Центрифуга для разделения суспензий

 

Использование: изобретение относится к оборудованию для разделения жидких неоднородных систем в центробежном поле и может найти применение в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность: центрифуга для разделения суспензии снабжена жестко связанным с корпусом и расположенным неподвижно в роторе в зоне накопления тяжелой фракции скребковым элементом для перемешивания и сдвига ее к отверстию для вывода. Это позволяет предотвратить образование застойных зон тяжелой фракции, улучшить ее выгрузку и, таким образом, повысить производительность центрифуги. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к центрифугам для разделения жидких неоднородных систем, в особенности к центрифугам для разделения суспензий с непрерывным выводом осадка из ротора через периферийные отверстия, и может быть использовано в химической, фармацевтической и пищевой промышленности.

Известна центрифуга для разделения суспензии, включающая корпус, имеющий сборники сгущенной тяжелой фракции и легкой фракции, установленный на вертикальном валу конусообразный ротор, снабженный крышкой, образующей с торцом ротора отверстия для вывода тяжелой фракции из зоны ее накопления, средством для отвода легкой фракции, каналом для подвода рециркулята в зону накопления тяжелой фракции, транспортирующее средство рециркулята и средство подвода исходной суспензии [1]. Поток сгущенной тяжелой фракции выводится из зоны ее накопления через отверстия ротора в сборник, откуда часть этого потока рециркулирует обратно в ротор с помощью транспортирующего средства рециркулята. Недостатком центрифуги является наличие между отверстиями для вывода тяжелой фракции застойных зон накопления осадка и возможность закупорки этих отверстий осадком.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является центрифуга для разделения суспензии, содержащая корпус, имеющий приемную камеру для рециркулируемой тяжелой фракции и сборники сгущенной тяжелой фракции и легкой фракции, установленный на вертикальном валу конусообразный ротор, снабженный крышкой, образующей с торцом ротора, по меньшей мере, одно отверстие для вывода тяжелой фракции из зоны ее накопления, средством для отвода легкой фракции, кольцевым каналом для подвода рециркулята в зону накопления тяжелой фракции, транспортирующим средством рециркулята и средством подвода исходной суспензии [2]. Исходную суспензию и рециркулят вводят в нижнюю зону ротора, а легкая и сгущенная тяжелая фракции выводятся из верхней его зоны в сборник и приемную камеру соответственно, откуда они самотеком сливаются вниз. Поток сгущенной тяжелой фракции выводится из зоны ее накопления через отверстие ротора в приемную камеру, из которой одна часть потока выводится в сборник и далее наружу центрифуги, а другая - рециркулирует обратно в ротор. Недостатком центрифуги является наличие в зоне накопления тяжелой фракции удаленных от отверстия ее вывода застойных зон накопления осадка и возможность закупорки этого отверстия осадком, что снижает эффективность сепарации и производительность центрифуги.

Целью изобретения является увеличение производительности центрифуги.

Поставленная цель достигается в центрифуге для разделения суспензии, содержащей корпус, имеющий приемную камеру для рециркулируемой тяжелой фракции и сборники сгущенной тяжелой фракции и легкой фракции, установленный на вертикальном валу конусообразный ротор, снабженный крышкой, образующей с торцом ротора, по меньшей мере, одно отверстие для вывода тяжелой фракции из зоны ее накопления, средством для отвода легкой фракции, кольцевым каналом для подвода рециркулята в зону накопления тяжелой фракции, транспортирующим средством рециркулята и средством подвода исходной суспензии, и снабженной жестко связанным с корпусом и расположенным неподвижно в роторе в зоне накопления тяжелой фракции скребковым элементом для перемешивания и сдвига ее к отверстию для вывода. При этом скребковый элемент выполнен в виде диска или секторной пластины, или изогнутого стержня.

