Центрифуга для разделения суспензии

 

Использование: изобретение относится к оборудованию для разделения жидких неоднородных систем в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Сущность: центрифуга для разделения суспензии содержит 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 торцем ротора по меньшей мере одно отверстие для вывода легкой фракции, кольцевым каналом для подвода рециркулята в зону накопления тяжелой фракции, транспортирующим средством рециркулята и средством подвода исходной суспензии. Центрифуга 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. Под скребковым элементом расположен радиально с зазором стержень для вибрационного разрыхления тяжелой фракции. 2 ил.

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

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. 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 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.

Технический результат изобретения заключается в увеличении производительности центрифуги.

Он 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 и корпусом и расположенным неподвижно в роторе в зоне накопления тяжелой фракции скребковым элементом для перемешивания и сдвига ее к отверстию для вывода, выполненным в виде секторной пластины, и стержнем для вибрационного разрыхления тяжелой фракции, расположенным радиально с зазором под скребковым элементом, при этом один конец стержня упруго прикреплен к валу ротора, а другой расположен свободно с зазором в отверстии для вывода тяжелой фракции.

На фиг. 1 изображен общий вид центрифуги для разделения суспензии; на фиг.2 сечение А-А 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, выполненным в виде секторной пластины, и стержнем 16, расположенным радиально с зазором под скребковым элементом 15, причем один конец стержня 16 упруго прикреплен к валу 5 ротора 6, а другой расположен свободно с зазором в отверстии 8 для вывода тяжелой фракции. Упругое закрепление стержня 16 выполнено с помощью цилиндрической пружины 17, один из концов которой закреплен на стержне 16, а другой конец закреплен на направляющем пальце 18, жестко связанным с валом 5 и расположенным соосно с отверстием 8. Стенка приемной камеры 2 состоит из двух конусообразных обечаек верхней 19 и нижней 20, расположенных меньшими основаниями вниз одна 20 под другой 19 с образованием между ними кольцевой щели 21, причем диаметр меньшего основания 22 верхней обечайки 19 превышает диаметр большего основания 23 нижней обечайки 20. Нижняя обечайка 20 образует камеру 24 сбора рециркулята, а сборник 3 представляет собой кольцевой карман, расположенный снаружи приемной камеры 2 и сообщенный с ее внутренней полостью через указанную кольцевую щель 21. Меньшее основание 22 верхней обечайки 19 расположено выше большего основания 23 нижней обечайки 20. Транспортирующее средство 13 расположено в камере 24 и имеет центральное отверстие 25, в котором с зазором размещено средство 14 в виде патрубка с выходным отверстием 26, расположенным внутри ротора 6, и средство 10 для отвода легкой фракции в виде напорного диска, закрепленного на патрубке 27, который снабжен вентилем 28. Ротор 6 с помощью лопастей крестовины 29 и разделительного диска 30 с сегментными переточными отверстиями 31 жестко закреплен на валу 5, который установлен в подшипниковой опоре 32 и сочленяется через муфту 33 с приводом 34. Ротор 6 установлен с кольцевым зазором 35 с разделительным диском 30, а кольцевой канал 12 образован конусообразной обечайкой 36, расположенной с зазором и снаружи ротора 6, и закрепленной на разделительном диске 30. Крышка 7 образует с разделительным диском 30 кольцевой зазор 37 с зоной 9 в периферийной его части, в которых расположены скребковый элемент 15 и стержень 16 с пружиной 17, 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 закреплен на корпусе 1 с помощью промежуточного звена 38, расположенного в зазоре между валом 5 и средством 11. Сборник 3 снабжен наклонным дном 39 с отверстием 40 в нижней его части, а сборник 4 снабжен патрубком 41. Транспортирующее средство 13 расположено ниже большего основания 23 и имеет диаметр, меньший диаметра переливного отверстия средства 11.

