Центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором Российский патент 2025 года по МПК B01D11/04 B04B1/00 

Изобретение относится к конструкциям центробежных экстракторов для проведения массообменных процессов в смеси жидкостей, в особенности к центробежным экстракторам с плавной регулировкой радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе за счет изменения давления жидкости в гидрозатворе, в частности при наличии в жидкостях осадка, и может быть использовано в радиохимической, гидрометаллургической, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен центробежный экстрактор (патент на полезную модель RU №171757, МПК B01D 11/04, опубликовано 15.06.2017, Бюл. №17), включающий привод, подшипниковую опору с фланцем и установленным в ней приводным валом, корпус со смесительной камерой с входными патрубками и камерами сбора разделенных тяжелой и легкой фаз с выходными патрубками, закрепленные жестко на приводном валу крышку с соосным приводному валу переливным отверстием, диск с переточными отверстиями и ротор, разделительную камеру, образованную диском с ротором, на входе в которую размещен механизм подачи смеси фаз из смесительной камеры, а на выходе сообщающуюся через трубки в стенке ротора с камерой сбора легкой фазы и через переточные отверстия диска с гидрозатвором, образованным диском с крышкой и сообщающимся через переливное отверстие крышки с камерой сбора тяжелой фазы, а в корпусе со стороны привода через зазор с крышкой соосно приводному валу сочленен кольцевой зазорообразующий элемент, связанный с механизмом регулирования его положения, включающим приводной элемент, установленный в отверстии фланца подшипниковой опоры, и фиксатор. В этом центробежном экстракторе поверхность переливного отверстия в крышке выполнена цилиндрической, зазорообразующий элемент выполнен в форме размещенных с зазором друг с другом с возможностью относительного поворота подвижного и неподвижного колец, закрепленных соответственно на подвижной втулке и неподвижной втулке, закрепленной жестко на фланце подшипниковой опоры, наружные торцы колец размещены в гидрозатворе внутри переливного отверстия крышки с зазором с его цилиндрической поверхностью и на них выполнены перекрывающие друг друга в направлении оси приводного вала секторные пазы с подобными выступами, а механизм регулирования выполнен в виде кулисной передачи поворота от приводного элемента к подвижной втулке, в виде находящихся в зацеплении кулисы, закрепленной на подвижной втулке, кривошипа, закрепленного на приводном элементе, и установленного на кривошипе с возможностью поворота ползуна, сочлененного с кулисой в качестве подвижной направляющей. Таким образом этот центробежный экстрактор снабжен регулируемым гидрозатвором, позволяющим плавно изменять радиальное положение эмульсионного слоя во вращающемся роторе за счет изменения величины зазора между вращающимся и неподвижным кольцами.

Недостатком экстрактора является сложность выполнения кулисной передачи поворота от приводного элемента к подвижной втулке и установки минимального зазора между плоскостями вращающегося и неподвижного колец, необходимого для увеличения диапазона регулировки гидравлического сопротивления потоку тяжелой фазы в нем и установки оптимального радиального положения эмульсионного слоя в роторе.

