Центробежный экстрактор

 

Изобретение относится к центробежным экстракторам с непрерывной выгрузкой осадка твердой фазы из ротора.Цель изобретения исключение отложения осадка в камере разделения ротора и упрощение конструкции. Экстрактор включает смесительную камеру 2, камеры вывода тяжелой 3 и легкой 4 фаз, ротор 11 с транспортирующим устройством 13, камерой разделения устройством вывода тяжелой фазы 14 и устройством вывода 15 легкой фазы, ротор 11 выполнен в виде сплошной конусной обечайки, расположенной вершинной частью вниз, транспортирующее устройство 13 образовано наружной поверхностью вершинной части обечайки, расположенной в смесительной камере 2, камера разделения устройство вывода тяжелой фазы 14 образованы наружной поверхностью средней части обечайки, расположенной в зоне камеры вывода 3 тяжелой фазы, а устройство вывода 15 легкой вазы выполнено в виде основания обечайки, расположенного в камере вывода 4 легкой фазы, причем наружная поверхность обечайки выполнена из материала, смачиваемого легкой и несмачиваемого тяжелой фазами, например, фторопласта. 1 ил.

Изобретение относится к химической аппаратуре жидкостной экстракции, в особенности к центробежным экстракторам, предназначенным для работы с растворами, содержащими твердые примеси, в частности к экстракторам с непрерывной выгрузкой осадка, и может быть использовано в гидрометаллургической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, а также для осветления суспензий.

Известен центробежный осветляющий фильтр и способ его применения. Этот аппарат включает привод, корпус с приемной камерой и камерой сбора фугата, ротор с распределительным конусом, крышками и фильтрующим элементом. Исходная суспензия поступает в приемную камеру, выполненную в форме воронки, охватывающей снаружи с зазором распределительный конус, транспортируется по наружной поверхности конуса вверх к периферии и вводится внутрь ротора, где из нее выделяются вначале крупные частицы на боковой поверхности ротора, а затем мелкие частицы на фильтрующем элементе.

Недостатком этого аппарата является накопление осадка в роторе и закупорка фильтрующего элемента.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является центробежный экстрактор, который взят за прототип. Экстрактор включает привод, опору, вал, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с транспортирующим устройством, камерой разделения и устройствами вывода фаз. Транспортирующее устройство подает формируемую в смесительной камере эмульсию внутрь ротора, в камере разделения которого, образованной внутренней поверхностью конусной стенки ротора и разделительным диском, она расслаивается на составные фазы, раздельно выводимые из ротора с помощью устройств вывода в камеры вывода фаз. Осадок твердой фазы оседает на внутренней конусной поверхности ротора и транспортируется по ней к гидрозатвору, где за счет турбулентного завихрения потока тяжелой фазы, инициируемого неподвижным элементом, переводится вновь во взвешенное состояние и выводится из ротора с тяжелой фазой.

Недостатком экстрактора является осаждение и накопление некоторой массы осадка в режиме динамического равновесия на внутренней конусной поверхности ротора в камере разделения, что уменьшает объем для расслаивания эмульсии и приводит к необходимости уменьшать производительность при заданных взаимных уносах жидких фаз. При этом масса осадка, накапливаемая в камере разделения, возрастает практически линейно с увеличением концентрации твердой фазы в исходных растворах.

Целью предлагаемого изобретения является полное исключение отложения осадка в камере разделения и упрощение конструкции.

Для этого в предлагаемом центробежном экстракторе, включающем привод, опору, вал, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с транспортирующим устройством, камерой разделения, устройствами вывода легкой и тяжелой фаз, ротор выполнен в виде сплошной конусной обечайки, транспортирующее устройство, камера разделения и устройство вывода тяжелой фазы выполнены в виде наружной поверхности этой обечайки, а устройство вывода легкой фазы выполнено в виде основания этой обечайки, причем вершинная часть обечайки расположена в смесительной камере, средняя часть обечайки в зоне камеры вывода тяжелой фазы, а ее основание в камере вывода легкой фазы, при этом наружная поверхность обечайки выполнена из материала, смачиваемого легкой и несмачиваемого тяжелой фазами.

При вращении обечайки образовавшаяся в смесительной камере эмульсия за счет сил поверхностного натяжения и центробежной тонким слоем сплошной легкой и дисперсной тяжелой фаз транспортируется по наружной конусной поверхности обечайки в сторону ее основания. Капли тяжелой фазы и твердые частицы под действием центробежной силы транспортируются в движущемся эмульсионном слое еще и в радиальном направлении от наружной поверхности обечайки к наружной свободной поверхности эмульсионного слоя, являющимся таким образом камерой разделения. На достаточно большом радиусе камеры разделения устройства вывода тяжелой фазы капли тяжелой фазы и твердые частицы преодолевают силу поверхностного натяжения легкой фазы и выходят из эмульсионного слоя в камеру вывода тяжелой фазы. При этом полностью исключается осаждение и накопление осадка твердой фазы на единственной стенке камеры разделения наружной поверхности обечайки, что предотвращает уменьшение ее объема и снижение производительности.

