ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР С ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕМ ТРУБОК ВЫВОДА ЛЕГКОЙ ФАЗЫ Российский патент 2025 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к конструкциям центробежных экстракторов для системы жидкость-жидкость, использующимся преимущественно, в химической, радиохимической, нефтехимической, гидрометаллургической, фармацевтической отраслях промышленности для очистки и разделения трудноразделяемых, агрессивных, радиоактивных, токсичных, взрывоопасных, пожароопасных и других вредных для здоровья человека и окружающей среды жидкостей.

Известно, что наиболее выгодно и целесообразно применять центробежные экстракторы там, где они имеют решающие преимущества перед другими экстракционными аппаратами, а именно:

- для процессов, в которых надо реализовать разницу в скорости экстракции элементов для увеличения их коэффициентов разделения;

- для процессов, в которых используются вязкие и мало отличающиеся по плотности жидкости, склонные к образованию стойких эмульсий;

- для процессов, требующих малого времени контакта фаз из-за разрушающего действия радиоактивности на экстрагент или изменения свойств растворов во времени;

- для процессов, требующих ограничения объема жидкостей, например, из-за ядерной и токсической опасности жидких сред, взрыво- и пожароопасности экстрагента.

Однако при использовании центробежных экстракторов в условиях работы с различными экстрагентами и рабочими растворами, особенно для процессов с использованием вязких жидкостей и с малоотличающимися по плотностям жидкостями, склонными к образованию стойких эмульсий, возникает проблема тонкой подстройки расположения трубок по границе раздела фаз для точной установки радиуса легкой фазы.

В настоящее время позиционирование трубок при установке требуемого радиуса легкой фазы производится вручную. Данная операция требует остановки технологического процесса, извлечения ротора экстрактора из корпуса и иногда - частичную разборку ротора экстрактора - в зависимости от конструкции механизма позиционирования трубок легкой фазы. Это приводит к большим затратам времени, особенно на каскадах с количеством экстракторов более 10 шт., полной остановке технологического процесса и соответствующим финансовым потерям. В настоящее время данная задача для экстракторов промышленной серий не решена. При проведении патентных исследований заявителем не были обнаружены технические решения, которые бы обеспечивали позиционирование трубок экстрактора по границе раздела фаз и точную подстройку радиуса легкой фазы без остановки каскада экстракторов и частичной разборки узлов экстрактора. Решение указанной задачи имеет большое значение при проведении технологического процесса по разделению концентрата редкоземельных металлов с получением индивидуальных редкоземельных элементов. Указанный процесс характеризуется большим числом ступеней в каскадах разделения - от 80 до 100, с водными растворами высокой плотности и вязкой, плохо расслаивающейся органической фазой, что требует частого регулирования радиуса легкой фазы путем точного позиционирования трубки легкой фазы по границе раздела фаз.

Известен центробежный экстрактор (SU 1546096), включающий привод, подшипниковую опору, вал, соединенный с валом привода, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы и крышкой, при этом гидрозатвор выполнен в виде кольца и обечайки, жестко закрепленных, соответственно, на валу и опоре, причем обечайка размещена между кольцом и крышкой ротора. Позиционирование трубок производится при остановке каскада и извлечении ротора из корпуса, что является основным недостатком конструкции аппарата.

Известен центробежный экстрактор (Кузнецов Г.И., Пушков А.А., Косогоров А.В. «Центробежные экстракторы ЦЭНТРЭК», РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М., 2000 г., с. 47, рис. 1.29.), который содержит привод, подшипниковую опору, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы и крышкой. Позиционирование трубок производится аналогично - при остановке каскада и извлечении ротора из корпуса, что является основным недостатком конструкции аппарата.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является центробежный экстрактор (RU 2566137), содержащий привод, подшипниковую опору, корпус со смесительной камерой и камерами вывода легкой и тяжелой фаз перерабатываемой жидкой среды, ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, трубками для вывода легкой фазы, гидрозатвором с каналами для отвода тяжелой фазы. Основной недостаток конструкции аппарата - позиционирование трубок производится при остановке каскада и извлечении ротора из корпуса.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности работы экстрактора за счет обеспечения автоматического регулирования положения трубок легкой фазы по границе раздела фаз непосредственно в процессе работы экстрактора (без остановки работы каскада).

Указанный технический результат достигается за счет того, что центробежный экстрактор с позиционированием трубок вывода легкой фазы содержит привод с подшипниковой опорой, корпус со смесительной камерой и камерами вывода легкой и тяжелой фаз, ротор с камерой разделения и мембраной, лопастным транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы. При этом экстрактор также снабжен механизмом ползунного типа, оснащенным средством наружного управления. Механизм ползунного типа связан с трубкой вывода легкой фазы, которая установлена с возможностью перемещения вдоль собственной продольной оси.