Известен центробежный экстрактор (патент на полезную модель RU №195901, МПК B01D 11/04, опубликовано 10.02.2020, Бюл. №4), включающий корпус с выполненной в нем камерой смешения, снабженный входными патрубками и кольцевыми сборниками легкой и тяжелой фаз с выходными патрубками, привод и подшипниковую опору, установленные в верхней части корпуса на съемном фланце, в которой установлен вал с жестко закрепленными на нем ротором с транспортирующим средством и мешалкой, закрепленными в нижней части ротора и размещенными в камере смешения, диском с переточными отверстиями и радиальными ребрами, образующим с ротором камеру разделения с размещенными в ней сепарационной насадкой и устройством отвода легкой фазы с переливным отверстием, сообщающимся с ее сборником, крышку с радиальными ребрами, имеющую выполненное в ней соосное валу переливное отверстие, сообщающееся со сборником тяжелой фазы, образующую с диском гидрозатвор, и вентиль. В этом центробежном экстракторе в переливном отверстии крышки установлена жестко закрепленная на съемном фланце полая втулка, кольцевая полость которой охватывает с зазором вал, на которой жестко закреплены напорные трубчатые элементы с каналами, установленные симметрично по азимутальному углу и образующие в гидрозатворе заборный участок, а входные отверстия каналов трубчатых элементов размещены в осевой плоскости и соединены с полостью втулки, и радиальный трубчатый элемент с каналом, установленный над крышкой с зазором с ней, образующий выходной участок, при этом выходное отверстие его канала сообщено с седлом вентиля, установленным в зоне сборника тяжелой фазы, и перекрыто клапаном вентиля. Закрепленные в зоне гидрозатвора на диске и крышке радиальные ребра необходимы для увеличения средней по объему гидрозатвора угловой скорости тяжелой фазы и увеличения производительности центробежного экстрактора. Таким образом этот центробежный экстрактор снабжен регулируемым гидрозатвором, позволяющим плавно изменять радиальное положение эмульсионного слоя во вращающемся роторе за счет изменения величины зазора между седлом и клапаном вентиля.

Недостатком экстрактора является возможность закупоривания содержащимся в растворах осадком каналов трубчатых элементов с неподвижными стенками, что уменьшает расход регулирующего потока тяжелой фазы в этих каналах до нуля и прекращает регулировку радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе.

Известен центробежный экстрактор (патент на изобретение РФ №2085249, МПК B01D 11/04, опубликовано 27.07.1997), включающий корпус со смесительной камерой и камерами сбора фаз, привод, опору, вал, ротор с камерой разделения, трубкой с переливным отверстием, разделительным диском с переточным отверстием и транспортирующим устройством и гидрозатвор, образованный закрепленной на валу крышкой с переливным отверстием и закрепленной на опоре обечайкой, расположенной в зоне переливного отверстия крышки с зазором с ней, в котором обечайка выполнена в виде кольца, установленного снаружи ротора с возможностью перемещения относительно крышки, причем диаметр переливного отверстия крышки больше внутреннего и меньше внешнего диаметров кольца. Кольцо закреплено на фигурном диске, сочленяющимся с опорой по резьбе, что обеспечивает возможность изменения ширины зазора между кольцом и вращающейся крышкой и давления жидкости в гидрозатворе. Таким образом этот центробежный экстрактор снабжен регулируемым гидрозатвором, позволяющим плавно изменять радиальное положение эмульсионного слоя во вращающемся роторе за счет изменения величины зазора между вращающейся крышкой и неподвижным кольцом.

Недостатком центробежного экстрактора является сложность установки минимального зазора между плоскостями вращающейся крышки и кольца, которые при регулировке зазора между ними в сторону его уменьшения могут соприкоснуться, что приведет к их взаимному разрушению и прекращению работы центробежного экстрактора, а поводковый механизм поворота и фиксации положения обечайки не обеспечивает герметичности корпуса и неудобен для дистанции управления. Кроме того, при наличии в растворах осадка он осаждается и накапливается в гидрозатворе в форме увеличивающегося по радиусу слоя, который перекрывает и в итоге закупоривает переточные отверстия диска, что прекращает вывод потока тяжелой фазы через гидрозатвор и нарушает работу центробежного экстрактора.