Таким образом, новизной предложения является новое выполнение отдельных элементов экстрактора, приводящее к новым причинно-следственным связям, что в совокупности обеспечивает достижение поставленной цели и, следовательно, техническое решение соответствует критериям "новизна", "существенные отличия" и "положительный эффект".

На чертеже схематично изображен центробежный экстрактор.

Экстрактор состоит из корпуса 1 со смесительной камерой 2, кольцевыми камерами вывода тяжелой 3 и легкой 4 фаз, входными 5 и выходными 6 патрубками, подшипниковой опорой 7, приводом 8 с муфтой 9. В опоре 7 закреплен вращающийся вал 10 со сплошной конусной обечайкой 11, расположенной вершиной вниз, и мешалкой 12. Вершинная часть 13 обечайки 11 расположена в смесительной камере 2, средняя часть обечайки камера разделения устройство вывода тяжелой фазы 14 расположена в зоне камеры вывода 3 тяжелой фазы, а основание 15 в камере вывода 4 легкой фазы. Наружная поверхность обечайки 11 выполнена из материала, смачиваемого легкой и не смачиваемого тяжелой фазами, например, фторопласта.

Экстрактор работает следующим образом. Исходные растворы по входным патрубкам 5 подают в смесительную камеру 2, где они перемешиваются мешалкой 12, и образовавшаяся эмульсия в виде тонкого эмульсионного слоя сплошной легкой и дисперсной тяжелой фаз транспортируется под действием сил смачивания и центробежной по наружной поверхности обечайки 11 вверх в сторону ее основания 15. Капли тяжелой фазы под действием центробежной силы движутся в радиальном направлении к наружной свободной поверхности эмульсионного слоя и концентрируются там, укрупняясь при слиянии. В зоне камеры разделения устройства вывода тяжелой фазы 14 с достаточно большим радиусом действующая на капли тяжелой фазы центробежная сила превышает силу поверхностного натяжения легкой фазы, в результате чего эти капли выходят из эмульсионного слоя, попадают в камеру вывода 3 и по патрубку 6 выводятся из аппарата. Оставшийся слой легкой фазы, двигаясь дальше, достигает основания 15 обечайки 11, отрывается от него, попадает в камеру вывода 4 и по патрубку 6 выводится из аппарата.

Твердые примеси аналогично каплям тяжелой фазы концентрируются у наружной свободной поверхности эмульсионного слоя. Более крупные и плотные частицы могут частично выходить из эмульсионного слоя в зоне камеры разделения устройства вывода тяжелой фазы 14 и транспортироваться далее с тяжелой фазой наружу аппарата, а остальные частицы выводятся вместе с легкой фазой. При этом на наружной конусной поверхности обечайки 11 не происходит никакого накопления осадка при любой высокой концентрации твердой фазы в исходных растворах, что способствует сохранению условий сепарации эмульсии в камере разделения 14.

Из условия равенства силы поверхностного натяжения легкой фазы и центробежной силы, действующих на каплю тяжелой фазы или твердую частицу в момент их отрыва от свободной поверхности эмульсионного слоя, можно получить: d где d диаметр капли (частицы), м; ω- угловая скорость, рад/с; σ- поверхностное натяжение легкой фазы, Н/м; ρ- плотность тяжелой фазы (частицы), кг/м³; r радиус места отрыва от свободной поверхности эмульсионного слоя, м.

Из полученного выражения следует, что для сепарации более мелких капель (частиц) следует увеличивать угловую скорость и радиус обечайки. Слияние капель в более крупные способствует их выводу из эмульсионного слоя на меньшем радиусе, что уменьшает унос тяжелой фазы с легкой фазой. Производительность обечайки возрастает практически линейно с увеличением глубины погружения ее вершинной части 13 в эмульсию в смесительной камере 2, до тех пор, пока эмульсия не начнет забрызгиваться в камеру вывода 3 тяжелой фазы. В роторе предложенного экстрактора отсутствует гидрозатвор, в связи с чем, в пусковом режиме отпадает необходимость обязательной подачи в экстрактор в первую очередь тяжелой фазы для его образования, как в прототипе.

Таким образом, использование предложенного центробежного экстрактора позволяет полностью исключить осаждение и накопление осадка твердой фазы в разделительной камере и уменьшение производительности, а также упростить конструкцию ротора.

Формула изобретения

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР, включающий привод, опору, вал, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, ротор с транспортирующим устройством, камерой разделения, устройствами выводам фаз, отличающийся тем, что транспортирующее устройство образовано вершинной частью обечайки, расположенной в смесительной камере, камера разделения и устройство вывода тяжелой фазы образованы средней частью наружной поверхности обечайки, расположенной в зоне камеры вывода тяжелой фазы, а основание обечайки расположено в камере вывода легкой фазы.

РИСУНКИ

Рисунок 1