ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР Советский патент 1997 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к химической аппаратуре жидкостной экстракции, в частности к центробежным экстракторам с автоматической и непрерывной нагрузкой осадка.

Известен центробежный экстрактор, включающий привод, вал, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы и крышкой. Гидрозатвор выполнен в виде кольца и обечайки, жестко закрепленных соответственно на валу и опоре. Причем обечайка размещена между кольцом и крышкой ротора.

Для подъема осадка с максимального диаметра ротора к переливу тяжелой фазы помимо постоянного взмучивания его слоя на максимальном диаметре необходимо обеспечить канал его вывода с минимально возможной скоростью витания его частиц. Оба этих условия удовлетворяются при изготовлении обечайки в форме сплошного диска, причем каналом с минимальной скоростью витания частиц осадка является слой тяжелой фазы, непосредственно примыкающий к плоскости диска и обладающий поэтому практически нулевой частотой вращения.

Однако введение неподвижного диска в гидрозатвор приводит к увеличению потребляемой мощности в 2 5 раз в зависимости от частоты вращения ротора по сравнению с аналогичной величиной в отсутствии диска.

Целью изобретения является уменьшение потребляемой мощности аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом центробежном экстракторе ротор снабжен кольцевой канавкой, примыкающей к максимальному диаметру его конической поверхности, а обечайка выполнена в форме изогнутой трубки, содержащей два расположенных в разных по высоте плоскостях участка, соединенных вертикальным звеном, причем один участок расположен вне ротора с зазором с крышкой, его торец жестко закреплен на опоре, а отверстие этого торца соединено с воздушной средой, вертикальное звено расположено с зазором между крышкой и валом, а другой изогнутый участок обечайки расположен в роторе в зоне тяжелой фазы с зазором между крышкой и кольцевой канавкой и снабжен торцом, расположенным с зазором в кольцевой канавке в плоскости, проходящей через ось вращения ротора.

Предложенная конструкция центробежного экстрактора позволяет уменьшить область турбулентного завихрения потока, локализованную вблизи трубки, и регулировать вентилем снаружи аппарата поток воздуха, засасываемый или подаваемый под давлением по трубке и диспергируемый в тяжелой фазе в канавке в виде мелких пузырьков под силой осадка, что уменьшает скорость витания частиц осадка и способствует более эффективному их выводу из ротора и, следовательно, уменьшает потребляемую аппаратом мощность.

Таким образом, новизной предложения является новое конструктивное выполнение узла обечайки изогнутая трубка и новые связи этого узла с элементами экстрактора, что обеспечивает достижение поставленной цели.

На фиг. 1 изображен предлагаемый центробежный экстрактор, общий вид; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг.1.

Центробежный экстрактор включает корпус 1 со смесительной камерой 2, камерами сбора тяжелой 3 и легкой 4 фаз, входными 5 и выходными 6 патрубками, подшипниковой опорой 7, приводом 8 с муфтой 9. В опоре 7 закреплен вал 10 с ротором 11 конической формы, мешалкой 12, транспортирующим устройством 13, крестовиной 14, трубками 15, кольцом 16 и крышкой 17 с кольцевым переливом 18. Между кольцом 16 и крышкой 17 образован кольцевой экстрактор зазор 19, расположенный напротив кольцевой канавки 20 в роторе 11 с диаметром, большим максимального диаметра конической поверхности ротора 11. Обечайка выполнена в виде изогнутой трубки 21 с отверстием 22 и отверстием 23, переходящим в канал 24 корпуса опоры 7, имеющей отверстие 25, соединенное с воздушной средой и перекрываемое вентилем 26 (см. фиг.2).

Трубки 15 герметично пронизывают ротор 11 и имеют перелив 27 легкой фазы. На кольце 16 и крышке 17 закреплены радиальные ребра 28. Трубка 21 содержит два расположенных в разных по высоте плоскостях участка 29 и 30, соединенных вертикальным звеном 31. Участок 29 расположен вне ротора 11 с зазором с его крышкой 17. Его торец 32 жестко закреплен на опоре 7, а отверстие 23 этого торца соединено с воздушной средой. Вертикальное звено 31 расположено с зазором между крышкой 17 и валом 10. Другой изогнутый участок 30 расположен в роторе 11 в зоне тяжелой фазы с зазором между крышкой 17 и кольцевой канавкой 20 и снабжен торцом 33, расположенным с зазором в кольцевой канавке 20 в плоскости, проходящей через ось вращения ротора 11 (см. фиг.3). При этом перпендикуляр к плоскости сечения торца 33, ориентированный в направлении изнутри наружу изогнутого участка 30, составляет с вектором окружной скорости ротора 11 в области этого торца угол, меньший 90^o (направление вращения ротора 11 указано на фиг.3 стрелкой).

Экстрактор работает следующим образом.

Исходные растворы по входным патрубкам 5 подают в смесительную камеру 2, где они перемешиваются мешалкой 12 и образовавшаяся эмульсия подается транспортирующим устройством 13 в ротор 11. Под действием центробежной силы эмульсия в роторе 11 расслаивается в крестовине 14 на составные фазы, контактирующие по цилиндрической границе раздела фаз с радиусом, меньшим наружного радиуса кольца 16. Легкая фаза через перелив 27 по трубке 15 выводится из ротора 11 в камеру 4 сбора и по патрубку 6 выводится из аппарата. Тяжелая фаза поступает в зазор 19 и через перелив 18 выводится из ротора 11 в камеру 3 сбора и по патрубку 6 выводится из аппарата.