Наиболее близким по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату к предложению заявителя является центробежный экстрактор (патент на полезную модель RU №135523 U1, МПК B01D 11/04, опубликовано 20.12.2013, Бюл. №35) содержащий корпус и размещенные в нем смесительную камеру с входными патрубками, камеры сбора разделенных тяжелой и легкой фаз с выходными патрубками и размещенную между ними разделительную камеру, образованную стенкой ротора, жестко закрепленного на приводном валу, и диском с переточными отверстиями в форм зазоров с ротором, жестко закрепленным на том же валу с зазором относительно стенки ротора, на входе в разделительную камеру размещен механизм подачи смеси из смесительной камеры, на выходе из ротора с зазором относительно диска жестко закреплена крышка с отверстием, соосным приводному валу, а в корпусе со стороны привода через зазор от крышки соосно валу по резьбе сочленен кольцевой фигурный зазорообразующий элемент, который связан с механизмом регулирования его положения в виде приводного элемента, установленного в отверстии корпуса, и фиксатора в виде прижимной гайки, разделительная камера при этом через трубки в стенке ротора связана с камерой сбора легкой фазы. Приводной вал установлен в подшипниковой опоре и сочленяется с приводом через муфту, а зазор между диском и крышкой образует гидрозатвор. В этом центробежном экстракторе резьба сочленения кольцевого фигурного зазорообразующего элемента с корпусом выполнена между корпусом и внутренней стенкой этого элемента и имеет направление вращения, противоположное направлению вращения вала привода ротора, при этом приводной элемент механизма регулирования связан с зазорообразующим элементом через зубчатую передачу в виде двух, находящихся в зацеплении, цилиндрических прямозубых шестерен, одна из которых - ведомая выполнена на внешней стенке зазорообразующего элемента, а другая - ведущая - на приводном элементе, при этом фиксатор выполнен в виде разрезной цанги, размещенной на нем между корпусом и прижимной гайкой, а в отверстии корпуса между приводным элементом и стенкой размещена герметичная втулка из фторопласта. Кроме того, на свободном конце приводного элемента механизма регулирования положения и фиксации зазорообразующего элемента закреплена рукоять, а на корпусе в зоне рукояти - лимб. Таким образом этот центробежный экстрактор снабжен регулируемым гидрозатвором, позволяющим плавно изменять радиальное положение эмульсионного слоя во вращающемся роторе за счет изменения величины зазора между вращающейся крышкой и неподвижным зазорообразующим элементом.

Недостатком центробежного экстрактора является сложность установки минимальной величины регулируемого зазора между плоскостями вращающейся крышки и неподвижного зазорообразующего элемента, необходимого для увеличения диапазона регулировки гидравлического сопротивления потоку тяжелой фазы в нем, при которой появляется возможность их соприкосновения, что усложняет регулировку радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе и снижает надежность работы центробежного экстрактора. Кроме того, при наличии в растворах осадка он осаждается и накапливается в гидрозатворе в форме увеличивающегося по радиусу слоя, который перекрывает и в итоге закупоривает зазор между диском и ротором, что прекращает вывод потока тяжелой фазы через гидрозатвор и нарушает работу центробежного экстрактора.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Целью изобретения является достижение технического результата, заключающегося в увеличении диапазона регулировки и повышении точности установки радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе за счет увеличения гидравлического сопротивления потоку тяжелой фазы, выводимого из ротора через зазор с регулируемым сечением между поверхностями вращающейся крышки ротора и неподвижного зазорообразующего элемента, путем конструктивного увеличения длины траектории этого потока в упомянутом зазоре и выполнения его в искривленной по радиусу и высоте зигзагообразной форме, что в итоге изменяет давление тяжелой фазы в гидрозатворе и приводит к соответствующему радиальному смещению эмульсионного слоя во вращающемся роторе.

