Устройство для разделения многокомпонентной смеси Советский патент 1993 года по МПК B01D63/06 

(Л

С

Использование: для разделения жидких смесей в пищевых отраслях на компоненты, для отделения адсорбента от масла после процесса отбеливания, для очистки сточных вод. Сущность изобретения в выполнении фильтрующей поверхности в виде капиллярных конических трубок, большим диаметром сообщающихся с отверстиями коллектора, концы трубок с меньшим диаметром изогнуты в сторону вращения барабана по спирали Архимеда и подсоединены к выполненным на поверхности барабана сквозным отверстиям. Устройство снабжено охватывающим барабан кожухом с перегородкой, а барабан - установленными на нижней его части параллельно с зазором обечайки, при этом перегородка расположена в зазоре и разделяет кожух на сборник фильтрата и сборник осадка. 3 ил.

Изобретение относится к технике раз- деления жидких смесей в пищевых отраслях промышленности на компоненты методом ультрафильтрации и может быть использс)- вано для отделения адсорбента от масла послЈ процесса отбеливания в масло-жировой промышленности, для очистки сточных вод предприятий МЖП, а также для сгущения f-юлока, пахты, сыворотки в молочной промышленности, желчи - в мясной промышленности..---

Целью изобретения является повышение эффективности разделения за счет исключения мертвых зон фильтрующей поверхности.

На фиг. 1 изображено устройство, фрон- разрез: на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фигЛ -сечение Б-Б на фиг. 1.

Устройство состоит из неподвижного трубопровода 1, трубчатого коллектора 2, установленного с возможностью вращения.

цилиндрического барабана 3, шкива 4, подшипников 5, кожуха 6, отверстий 7, ультра- фильтрационных конусообразных трубок 8, патрубка отвода концентрата 9, конусообразных направляющих обечаек 10 и.11, сборника концентрата 12, сборника воды

Устройство работает следующим образом.

Исходное сырье, например, желчь, подается от источника (на чертежах не показан) по неподвижному трубопроводу 1 внутрь вращающегося трубчатого коллектора 2. Трубчатый коллектор 2 выполнен заодно с цилиндрическим барабаном 3 и проходит внутри него по оси. Привод во вращение трубчатого коллектора 2 и укрепленного на нем цилиндрического барабана 3 осуществляется от электродвигателя (на

XI

ю XI

ЧЭ

XI о

чертежах не показам) через шкив 4. Трубчатый коллектор 2 вращается в подшипниках 5, укрепленных в кожухе 6. Исходная смесь распределяется отверстиями 7 по трубкам 8. Трубки 8 закреплены, таким образом, одним широким концом в трубчатом коллекторе 2, а узким концом в цилиндрическом барабане 3, причем на фиг.2 видно, что трубки 8 изогнуты по кривым - спиралям Архимеда в направлении траектории движения жидкости в них при возможности свободного истечения жидкости. Трубки 8 изготовлены из таких материалов как полиамид, ацетилцеллюлоза и прочих материалов, используемых для изготовления капиллярных фильтров при ультрафильтрации. Селективный слой располагается внутри капилляров. Для крепления капиллярных трубок 8. по концам может использоваться эпрксид- ная смола. Диаметры капиллярных трубок 8 выбираются в зависимости от загрязненности исходной жидкости механическими примесями в пределах порядка от 0,6 до 2,0 мм. Конусность капиллярной трубки 8 определяется зависимостью Р - постоянная.где Р - давление в капиллярной трубке.

Таким образом, исходная жидкость с постоянным давлением проходит через капиллярные трубки 8 и выбрасывается под действием центробежных сил и гидростатического давления внутрь кожуха 6, стекает по его стенкам вниз и отводится как готовый продукт через патрубок 9. При прохождении желчи через капиллярные трубки 8 часть воды проходит через капилляры в стенках трубок 8, т.е. осуществляется процесс ультрафильтрации. Образующийся при этом слой концентрационного уплотнения сухих веществ на внутренней поверхности трубки 8 постоянно перемещается под действием центробежных сил вдоль трубки 8, освобождая поверхность ультрафильтрации и выбрасывается внутрь кожуха 6, т.е. получается концентрат, а чистая вода стекает по внутренней поверхности вращающегося барабана 3 вниз под действием сил гравитации. Барабан 3 имеет в нижней части направляющие обечайки 10 и 11. За счет направляющей обечайки 10 концентрат попадает в сборник 12, а за счет направляющей обечайки 11 вода попадает в сборник 13. чему способствует разделяющая перегородка 14, расположенная в зазоре между обечайками 10 и 11.Чистая вода отводится из сборника 13 через патрубок 15, Для увеличения прочности капиллярных трубок 8 к ним приклеены капроновые нити 16с помощью эпоксидной смолы 17,

Выполнение трубок капиллярными обусловлено необходимостью создания компактного аппарата, что согласуется с тенденциями зарубежной фильтрационной техники. Капиллярные (из тонких трубок) фильтры более компактны, чем пластинчатые.

Выбор материала трубок обусловлен назначением аппарата по процессу в нем реа- лизуемому - ультрафильтрация, отсюда выбор материала фильтрующего элемента.

Выбор диаметра капиллярных трубок обусловлен технологическими причинами. В сырье: сточных водах масложировых заво- дов, масла после отбеливания, молоке, пахте, сыворотке и желчи возможно наличие механических частиц от 0,6 до 2 мм. Для того, чтобы трубки не засорялись, они в наименьшем своем сечении не должны быть меньше размера встречающихся в сырье частиц, т.е. 0,6-2 мм. Этими размерами обусловлены диаметры трубок.