Механизм ползунного типа включает шток-ползуны, количество которых равно количеству трубок отвода легкой фазы.

Механизм ползунного типа также может быть оснащен вспомогательным ползуном-компенсатором, который адаптивно закреплен на трубке легкой фазы.

Проблема регулировки радиуса отбора легкой фазы решена с помощью механизма ползунного типа с выводом управляющего элемента наружу экстрактора. Механизм ползунного типа позиционирует трубку легкой фазы, перемещая ее внутри корпуса экстрактора. Внешние приводные устройства могут быть электроприводные, гидравлические или пневматические. Вышеописанный механизм, встроенный в конструкцию центробежного экстрактора, позволяет производить точное позиционирование трубок легкой фазы непосредственно в процессе работы экстрактора без его остановки, в отличие от существующих конструкций, требующих остановки экстрактора и извлечения ротора из корпуса, а иногда и частичной разборки ротора.

Заявленное техническое решение проиллюстрировано графическими материалами, где на:

Фиг. 1 представлена схема заявленного центробежного экстрактора (с наиболее универсальным шток- ползуном, непосредственно воздействующем на трубку легкой фазы)

Фиг. 2 - схема центробежного экстрактора (модификация со шток-ползуном с вспомогательным ползуном-компенсатором)

Центробежный экстрактор содержит привод 1 с подшипниковой опорой, соединительную муфту 2, корпус 3 экстрактора со смесительной камерой 4 и камерами 5 и 6 вывода легкой и тяжелой фаз соответственно. Внутри корпуса 3 экстрактора размещен ротор, состоящий из корпуса 7 ротора с камерой 8 разделения, мембраной 9 ротора, гидрозатвором 10 ротора, трубками 11 вывода легкой фазы с установленными на них сильфонами 12, предназначенными для герметизации трубок 11 и препятствующими уносам тяжелой фракции в легкую. Вал с мешалкой 13 предназначены для равномерного перемешивания эмульсии из входящих жидкостей - экстрагента Э и рабочего раствора PP. Лопастное транспортирующее устройство 14 предназначено для транспортирования эмульсии в камеру 8 разделения. В камере 8 эмульсия разделяется за счет центробежных сил на две фракции. Легкая фракция выводится через трубки 11, установленные по границе раздела фаз, определяемой радиусом Rл легкой фазы. Положение радиуса Rл легкой фазы для каждого техпроцесса индивидуально и определяется свойствами рабочего раствора РР и экстрагента Э. Точность позиционирования трубки 11 легкой фазы по границе раздела фаз практически проверяется отсутствием уносов тяжелой фракции в легкую и легкой в тяжелую. Тяжелая фаза выводится через окна в мембране 9 ротора (на чертеже не показаны) и через окна в гидрозатворе 10 ротора (на чертеже не показаны). Позиционирование трубки 11 легкой фазы производится с помощью механизма ползунного типа с выводом управляющего элемента наружу экстрактора. Как правило, в конструкции экстрактора предусмотрено несколько трубок легкой фазы.

Механизм ползунного типа в наиболее предпочтительном исполнении включает, посаженный на вал ротора, ползун 19, имеющий две степени подвижности: он может вращаться вместе с ротором и одновременно имеет возможность возвратно-поступательного перемещения вдоль оси ротора. В свою очередь ползун 19 жестко соединен со штоком 20 ползунного механизма (далее по тексту - шток-ползун 20). Шток-ползун 20 связан одним концом с ползуном 19, а другим концом - с трубкой 11 вывода легкой фазы. При этом шток-ползун 20 проходит сквозь отверстия в гидрозатворе 10 и мембране 9. Отверстия в мембране уплотнены с помощью сильфона 21 для исключения паразитных перетоков из камеры 8 разделения. Нижний конец шток-ползуна 20 может быть связан с трубкой 11 напрямую. В другом предпочтительном исполнении нижний конец шток-ползуна 20 может быть связан с трубкой 11 посредством компенсатора 22 (далее по тексту - ползун-компенсатор 22). Количество шток-ползунов 20 соответствует числу трубок 11 отвода легкой фазы.

Механизм позиционирования трубок легкой фазы универсальный. Он может быть смонтирован в экстракторе как с коническим ротором, так и с цилиндрическим.