На фиг. 1 изображена центрифуга для разделения суспензии, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Центрифуга для разделения суспензии включает корпус 1, имеющий приемную камеру 2 для рециркулируемой тяжелой фракции и сборники 3 сгущенной тяжелой фракции и 4 легкой фракции, установленный на вертикальном валу 5 конусообразный ротор 6, снабженный крышкой 7, образующей с торцом ротора 6, по меньшей мере, одно отверстие 8 для вывода тяжелой фракции из зоны 9 ее накопления, средством 10 и 11 для отвода легкой фракции, кольцевым каналом 12 для подвода рециркулята в зону 9, транспортирующим средством 13 рециркулята и средством 14 подвода исходной суспензии, и снабжена жестко связанным с корпусом 1 и расположенным неподвижно в роторе 6 в зоне 9 скребковым элементом 15 для перемешивания и сдвига тяжелой фракции к отверстию 8 для вывода. Стенка приемной камеры 2 состоит из двух конусообразных обечаек - верхней 16 и нижней 17, расположенных меньшими основаниями вниз одна 17 под другой 16 с образованием между ними кольцевой щели 18, причем диаметр меньшего основания 19 верхней обечайки 16 превышает диаметр большего основания 20 нижней обечайки 17. Нижняя обечайка 17 образует камеру 21 сбора рециркулята, а сборник 3 представляет собой кольцевой карман, расположенный снаружи приемной камеры 2 и сообщенный с ее внутренней полостью через указанную кольцевую щель 18. Меньшее основание 19 верхней обечайки 16 расположено выше большего основания 20 нижней обечайки 17. Транспортирующее средство 13 расположено в камере 21 и имеет центральное отверстие 22, в котором с зазором размещено средство 14 в виде патрубка с выходным отверстием 23, расположенным внутри ротора 6, и средство 10 для отвода легкой фракции в виде напорного диска, закрепленного на патрубке 24, который снабжен вентилем 25. Ротор 6 с помощью лопастей крестовины 26 и разделительного диска 27 с отверстиями 28 жестко закреплен на валу 5, который установлен в подшипниковой опоре 29 и сочленяется через муфту 30 с приводом 31. Ротор 6 установлен с кольцевым зазором 32 с разделительным диском 27 и образует в промежутках между лопастями крестовины 26 сепарационную камеру 33. Кольцевой канал 12 образован конусообразной обечайкой 34, расположенной с зазором и снаружи ротора 6 и закрепленной на разделительном диске 27. Крышка 7 образует с разделительным диском 27 кольцевой зазор 35 с зоной 9 в периферийной его части, в которых расположен скребковый элемент 15, и снабжена отверстием 8 для вывода тяжелой фракции и средством 11 для отвода легкой фракции в виде расположенного по центру переливного отверстия. Скребковый элемент 15, например, в виде диска или секторной пластины, или изогнутого стержня закреплен на корпусе 1 с помощью промежуточного звена 36, расположенного в зазоре между валом 5 и средством 11. Сборник 3 снабжен наклонным дном 37 с отверстием 38 в нижней его части, а сборник 4 снабжен патрубком 39. Транспортирующее средство 13 расположено ниже большего основания 20 и имеет диаметр, меньший диаметра переливного отверстия - средства 11 в крышке 7.

Центрифуга для разделения суспензии работает следующим образом. Исходную суспензию по патрубку 14 через отверстие 23 подают в ротор 6, где в сепарационной камере 33 под действием центробежной силы она транспортируется к периферии и через зазор 32 и отверстия 28 и 8 выводится из ротора 6 в приемную камеру 2, откуда сливается самотеком вниз по верхней конусообразной обечайке 16 к ее меньшему основанию 19. При заданном расходе исходной суспензии ее поток, отрываясь от меньшего основания 19, перетекает в виде конусообразной свободной струи в воздухе над кольцевой щелью 18 на нижнюю конусообразную обечайку 17 ниже ее большего основания 20 и далее в камеру 21. Здесь суспензия захватывается транспортирующим средством 13, направляется в кольцевой канал 12 и по нему к кольцевому зазору 32, где объединяется с потоком исходной суспензии и таким образом рециркулирует со все возрастающим расходом. В результате этого давление в кольцевом зазоре 32 и отверстиях 28 и 8 возрастает, а радиус свободной поверхности суспензии в сепарационной камере 33 и кольцевом зазоре 35 уменьшается в направлении оси вращения ротора 6 до радиуса напорного диска-средства 10 и переливного отверстия-средства 11 соответственно. После этого легкая фракция выводится из ротора 6 двумя потоками: один - по патрубку 24 и через вентиль 25, а другой - через сборник 4 по патрубку 39 наружу центрифуги.