Технический результат достигается тем, что в центробежном экстракторе с регулируемым гидрозатвором, содержащим корпус с размещенными в нем смесительной камерой с входными патрубками, камерами сбора разделенных тяжелой и легкой фаз с выходными патрубками и размещенную между ними разделительную камеру, образованную стенкой ротора, жестко закрепленного на приводном валу, сочленяющимся с приводом, и диском с переточными отверстиями, жестко закрепленным на том же валу, на входе в разделительную камеру размещен механизм подачи смеси из смесительной камеры, на выходе из ротора с зазором относительно диска жестко закреплена крышка, образующая в зазоре с диском гидрозатвор с соосным приводному валу переливным отверстием, связанным с камерой сбора тяжелой фазы, в корпусе со стороны привода через зазор от крышки соосно валу по резьбе сочленен кольцевой фигурный зазоробразующий элемент, связанный с механизмом регулирования и фиксации его положения в виде приводного элемента, установленного в отверстии корпуса, разделительная камера через трубки в стенке ротора связана с камерой сбора легкой фазы, резьба сочленения кольцевого фигурного зазорообразующего элемента с корпусом выполнена между корпусом и внутренней стенкой этого элемента и имеет направление вращения, противоположное направлению вращения вала привода ротора, приводной элемент механизма регулирования связан с зазорообразующим элементом через зубчатую передачу в виде, находящихся в зацеплении, цилиндрических шестерен, одна из которых - ведомая, выполнена на внешней стенке зазорообразующего элемента, а другая - ведущая - на приводном элементе, снабженным устройством его поворота, фиксации и герметизации в отверстии корпуса, в котором крышка и зазоробразующий элемент в зоне отверстия крышки выполнены в форме нескольких кольцевых выступов и впадин, взаимно перекрывающих друг друга по высоте и образующих извилистую вдоль радиуса зигзагообразную форму зазора между ними. Упомянутые отличительные признаки заявленного центробежного экстрактора с регулируемым гидрозатвором позволяют получить новый технический результат, заключающийся в увеличении гидравлического сопротивления потоку тяжелой фазы в зазоре между поверхностями вращающейся крышки и неподвижного зазорообразующего элемента, а также диапазонов регулировки этого сопротивления и радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе, за счет удлинения длины траектории этого потока и увеличения суммы его местных гидравлических сопротивлений при многократном резком изменении его направления в упомянутом зазоре.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой схематично изображен предлагаемый центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором в разрезе.

Центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором содержит корпус 1 со смесительной камерой 2 с входными патрубками 3, камерами сбора - вывода тяжелой 4 и легкой 5 фаз с выходными патрубками 6 и 7 и опорным фланцем 8 с закрепленной на нем, например, болтовым соединением (на фиг.1 не показано) подшипниковой опорой 9 с посадочным фланцем 10, в нижней зоне которого выполнен кольцевой выступ с резьбой 11. В подшипниках 12 установлен приводной вал 13, с закрепленной на нем ступицей в виде диска 14 ступицы с периферийными переточными отверстиями 15 и жестко закрепленной на нем, например, сваркой втулкой 16 ступицы с наружной резьбой, например, прямоугольного профиля (на фиг.1 не показана), направление которой противоположно направлению вращения приводного вала 13. В верхней зоне диска 14 закреплены радиальные ребра 17, а в нижней его зоне закреплены, например болтовым соединением ротор 18, например конусной формы, с транспортирующим устройством 19, например в форме нескольких размещенных по окружности черпаков, и мешалкой 20, размещенными в смесительной камере 2, камерой разделения 21 с сепарационной насадкой, например, в форме радиальных пластин 22, устройством вывода из ротора 18 легкой фазы, например в форме пронизывающих герметично стенку ротора 18 трубок 23 с переливным отверстием 24. В верхней зоне диска 14 закреплена, например, болтовым соединением, крышка 25 с радиальными ребрами 26 и кольцевым переливным отверстием 27, концентричным приводному валу 13, образующей с диском 14 гидрозатвор 28.

В подшипниковой опоре 9 концентрично приводному валу 13 жестко закреплен активатор в виде кольцевой втулки 29 активатора, например, резьбовым соединением, и жестко закрепленным на ней без зазора, например, сваркой, кольцом 30 активатора, размещенного в камере гидрозатвора 28 с зазорами по высоте с радиальными ребрами 17 и 26, наружная кромка которого размещена в зоне переточных отверстий 15. В зазоре между посадочным фланцем 10 и крышкой 25 концентрично валу 13 установлен с возможностью поворота, вертикального перемещения и фиксации кольцевой зазорообразующий элемент, например, в форме ведомой шестерни 31, на внутреннем диаметре которой выполнена резьба, идентичная резьбе 11 фланца 10, по которой они сочленяются друг с другом, а на его внешнем диаметре выполнены зубья 32, входящие в постоянное зацепление с ответными зубьями ведущей шестерни 33, образуя таким образом цилиндрическую, например, прямозубую зубчатую передачу - зацепление. Число зубьев на ведущей шестерне 33 меньше чем на ведомой шестерне 31 так, что, передаточное отношение зубчатой передачи больше единицы.

