидроциклонов с вводом продукта по касательной к внутренней поверхности имеет существенный недостаток, который заключается в том, что описанная картина образования вращательного движения относится к частицам, которые примыкают к внешней стенке входного отверстия (фиг.1а - частица А). Другие частицы (фиг.1а - частица В) сразу не только не приобретают вращательного движения, а встречаясь с криволинейным потоком, тормозят его. Такая организация входного потока уменьшает его угловую скорость, следовательно, уменьшается величина центробежной силы, что ухудшает эффект фракционирования частиц потока. Из-за этого фактора на практике, где можно было бы применить две-три ступени для полного выделения из суспензии основного продукта, приходится применять большое количество ступеней.

Для исключения влияния входного потока на работу гидроциклонов применяют гидроциклоны (Шамборант Г.Г. Технологическое оборудование предприятий крахмалопаточной промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, с.83) с более плавным вводом продукта в аппарат по тангенциально-спиральному каналу. Такое изменение конструкции привело к некоторому повышению эффективности работы гидроциклонов. Однако это изменение конструкции полностью не исключило отрицательного влияния части входного потока на вращение потока в аппарате. В этой конструкции (фиг.1б) хотя и в меньшей мере часть входного потока также уменьшает угловую скорость основного потока.

Поэтому целью изобретения является разработка конструкции гидроциклона (микроциклона), где бы входной поток совершенно не влиял на вращение продукта в аппарате. Этот процесс можно обеспечить, подав в аппарат уже вращающийся поток продукта. Для этого разработан гидроциклон, состоящий из цилиндроконического корпуса и крышки, имеющий два отверстия по вертикальной оси с противоположных сторон, предназначенных для вывода тяжелой и легкой фракций дисперсной системы, и отверстие для ввода исходного продукта, расположенное тангенциально. С внешней стороны цилиндрической части корпуса гидроциклона выполнено углубление прямоугольной формы в виде резьбовой нарезки (по винтовой линии) в один-два витка. Причем винтовая линия поднимается снизу вверх. Затем на винтовую часть корпуса гидроциклона надевают крышку, что образует спиралевидный канал с внешней стороны корпуса гидроциклона (фиг.2), сообщающийся с отверстием для ввода. Для плотного прилегания крышки к винтовой части корпуса гидроциклона ёе и внутреннюю поверхность крышки делают коническими. Это обеспечивает герметичность соединения крышки и корпуса и способствует тому, что исходная суспензия будет двигаться только по спиральному каналу, а не попадет внутрь циклона через щель между крышкой и корпусом.

Гидроциклон работает следующим образом: исходный продукт (суспензия) из общей напорной камеры под давлением поступает в отверстие винтового канала, Продукт, двигаясь по каналу, приобретает угловую скорость и поднимается по спирали вверх, достигает верхней кромки корпуса гидроциклона и затем, под действием силы тяжести, попадает во внутреннюю полость гидроциклона.

Благодаря тому, что весь продукт, двигаясь по спирали, уже приобрел угловую скорость, весь поток, попав внутрь аппарата, вращается вокруг его оси с одинаковой угловой скоростью, при этом траектории частиц не пересекаются и не тормозят движение друг друга. В дальнейшем внутри аппарата идет описанный выше процесс фракционирования частиц суспензии, но с большей эффективностью. В сгущенном сходе содержится больше тяжелых частиц и меньше легких, а в жидком сходе - наоборот.

Изобретение относится к области разделения жидких дисперсных систем. Устройство для разделения жидких дисперсных систем за счет центробежной силы, создаваемой в устройстве, содержит цилиндроконический корпус, крышку, два отверстия по оси устройства с противоположных его сторон, предназначенных для вывода тяжелой и легкой фракций дисперсной системы, и отверстие для ввода исходного продукта в устройство, расположенное тангенциально к внутренней поверхности цилиндрической части корпуса. С внешней стороны цилиндрической части корпуса выполнено углубление в виде резьбовой нарезки с заходом снизу вверх. Крышка закрывает углубление с внешней стороны, образуя канал для подачи исходного продукта, сообщающийся с отверстием для ввода исходного продукта. Технический результат: повышение эффективности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для разделения жидких дисперсных систем за счет центробежной силы, создаваемой в устройстве, содержащее цилиндроконический корпус, крышку, два отверстия по оси устройства с противоположных его сторон, предназначенных для вывода тяжелой и легкой фракций дисперсной системы, и отверстие для ввода исходного продукта в устройство, расположенное тангенциально к внутренней поверхности цилиндрической части корпуса, отличающееся тем, что с внешней стороны цилиндрической части корпуса выполнено углубление в виде резьбовой нарезки с заходом снизу вверх, при этом крышка закрывает углубление с внешней стороны, образуя канал для подачи исходного продукта, сообщающийся с отверстием для ввода исходного продукта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность крышки и внешняя поверхность углубления выполнены коническими.