Содержащиеся в суспензии частицы твердой фазы под действием центробежной силы осаждаются на внутренней поверхности ротора 6 и в виде слоя осадка транспортируются к периферии к зазору 32, пройдя через который, попадают в рециркулирующий поток суспензии, транспортируясь далее вместе с ним. При этом в кольцевом канале 12 на внутренней поверхности конусообразной обечайки 34 накапливается некоторая масса осадка, постоянно сдвигающаяся под действием центробежной силы к отверстиям 28, в то время как в отдаленной от отверстия 8 по окружности части зоны 9 осадок не накапливается, так как он постоянно перемешивается и сдвигается в окружном направлении к этому отверстию с помощью скребкового элемента 15. Это приводит к увеличению концентрации твердой фазы в рециркулирующем потоке сгущенного осадка, его вязкости и увеличению гидравлического сопротивления отверстия 8, в результате чего этот поток уменьшается и становится меньше потока исходной суспензии. При этом траектория свободной струи рециркулирующего потока после отрыва от меньшего основания 19 снижается в кольцевую щель 18 и попадает в сборник 3, в результате чего поток сгущенной тяжелой фракции по наклонному дну 37 транспортируется самотеком вниз и через отверстие 38 выводится наружу центрифуги, а рециркуляция тяжелой фракции прекращается. Если массовый поток твердой фазы в исходной суспензии меньше суммы массовых потоков твердой фазы, выходящих из центрифуги с легкой фракцией и сгущенной тяжелой фракцией, то после вывода всей массы осадка, накопленной в кольцевом зазоре 12, гидравлическое сопротивление отверстия 8 уменьшается, поток выводимой из него тяжелой фракции увеличивается, траектория его струи после отрыва от меньшего основания 19 повышается над кольцевой щелью 18 и начинается вновь рециркуляция тяжелой фракции, а отвод сгущенной тяжелой фракции прекращается. Таким образом, независимо от производительности исходной суспензии и концентрации твердой фазы в ней, содержание твердой фазы в выводимом из центрифуги потоке сгущенной тяжелой фракции всегда больше определенной величины.

Перемешивание и сдвиг тяжелой фракции в зоне 9 скребковым элементом 15 позволяет не только предотвратить накопление осадка в ней, но и уменьшить количество отверстий 8 до минимума - одного или двух, диаметрально противоположных для сохранения балансировки ротора 6. Это дает возможность увеличить диаметр отверстия 8 и, следовательно, надежность вывода осадка. Максимальные интенсивность перемешивания тяжелой фракции в зоне 9 и потребляемая на эту операцию мощность достигаются при конфигурации скребкового элемента 15 в виде диска. При конфигурации его в виде секторной пластины или изогнутого стержня интенсивность перемешивания и потребляемая мощность уменьшаются. В этом случае однако на лобовой кромке пластины 15 (или стержня) давление в набегающем потоке увеличивается, а на кормовой кромке уменьшается по сравнению со статическим давлением. Эти знакопеременные перепады давления в момент прохождения отверстия 8 мимо пластины 15 способствуют его прочистке от осадка. Вентиль 25 обеспечивает возможность регулировки расхода легкой фракции, выводимой с помощью средства 10, что позволяет изменять степень осветления суспензии. Рециркуляция потока легкой фракции, выводимого из патрубка 39, обратно в ротор 6, например, через камеру 21 увеличивает степень сгущения суспензии.

Таким образом, предложенная центрифуга для распределения суспензии по сравнению с прототипом позволяет увеличить надежность вывода осадка из ротора через отверстие, предотвратить образование застойных зон накопления осадка в роторе и увеличить производительность центрифуги.

Формула изобретения

1. ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ, содержащая корпус, имеющий приемную камеру для рециркулируемой тяжелой фракции, и сборники сгущенной тяжелой фракции и легкой фракции, установленный на вертикальном валу конусообразный ротор, снабженный крышкой, образующей с торцом ротора по меньшей мере одно отверстие для вывода тяжелой фракции из зоны ее накопления, средством для отвода легкой фракции, кольцевым каналом для подвода рециркулята в зону накопления тяжелой фракции, транспортирующим средством рециркулята и средством подвода исходной суспензии, отличающаяся тем, что она снабжена жестко связанным с корпусом и расположенным неподвижно в роторе в зоне накопления тяжелой фракции скребковым элементом для перемешивания и сдвига ее к отверстию для вывода.

2. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что сребковый элемент выполнен в виде диска, или секторной пластины, или изогнутого стержня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2