При достаточно высокой частоте вращения ротора 11 пограничный слой жидкости, образующийся при обтекании изогнутого участка 30 в первую очередь на максимальном радиусе торца 33, отрывается от его поверхности, в результате чего у отверстия 22 давление жидкости уменьшается и становится меньше атмосферного давления воздуха. Поэтому при открытом вентиле 26 через отверстие 25, канал 24, отверстие 23, трубку 21 и отверстие 22 в тяжелую фазу в кольцевой канавке 20 постоянно засасывается и диспергируется атмосферный воздух, который в форме мелких пузырьков двигается в сторону уменьшения давления к оси, выходит из канавки 20, попадает в поток тяжелой фазы в зазоре 19 и движется вместе с ним. При этом скорость пузырьков воздуха больше скорости потока фазы в зазоре 19, так как на них постоянно действует выталкивающая сила по направлению к оси.

Осадок под действием центробежной силы транспортируется по конусной системе ротора 11 в сторону увеличения радиуса в канавке 20, где за счет турбулентного завихрения потока в области обтекания неподвижного элемента - трубки 21 и направленного к оси потока пузырьков воздуха осадок взмучивается, переходит во взвешенное состояние и транспортируется далее вместе с тяжелой фазой на выход из аппарата.

Область турбулентного завихрения потока тяжелой фазы локализирована вблизи трубки 21 и занимает меньший объем по сравнению с известным экстрактором, что приводит к уменьшению потребляемой мощности, в особенности при придании сечению трубки 21 хорошо обтекаемой формы.

Поток пузырьков воздуха, выходящий из всего объема канавки 20, за счет многократных соударений с частицами осадка уменьшает их скорость витания, что способствует их выносу с потоком тяжелой фазы и предотвращает их оседание и накопление в канавке 20.

В том случае, когда перпендикуляр к плоскости сечения торца 33, ориентированный в направлении изнутри наружу изогнутого участка 30, составляет с вектором окружной скорости ротора 11 в области этого торца угол, равный или больший 90^o, давление жидкости у отверстия 22 не уменьшается, а напротив увеличивается (это устройство известно как отводящая трубка) и никакого засасывания воздуха по трубке 21 не происходит. С увеличением плотности и размера частиц осадка даже при полностью открытом вентиле 26 потока воздуха, засасываемого и диспергируемого в тяжелой фазе в канавке 20, может не хватить для вывода осадка, в связи с чем канал 24 через отверстие 25 может быть подсоединен к коммуникации сжатого воздуха.

Средняя плотность тяжелой фазы в зазоре 19 с увеличением количества воздуха, диспергируемого в ней, уменьшается, что приводит к увеличению радиуса поверхности раздела фаз в роторе 11 и может быть использовано для плавной регулировки этого радиуса с помощью вентиля 26 снаружи аппарата без остановки вращения ротора 11. Поток воздуха, диспергируемый в тяжелой фазе в канавке 20, при прочих равных условиях однозначно связан с взаимным расположением вентиля 26 и отверстия 23 или с разрежением давлением воздуха в трубке 21, которые могут быть измерены снаружи аппарата линейкой, лимбом или мановакуум-метром.

Установка радиальных ребер 28 на кольце 16 и крышке 17 увеличивает среднюю по сечению потока частоту вращения тяжелой фазы в зазоре 19, что приводит к уменьшению радиуса поверхности раздела фаз в роторе 11.

Изобретение позволяет уменьшить потребляемую мощность в два раза без ухудшения эффективности вывода осадка из ротора и уменьшения производительности аппарата.

Изобретение относится к центробежным экстракторам, имеющим устройства, позволяющие перерабатывать жидкости с примесью твердых частиц, и может найти применение в гидрометаллургической, радиохимической, пищевой, медицинской и др. отраслях промышленности. Изобретение позволяет уменьшить потребляемую мощность. Для этого ротор 11 снабжен кольцевой канавкой 20, примыкающей к максимальному диаметру его конической поверхности, а обечайка выполнена в форме изогнутой трубы 21, содержащей два расположенных в разных по высоте плоскостях участка 29 и 30, соединенных вертикальным звеном 31. Участок 29 расположен вне ротора 11 с зазором с крышкой 17, его торец 32 жестко закреплен на опоре 7, а отверстие 23 этого торца соединено с воздушной средой. Вертикальное звено 31 расположено с зазором между крышкой 17 и валом 10. Другой изогнутый участок 30 расположен в роторе 11 в зоне тяжелой фазы с зазором между крышкой 17 и кольцевой канавкой 20 и снабжен торцом 33, расположенным с зазором в кольцевой канавке 20 в плоскости, проходящей через ось вращения ротора 11. 3 ил.

Центробежный экстрактор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, обечайка выполнена в форме изогнутой трубки, содержащей два расположенных в разных по высоте плоскостях участка, соединенных вертикальным звеном, причем один участок расположен вне ротора с зазором с крышкой, его торец жестко закреплен на опоре, а отверстие этого торца соединено с воздушной средой, вертикальное звено расположено с зазором между крышкой и валом, а другой изогнутый участок обечайки расположен в роторе в зоне тяжелой фазы с зазором между крышкой и кольцом, причем торец с отверстием на конце этого изогнутого участка расположен в плоскости, проходящей через ось вращения на диаметре, большем диаметра кольца.