Выполнение трубок конусообразными обусловлено следующими соображениями. Предположим, что жидкость с содержащимися в ней частицами попадает с некоторой скоростью V во вращающийся канал и приобретает вращательное движение. На частицы будет действовать сила F m oЈ R, где т- масса частицы; w- угловая скорость вращения; R - расстояние от центра вращения до частицы.

Поскольку частицы перемещается по каналу, то R увеличивается, следовательно, возрастает F, воздействующая на частицу и заставляющая двигаться частицу (при свободном истечении)ускоренно.

Для того, чтобы процесс ультрафильтра- ции протекал по всей длине фильтротрубки не должно быть разрыва потока, т.е. соблюдается уравнение неразрывности струйки, т.е. . . .

Q - FiYi F2Y2,

где Q - расход жидкости;

F-поперечное сечение трубки тока;

Vi и Va - скорости течения жидкости в соответствующих сечениях трубки. Так как скорость возрастает по мере удаления частиц жидкости от оси вращения под действием центробежной силы для сохранения сплошности потока необходимо постепенное уменьшение F - сечения пото- ка, т.е. трубка для сохранения неразрывности потока должна быть конусообразной.

Кроме того, сужение в выходном отверстии обеспечивает необходимый для ультрафильтрации через стенки подпор жидкости.

При движении частиц жидкости по трубке в радиальном направлении возрастает окружная скорость. Одновременно частицы стремятся сместиться по направлению полного поворотного ускорения (Кориолисова ускорения).

Под воздействием центробежной силы и поворотной силы инерции частицы жидкости движутся по так называемой кривой Архимеда. При выполнении каналов изогнутыми по кривой Архимеда частицы жидкости в трубке будут двигаться по своим естественным траекториям, станки трубки будут под одинаковым давлением, т.е. будет более равномерная нагрузка на трубки и тогда будет более эффективная работа трубки с точки зрения ультрафильтрации и более равномерная механическая нагрузка, т.е. изогнутость трубки будет соответствовать изогнутости трубки тока жидкости.

Название капиллярные трубки - это условное название тонких трубок в технике (в частности, холодильной), начиная с диаметра 0,6 мм.

8 предлагаемом аппарате помимо того, что он более компактный, т.к. вмонтирован пучок трубок, процесс течения жидкости турбулентный. Поскольку скорости выше, пограничный слой тоньше, следовательно накопление осадка у фильтрующего слоя меньше. Вследствие этого он меньше забивается осадком и дольше работает, т.е. сокращается время на промывку. Кроме того, в этом аппарате в отличие от прототипа на частицы осадка воздействуют центробежные силы, способствуя его смещению к выходному отверстию, что способствует очищению поверхности с одной стороны и транспортировке слоя концентрационного уплотнения, т.е. концентрата в готовую фракцию. Очищение фильтрующей поверхности под действием центробежных сил также способствует сокращению времени на промывку.

Что касается известного аппарата это громоздкая металлоемкая конструкция. Экономически неэффективная, т.к. приводится во вращение вся масса с барабанами, включающим фильтрующие элементы, большой обьем жидкости, корпусом и поддоном.

Конструктивно обусловлены значительные полости с заключающейся в них жидкостью между фильтрующими элементами, что вызывает образование, так называемых мертвых зон, удаленных от фильтрующей поверхности, поэтому процесс неэффективен, т.к. очевиден проток неочищенной жидкости через канал 34 в фильтрат в поддон

В предлагаемой конструкции поток

сырья разбивается трубками на элементарные струйки. Удельный объем, приходящийся на единицу фильтрующей поверхности уменьшается, поэтому эффективность разделения увеличивается. Концентрация

фильтрата увеличивается за счет повышения удельной поверхности, приходящейся на единицу пропускного объема, причем объем жидкости в известной конструкции по ходу течения увеличивается, т.к. сечение потока увеличивается, хотя количество протекающей жидкости сокращается за счет отфильтровывания; скорость течения падает относительно фильтрующей поверхности, что снижает скорость смены слоев

жидкости у поверхности фильтрующей стенки и фильтрация падает.

В предлагаемой конструкции с точки зрения гидродинамики процесс более эффективный. Скорость течения по длине

трубки возрастает, поэтому скорость фильтрации не падает, а возрастает.

Кроме того, в предлагаемой конструкции можно разместить больше фильтрующей поверхности в единице объема

аппарата, т.е. получить более компактный аппарат.

Формула изобретения Устройство для разделения многокомпонентной смеси, включающее вращающийся коллектор с радиальными каналами для подачи фильтруемой жидкости на фильтрующую поверхность, размещенную между коллектором и барабаном, вращающимися одновременно с коллектором,

сборник фильтрата и сборник осадка, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разделения за счет исключения мертвых зон фильтрующей поверхности, фильтрующая

поверхность выполнена в виде капиллярных конических трубок, большим диаметром сообщающихся с отверстиями коллектора, концы трубок с меньшим диаметром изогнуты в сторону вращения барабана по спирали Архимеда и подсоединены к выполненным на поверхности барабана сквозным отверстиям, устройство снабжено охватывающим барабан кожухом с перегородкой, а барабан - установленными на

нижней .его части параллельно с зазором обечайками, при этом перегородка расположена в зазоре и разделяет кожух на сборник фильтрата и сборник осадка.

.г

р(/гЗ