В зазоре 37 между крышкой 25 и ведомой шестерней 31 концентрично валу 13 на обращенных друг к другу их поверхностях в зоне отверстия 27 крышки 25 выполнены несколько кольцевых выступов 35 и впадин 36, например, прямоугольного или треугольного профиля, взаимно перекрывающих друг друга по высоте и образующих извилистую по радиусу зигзагообразную форму зазора 37 между ними. Шестерня 33 закреплена на штоке 38 с рукоятью 39, который пронизывает фланец 10 через сквозное отверстие, в котором он герметизируется и фиксируется по высоте и от поворота эластичной втулкой 40, например, из фторопласта, нажимной шайбой 41 и накидной гайкой 42. На фланце 10 в зоне рукояти 39 размещен оцифрованный лимб (на фиг.1 не показан) для измерения угла поворота штока 38 с шестерней 33 и соответствующей этому углу высоты перемещения зазорообразующего элемента 31 со своими выступами и впадинами вдоль вала 13. В верхней зоне подшипниковой опоры 9 закреплен на проставке 43 привод 44, например, трехфазный асинхронный электродвигатель, с валом 45, сочленяющимся муфтой 46 с приводным валом 13.

Привод 44 с подшипниковой опорой 9, приводным валом 13, диском 14, ротором 18, транспортирующим средством 19, мешалкой 20, крышкой 25, ведомой 31 и ведущей 33 шестернями со штоком 38, втулкой 29 и кольцом 30 активатора закреплены на посадочном фланце 10 и объединены в единый выемной узел ротора с приводом и устройством регулировки гидрозатвора 28. Это упрощает его изготовление, сборку, разборку и извлечение из корпуса 1, в том числе дистанционно, например, для замены на другой аналогичный запасной узел с минимальной затратой времени на остановку экстракционного процесса.

Предложенный центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором 28 работает следующим образом. Исходные растворы по входным патрубкам 3 подают в смесительную камеру 2, где они перемешиваются мешалкой 20 для осуществления массопередачи распределяющегося компонента, и образовавшаяся эмульсия подается транспортирующим устройством 19 внутрь вращающегося ротора 18. Под действием центробежной силы эмульсия в камере разделения 21 расслаивается на составные фазы, образующие кольцевой эмульсионный слой с максимальным радиусом, меньшим радиуса расположения переточных отверстий 15 разделительного диска 14 и минимальным радиусом, большим радиуса переливного отверстия 24 трубки 23. Выделившаяся в сепарационной насадке 22 из эмульсионного слоя чистая легкая фаза через переливное отверстие 24 по трубке 23 выводится из ротора 18 в камеру сбора 5 и далее по патрубку 7 наружу экстрактора. Выделившаяся в сепарационной насадке 22 из эмульсионного слоя чистая тяжелая фаза через переточные отверстия 15 поступает в гидрозатвор 28, направляется в приосевом направлении к переливному отверстию 27, откуда транспортируется в периферийном направлении по зигзагообразному зазору 37 между кольцевыми выступами 35 и впадинами 36 неподвижного зазорообразующего элемента 31 и вращающейся крышки 25, и выводится из ротора 18 в периферийном направлении в камеру сбора 4 и далее по патрубку 6 наружу экстрактора.

Осадок при наличии его в исходных растворах или при появлении его в эмульсии при контактировании растворов в смесительной камере 2 после ввода в ротор 18 за счет центробежной силы оседает на его конической поверхности и транспортируется по ней в направлении вверх в периферийную зону ротора 18 к переточным отверстиям 15, через которые вводится в гидрозатвор 28, где взмучивается неподвижным кольцом 30 активатора, выполняющим функцию скребка, и выводится далее во взвешенном состоянии в виде суспензии с потоком тяжелой фазы через переливное отверстие 27 из ротора 18 и через камеру сбора 4 и патрубок 6 наружу центробежного экстрактора. Размещение наружной кромки неподвижного кольца 30 активатора в зоне вращающихся переточных отверстий 15 диска 14 ступицы предотвращает их закупорку осадком.