Центрифуга для разделения суспензии работает следующим образом. Исходную суспензию по патрубку 14 через отверстие 26 подают в ротор 6, где между лопастями крестовины 29 под действием центробежной силы она транспортируется к периферии и через зазор 35 и отверстия 31 и 8 выводится из ротора 6 в приемную камеру 2, откуда сливается самотеком вниз по верхней конусообразной обечайке 19 к ее меньшему основанию 22. При заданном расходе исходной суспензии ее поток, отрываясь от меньшего основания 22, перетекает в виде конусообразной свободной струи в воздухе над кольцевой щелью 21 на нижнюю конусообразную обечайку 20 ниже ее большего основания 23 и далее в камеру 24. Здесь суспензия захватывается транспортирующим средством 13, направляется в кольцевой канал 12 и по нему к кольцевому зазору 35, где объединяется с потоком исходной суспензии и таким образом рециркулирует со все возрастающим расходом. В результате этого давление в кольцевом зазоре 35 и отверстиях 31 и 8 возрастает, а радиус свободной поверхности суспензии в роторе 6 между лопастями крестовины 29 и в кольцевых зазорах 12 и 37 уменьшается в направлении оси вращения 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 27 и через вентиль 28, а другой через сборник 4 и по патрубку 41 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 35, пройдя через который, попадают в рециркулирующий поток тяжелой фракции, транспортируясь далее вместе с ним. При этом в кольцевом канале 12 на внутренней поверхности конусообразной обечайки 36 накапливается некоторая масса осадка, постоянно увеличивающаяся и сдвигающаяся под действием центробежной силы к отверстиям 31 и 8, 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 неподвижного скребкового элемента 15. Это приводит к увеличению концентрации твердой фазы в рециркулирующем потоке сгущенной тяжелой фракции, а также ее вязкости и гидравлического сопротивления отверстия 8 окружного зазора между отверстием 8 и pазмещенным в нем стержнем 16, в результате чего этот поток уменьшается и становится меньше потока исходной суспензии. При этом, траектория свободной струи рециркулирующего потока после отрыва от меньшего основания 22 снижается в кольцевую щель 21 и попадает в сборник 3, в результате чего поток сгущенной тяжелой фракции по наклонному дну 39 транспортируется самотеком вниз и через отверстие 40 выводится наружу центрифуги, а рециркуляция тяжелой фракции прекращается. После вывода в этом режиме 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 22 повышается над кольцевой щелью 21 и начинается вновь рециркуляция тяжелой фракции, а отвод сгущенной тяжелой фракции прекращается. В процессе рециркуляции или отвода из центрифуги тяжелой фракции исходная суспензия с заданным расходом продолжает разделяться в роторе 6, что обеспечивает непрерывный отвод легкой фракции с помощью средств 10 и 11. 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 уменьшить количество отверстий 8 до одного, при одновременном увеличении его диаметра, что повышает надежность вывода осадка. Однако при высокой концентрации твердой фазы в сгущенной тяжелой фракции, в особенности когда она приобретает свойство "предела текучести", возмущающего воздействия скребкового элемента 15 может оказаться недостаточно для прочистки отверстия 8 от пробки осадка. При выполнении скребкового элемента 15 в виде секторной пластины на его лобовой набегающей по потоку и кормовой задней по потоку кромках-гранях возникают соответственно избыточное и пониженное давления жидкости, которые через зазор попеременно передаются на вращающиеся вместе с ротором 6 и связанные друг с другом стержень 16 и пружину 17, что приводит к вынужденной периодической вибрации стержня 16. Размещение в отверстии 8 постоянно вибрирующего свободного конца стержня 16 способствует разрыхлению и разрушению пробки осадка по всей ее толщине на протяжении всей длины этого отверстия, что предотвращает его забивку и, следовательно, увеличивает производительность центрифуги. При этом очевидно, что амплитуда колебаний стержня 16 в отверстии 8 не превышает разности их диаметров, а частота этих колебаний не меньше частоты вращения ротора 6.

Таким образом, предложенная центрифуга для разделения суспензии по сравнению с прототипом позволяет увеличить надежность вывода сгущенной тяжелой фракции осадка из ротора через его периферийное отверстие и производительность центрифуги.

Формула изобретения

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, 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, выполненным в виде секторной пластины, и стержнем для вибрационного разрыхления тяжелой фракции, расположенным радиально с зазором под скребковым элементом, при этом один конец стержня упруго прикреплен к валу ротора, а другой расположен свободно с зазором в отверстии для вывода тяжелой фракции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2