На Фиг. 1 изображен более универсальный шток-ползун, который может быть использован как в экстракторах с коническим ротором, так и в экстракторах с цилиндрическим ротором. Здесь шток ползун воздействует непосредственно на трубку 11 легкой фазы через пару ползунного механизма. На Фиг. 2 изображена модификация устройства, где шток-ползун воздействует на трубку 11 легкой фазы через вспомогательный ползун-компенсатор 22, который закреплен на трубке 11 легкой фазы адаптивно для компенсации геометрических отклонений деталей.

Работа заявленной конструкции осуществляется следующим образом.

Привод 1 приводит во вращение ротор экстрактора. Винт 15 в результате внешнего управляющего воздействия, начинает перемещаться вдоль оси, параллельной вертикальной оси корпуса 3 экстрактора. При необходимости винт 15 можно заменить актуатором линейного типа любого принципа действия. При управляющем вращении винт 15 осуществляет давление на подшипник 16 радиально-упорного типа. Наружное кольцо 17 подшипника неподвижно. Внутреннее кольцо 18 подшипника, жестко закрепленное на ползуне 19, начинает вращение вместе с ротором экстрактора, при этом окружное скольжение ползуна 19 относительно ротора экстрактора отсутствует. Одновременно с вращением заодно с ротором, ползун 19 приводится в поступательное перемещение в осевом направлении вдоль приводного вала ротора экстрактора. Шток-ползун 20, жестко связанный с ползуном 19, начинает перемещаться вместе с ним поступательно, продвигаясь сквозь (внутри) отверстия в гидрозатворе 10 и мембране 9 на величину осевого смещения ползуна 19. Конец шток-ползуна 20, связанный с трубкой 11 отвода легкой фазы (модификация в соответствии с Фиг. 1), воздействуя на трубку, приводит ее в движение вдоль ее собственной продольной оси. В модификации, предусматривающей наличие ползуна-компенсатора (Фиг. 2), нижний конец шток-ползуна 20 воздействует на трубку 11 посредством ползуна-компенсатора 22.

Таким образом, заборный конец трубки 11 вывода легкой фазы перемещается в сторону области отбора легкой фазы. В результате заборный конец трубки 11 в процессе работы экстрактора всегда будет находиться в зоне расположения легкой фазы и захват тяжелой фазы будет исключен, что существенно повысит эффективность работы устройства, а именно, повысится производительность устройства и качество разделения. При этом существенно снизятся трудозатраты на обслуживание оборудования, поскольку при использовании заявленного технического решения не требуется остановка производственного процесса и ручное регулирование положения трубок отвода легкой фазы внутри экстрактора.

Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность работы экстрактора, исключив непроизводительные простои оборудования в виде остановки техпроцесса для настройки аппарата (экстрактора).

Изобретение относится к конструкциям центробежных экстракторов для системы жидкость-жидкость. Центробежный экстрактор с позиционированием трубок вывода легкой фазы содержит привод с подшипниковой опорой, корпус со смесительной камерой и камерами вывода легкой и тяжелой фаз, ротор с камерой разделения и мембраной, лопастным транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы. Кроме того, экстрактор снабжен механизмом ползунного типа, оснащенным средством наружного управления, при этом механизм ползунного типа связан с трубкой вывода легкой фазы, а трубка вывода легкой фазы установлена с возможностью перемещения вдоль собственной продольной оси. Механизм ползунного типа содержит посаженный на вал ротора ползун, имеющий две степени подвижности. Техническим результатом является повышение эффективности работы экстрактора. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центробежный экстрактор с позиционированием трубок вывода легкой фазы, содержащий привод с подшипниковой опорой, корпус со смесительной камерой и камерами вывода легкой и тяжелой фаз, ротор с камерой разделения и мембраной, лопастным транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы, отличающийся тем, что он снабжен механизмом ползунного типа, оснащенным средством наружного управления, при этом механизм ползунного типа связан с трубкой вывода легкой фазы, причем трубка вывода легкой фазы установлена с возможностью перемещения вдоль собственной продольной оси, а механизм ползунного типа содержит посаженный на вал ротора ползун, имеющий две степени подвижности.

2. Экстрактор по п. 1, отличающийся тем, что механизм ползунного типа включает шток-ползуны, количество которых равно количеству трубок отвода легкой фазы.

3. Экстрактор по п. 1, отличающийся тем, что механизм ползунного типа оснащен вспомогательным ползуном-компенсатором, который закреплен на трубке легкой фазы.

4. Экстрактор по п. 1, отличающийся тем, что трубки вывода легкой фазы уплотнены сильфонами.

5. Экстрактор по п. 1, отличающийся тем, что ползун установлен с возможностью вращения вместе с ротором и одновременно с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси ротора.