При увеличении расходов исходных растворов радиальный размер эмульсионного слоя в роторе 18 увеличивается и появляются взаимные уносы не полностью выделившихся из эмульсионного слоя фаз, ухудшающие технологические показатели процесса, что предопределяет необходимость их целенаправленной регулировки в процессе вращения ротора 18. К аналогичному результату приводит возможное изменение свойств исходных растворов, например, изменение разности их плотностей, или увеличение вязкости сплошной фазы эмульсии, или изменение размеров капель дисперсной фазы эмульсии, в частности в многоступенчатом аппарате, объединяющим последовательно несколько отдельных ступеней центробежных экстракторов, например, для проведения противоточного экстракционного процесса.

Радиальное положение эмульсионного слоя во вращающемся роторе 18 зависит от давления тяжелой фазы в гидрозатворе 28 и в том числе от величины ее бьефа над переливным отверстием 27, который в свою очередь зависит от гидравлического сопротивления ее потоку в зазоре 37. Например, при уменьшении ширины зазора 37 гидравлическое сопротивление потоку тяжелой фазы в нем возрастает, что приводит к увеличению ее бьефа над переливным отверстием 27 и давления тяжелой фазы в гидрозатворе 28. В результате этого эмульсионный слой в роторе 18 смещается в осевом направлении к переливному отверстию 24 трубки 23, что может привести к увеличению уноса тяжелой фазы в легкую фазу при одновременном уменьшении уноса легкой фазы в тяжелую фазу. Для этого без остановки вращения ротора 18 снаружи корпуса 1 ослабляют гайку 42, поворачивают в нужном направлении на заданный угол рукоятью 39 шток 38 и шестерню 33. В результате этого зазорообразующий элемент 31 поворачивается в резьбе 11 и одновременно перемещается вниз в направлении крышки 25, и уменьшается зазор 37, после чего вновь закрепляют гайкой 42 шток 38 и шестерню 33. Для перераспределения взаимных уносов фаз в противоположном направлении увеличивают зазор 37, поворачивая шток 38 и шестерню 33 в обратном направлении.

Плавность регулировки радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе 18 обусловлена непрерывной и монотонной зависимостью осевого перемещения зазорообразующего элемента 31 и гидравлического сопротивления потоку тяжелой фазы в зазоре 37 при его повороте в резьбе 11. Точность упомянутой регулировки увеличивается при уменьшении шага этой резьбы и увеличении передаточного отношения зубчатой передачи. При уменьшении величины зазора 37 и возможном случайном соприкосновении в процессе регулировки опускаемого зазорообразующего элемента 31 с вращающейся крышкой 25, он принудительно повернется в резьбе 11 в том же направлении, что и крышка 25, и приподнимется за счет выбора нужного направления резьбы 11, что устранит их дальнейшее соприкосновение и возможную взаимную поломку. Указанная последовательность операций может осуществляться и дистанционно, например, с помощью копирующих манипуляторов при проведении экстракционного процесса с радиоактивными жидкостями в условиях защитного бокса или «горячей» камеры.

При малой величине зазора 37 и соответствующем большом давлении тяжелой фазы в гидрозатворе 28 небольшая часть ее потока поднимается по наружной поверхности кольцевой втулки 29 до резьбы 11, пройдя сквозь зазор в которой растекается по верхней поверхности зазорообразующего элемента 31, падает самопроизвольно вниз на крышку 25, где объединяется с основным потоком тяжелой фазы и транспортируется далее вместе с ним. Одновременно с этим небольшой объем тяжелой фазы может подняться в зазоре между наружной поверхностью вращающейся втулки 16 ступицы с наружной резьбой и внутренней поверхности неподвижной втулки 29 активатора, где за счет нужного направления резьбы, выполняющей функцию винтового насоса, будет нагнетаться обратно в гидрозатвор 28, препятствуя таким образом ее попаданию в подшипники 12.

Радиальное положение эмульсионного слоя во вращающемся роторе 18 зависит также от отношения плотностей легкой и тяжелой фаз, которое может изменяться, например, за счет массопереноса распределяющегося между фазами целевого компонента в многоступенчатом экстракционном аппарате при объединении соответствующих патрубков нескольких аналогичных центробежных экстракторов в качестве отдельных ступеней, например, по схеме противоточного экстракционного процесса. При использовании предложенного центробежного экстрактора с регулируемым гидрозатвором 28 в таком многоступенчатом экстракционном аппарате обеспечивается возможность достижения максимальной производительности экстракционного процесса без его остановки за счет индивидуальной регулировки гидрозатвора 28 в каждой ступени при соответствующем допустимом увеличении обоих заданных объемных потоков исходных растворов экстракционной системы и изменении их отношения.

При длительной работе в эмульсионном слое вращающегося ротора 18 может накапливаться межфазная взвесь с плотностью меньшей плотности тяжелой фазы и большей плотности легкой фазы в виде продуктов химического взаимодействия компонентов обеих фаз с малой растворимостью, что в итоге приводит к увеличению взаимных уносов фаз и ухудшает технологические показатели процесса. При использовании предложенного центробежного экстрактора с регулируемым гидрозатвором 28 в многоступенчатом экстракционном аппарате обеспечивается возможность непрерывного вывода межфазной взвеси из ротора 18 без остановки процесса или с тяжелой фазой -рафинатом, например, на операции экстракции с получением чистого от взвеси экстракта, или с легкой фазой - экстрактом, например, на операции реэкстракции с получением чистого от взвеси реэкстракта, предотвращая таким образом ухудшение технологических показателей процесса. При полностью открытом зазоре 37 возможно полное опорожнение ротора 18 всех ступеней аппарата от обеих фаз, осадка и межфазной взвеси по тракту тяжелой фазы в режиме прорыва гидрозатвора 28. При этом, зазоробразующий элемент 31 может быть выполнен из пластичного материала, инертного к тяжелой и легкой фазам, например, фторопласта.

Таким образом, заявлено техническое решение задачи - увеличение диапазона регулировки и повышении точности установки радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе 18 центробежного экстрактора с регулируемым гидрозатвором 28 за счет увеличения гидравлического сопротивления потоку тяжелой фазы в зазоре 37 между поверхностями вращающейся крышки 25 ротора 18 и неподвижного зазорообразующего элемента 31, совокупность признаков которого неизвестна из настоящего уровня техники, обладает новизной по сравнению с выбранным прототипом, технически выполнимо и промышленно применимо, что соответствует критериям, характеризующим изобретение.

Изобретение относится к конструкциям центробежных экстракторов для проведения массообменных процессов в смеси жидкостей и может быть использовано в радиохимической, химической, фармацевтической, гидрометаллургической отраслях промышленности. Центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором содержит корпус с размещенными в нем смесительной камерой с входными патрубками, камерами сбора разделенных тяжелой и легкой фаз с выходными патрубками и размещенную между ними разделительную камеру, образованную стенкой ротора, жестко закрепленного на приводном валу, сочленяющемся с приводом, и диском ступицы с переточными отверстиями, жестко закрепленным на том же валу. На входе в разделительную камеру размещен механизм подачи смеси из смесительной камеры. На выходе из ротора с зазором относительно диска жестко закреплена крышка, образующая в зазоре с диском гидрозатвор с соосным приводному валу переливным отверстием, связанным с камерой сбора тяжелой фазы. В корпусе со стороны привода через зазор от крышки соосно валу по резьбе сочленен кольцевой фигурный зазорообразующий элемент, связанный с механизмом регулирования и фиксации его положения в виде приводного элемента, установленного в отверстии корпуса. Разделительная камера через трубки в стенке ротора связана с камерой сбора легкой фазы. Резьба сочленения кольцевого фигурного зазорообразующего элемента с корпусом выполнена между корпусом и внутренней стенкой этого элемента и имеет направление вращения, противоположное направлению вращения приводного вала. Приводной элемент механизма регулирования связан с зазорообразующим элементом через зубчатую передачу в виде находящихся в зацеплении цилиндрических шестерен, одна из которых - ведомая, выполнена на внешней стенке зазорообразующего элемента, а другая - ведущая - на приводном элементе, снабженном устройством его поворота, фиксации и герметизации в отверстии корпуса. Крышка и зазорообразующий элемент в зоне отверстия крышки выполнены в форме нескольких кольцевых выступов и впадин, взаимно перекрывающих друг друга по высоте и образующих извилистую вдоль радиуса зигзагообразную форму зазора между ними. Изобретение позволяет увеличить диапазон и точность регулировки радиального положения эмульсионного слоя в разделительной камере вращающегося ротора. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором, содержащий корпус с размещенными в нем смесительной камерой с входными патрубками, камерами сбора разделенных тяжелой и легкой фаз с выходными патрубками и размещенную между ними разделительную камеру, образованную стенкой ротора, жестко закрепленного на приводном валу, сочленяющемся с приводом, и диском ступицы с переточными отверстиями, жестко закрепленным на том же валу, на входе в разделительную камеру размещен механизм подачи смеси из смесительной камеры, на выходе из ротора с зазором относительно диска жестко закреплена крышка, образующая в зазоре с диском гидрозатвор с соосным приводному валу переливным отверстием, связанным с камерой сбора тяжелой фазы, в корпусе со стороны привода через зазор от крышки соосно валу по резьбе сочленен кольцевой фигурный зазорообразующий элемент, связанный с механизмом регулирования и фиксации его положения в виде приводного элемента, установленного в отверстии корпуса, разделительная камера через трубки в стенке ротора связана с камерой сбора легкой фазы, резьба сочленения кольцевого фигурного зазорообразующего элемента с корпусом выполнена между корпусом и внутренней стенкой этого элемента и имеет направление вращения, противоположное направлению вращения приводного вала, приводной элемент механизма регулирования связан с зазорообразующим элементом через зубчатую передачу в виде находящихся в зацеплении цилиндрических шестерен, одна из которых - ведомая, выполнена на внешней стенке зазорообразующего элемента, а другая - ведущая - на приводном элементе, снабженном устройством его поворота, фиксации и герметизации в отверстии корпуса, отличающийся тем, что крышка и зазорообразующий элемент в зоне отверстия крышки выполнены в форме нескольких кольцевых выступов и впадин, взаимно перекрывающих друг друга по высоте и образующих извилистую вдоль радиуса зигзагообразную форму зазора между ними.

2. Центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором по п. 1, отличающийся тем, что ведущая шестерня выполнена с меньшим количеством зубьев, а ведомая шестерня - с большим количеством зубьев, так что передаточное отношение зубчатой передачи больше единицы.

3. Центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые выступы и впадины крышки и зазорообразующего элемента в зоне зазора между ними выполнены в форме, например, прямоугольного или треугольного профиля.

4. Центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором по п. 1, отличающийся тем, что зазорообразующий элемент выполнен из пластичного материала, инертного к тяжелой и легкой фазам, например фторопласта.

5. Центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен жестко закрепленной в корпусе кольцевой втулкой активатора, размещенной в переливном отверстии крышки с зазором с приводным валом, и закрепленным на ней без зазора кольцом активатора, размещенным в гидрозатворе с зазорами с установленными на диске и крышке радиальными ребрами, наружная кромка кольца активатора размещена в зоне переточных отверстий диска, снабженного закрепленной на нем втулкой и образующей с ним закрепленную на приводном валу ступицу, а на наружной поверхности этой втулки ступицы в зазоре с кольцевой втулкой активатора выполнена резьба, например, прямоугольного профиля, направление которой противоположно направлению вращения приводного вала.

6. Центробежный экстрактор с регулируемым гидрозатвором по п. 1, отличающийся тем, что приводной вал установлен в подшипниковой опоре и сочленяется с валом привода через муфту.