ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к жидкостной экстракции, а именно к конструкциям центробежных экстракторов для системы жидкость-жидкость, в том числе для переработки агрессивных сред, например, радиоактивных растворов, и может быть использована в гидрометаллургической, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Из уровня техники известен центробежный экстрактор, содержащий корпус (см. патент RU 135523 U1, B01D 11/04, дата публикации 20.12.2013), на съемной крышке которого установлен привод с валом, жестко связанным с ротором, внутренние стенки ротора образуют разделительную камеру, в которой со стороны приводного вала размещен механизм вывода легкой и тяжелой фаз, жестко закрепленный на роторе, переливные и переточные отверстия механизма сообщаются соответственно с карманами для сбора разделенных тяжелой и легкой фаз, которые выполнены в корпусе и сообщаются соответственно с выходными патрубками, механизм также имеет зазорообразующий элемент, который связан с механизмом регулировки его положения, при этом нижняя часть корпуса под ротором служит смесительной камерой, которая через лопастный транспортирующий механизм связана с разделительной камерой, имеет лопастную мешалку и входные патрубки.
Недостатком указанного центробежного экстрактора является сложность изготовления и эксплуатации механизма регулирования положения зазорообразующего элемента, поскольку требуется изготовление и эксплуатация деталей высокой точности (зубьев шестерни). Кроме того, увеличивается потребляемая приводом мощность за счет трения вращающейся жидкости о неподвижный зазорообразующий элемент.
Кроме того, известен центробежный экстрактор (см. патент SU 1825641 A1, B01D 11/04, дата публикации 07.07.1993), содержащий корпус, на съемной крышке которого установлен привод с валом, жестко связанным с ротором, внутренние стенки ротора образуют разделительную камеру, в которой со стороны приводного вала размещен механизм вывода легкой и тяжелой фаз в виде кольцевой перегородки, жестко закрепленной на роторе, переливные и переточные отверстия механизма сообщаются соответственно с карманами для сбора разделенных тяжелой и легкой фаз, которые выполнены в корпусе и сообщаются соответственно с выходными патрубками, механизм также имеет продольно перемещающийся шток с зазорообразующим элементом, при этом нижняя часть корпуса под ротором служит смесительной камерой, которая через лопастный транспортирующий механизм связана с разделительной камерой, имеет лопастную мешалку и входные патрубки.
Недостатком данного центробежного экстрактора является неудобство его регулировки, поскольку для этого требуется открыть крышку, и, вращая полумуфту, выставить напротив отверстия, а затем открутить на 1-2 оборота шесть болтов и выставить напротив отверстия четырехгранник штока, что уменьшает надежность экстрактора при его эксплуатации в условиях, когда требуется частая регулировка границы раздела фаз.
Наиболее близким по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату к предложению заявителя является центробежный экстрактор (см. патент SU 1153943 A, B01D 11/04, дата публикации 07.05.1985), содержащий корпус, на съемной крышке которого установлен привод с валом, жестко связанным с ротором, внутренние стенки ротора образуют разделительную камеру, в которой со стороны приводного вала размещен механизм вывода легкой и тяжелой фаз, выполненный в виде кольцевых перегородок, жестко закрепленных на роторе, переливные и переточные отверстия механизма сообщаются соответственно с карманами для сбора разделенных тяжелой и легкой фаз, которые выполнены в корпусе и сообщаются соответственно с выходными патрубками, механизм также имеет продольно перемещающийся шток с зазорообразующими элементами, при этом нижняя часть корпуса под ротором служит смесительной камерой, которая через лопастный транспортирующий механизм связана с разделительной камерой, имеет лопастную мешалку и входные патрубки.
Недостатком данного центробежного экстрактора является невозможность плавной регулировки диаметра переливного порога тяжелой фазы обрабатываемой смеси, так как возможна только ступенчатая регулировка, что ухудшает технологические показатели процесса экстракции вследствие возникновения при этом взаимного уноса фаз. Сложна конструкция механизма вывода легкой и тяжелой фаз из экстрактора и его зазорообразующего элемента, что значительно усложняет процесс регулировки диаметра переливного порога эмульсии. Сложным является и узел приводного вала, через который пропущен шток зазорообразующего элемента. Все это вместе снижает надежность конструкции центробежного экстрактора, особенно когда его обслуживание осуществляется дистанционно.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение технологических показателей процесса экстракции при упрощении конструкции аппарата и улучшении его эксплуатационных характеристик, что очень важно при выполнении работ в опасных для персонала условиях, где аппараты обслуживаются дистанционно.
Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью, является повышение точности процесса регулирования диаметра переливного порога эмульсии за счет осуществления плавной регулировки, что исключает взаимный унос разделенных фаз обрабатываемого раствора, а также повышение надежности работы механизма вывода из экстрактора разделенных тяжелой и легкой фаз за счет упрощения его конструкции и конструкции зазорообразующего элемента, а это значительно улучшает эксплуатационные свойства экстрактора.
Технический результат достигается тем, что заявлен центробежный экстрактор, содержащий корпус, на съемной крышке которого установлен привод с валом, жестко связанным с ротором, внутренние стенки ротора образуют разделительную камеру, в которой со стороны приводного вала размещен механизм вывода легкой и тяжелой фаз, выполненный в виде кольцевой перегородки, жестко закрепленной на роторе, сквозные переливные отверстия, сквозные периферийные радиальные переточные отверстия для вывода отделенной легкой фазы и сквозные переточные отверстия для вывода отделенной тяжелой фазы этого механизма сообщены соответственно с карманами для сбора разделенных легкой и тяжелой фаз, которые выполнены в корпусе и сообщены соответственно с выходными патрубками, при этом зазорообразующий элемент механизма жестко закреплен на штоке, который установлен соосно приводному валу с возможностью продольного перемещения и фиксации, а часть корпуса под ротором служит смесительной камерой, которая через лопастный транспортирующий механизм связана с разделительной камерой и имеет лопастную мешалку и входные патрубки, при этом сквозные периферийные переточные отверстия для вывода разделенных фаз выполнены в кольцевой перегородке, причем сквозные переточные отверстия для вывода тяжелой фазы выполнены перпендикулярно радиальным переточным отверстиям для вывода отделенной легкой фазы, а переливные отверстия выполнены в фигурных элементах, которые аналогичны друг другу и жестко закреплены по обе стороны кольцевой перегородки с образованием зазора относительно последней, причем переливное отверстие для сообщения с переточными отверстиями для вывода тяжелой фазы выполнено в верхнем фигурном элементе со стороны приводного вала, а другое переливное отверстие выполнено в нижнем фигурном элементе со стороны разделительной камеры для сообщения с переточными отверстиями вывода легкой фазы, при этом зазорообразующий элемент, диаметр которого больше диаметра переливного отверстия, сообщающегося с переточными отверстиями для вывода легкой фазы, и который закреплен на штоке в разделительной камере и установлен между нижним фигурным элементом и донной частью разделительной камеры, а приводной вал ротора выполнен сплошным.
Выполнение сквозных периферийных переточных отверстий для вывода разделенных фаз в кольцевой перегородке механизма и выполнение сквозных отверстий для вывода отделенной тяжелой фазы перпендикулярно радиальным переточным отверстиям для вывода отделенной легкой фазы, а также выполнение переливных отверстий в фигурных элементах, аналогичных друг другу и жестко закрепленных с образованием зазора на кольцевой перегородке, одного со стороны приводного вала, а другого со стороны разделительной камеры, соответственно для сообщения с переливным отверстием вывода тяжелой фазы и переливным отверстием вывода легкой фазы, позволяют (по сравнению с прототипом) значительно упростить конструкцию механизма вывода из экстрактора разделенных легкой и тяжелой фаз, сделать его более технологичным в процессе изготовления, так как он не содержит сложных составляющих, упростить и разгрузить узел приводного вала и сделать его более надежным.
Размещение в разделительной камере между ее донной частью и нижним фигурным элементом штока с зазорообразующим элементом, диаметр которого больше диаметра переливного отверстия, сообщающегося с переточным отверстием для отделенной легкой фазы смеси, позволяет упростить и разгрузить узел приводного вала и сделать его более надежным.
При этом такая конструкция зазорообразующего элемента и его размещение позволяют осуществлять плавную регулировку диаметра свободной поверхности отделенной легкой фазы в роторе путем плавного изменения зазора между переливным отверстием отделенной легкой фазы и зазорообразующим элементом, что уменьшает взаимные уносы фаз.
При этом шток кроме своей основной функции является элементом, который вращает мешалку в смесительной камере.
В отдельных случаях для плавной регулировки диаметра переливного порога отделенной легкой фазы продольно перемещающийся шток может быть установлен в разделительной камере с возможностью поворота вокруг своей оси, а в его зазорообразующем элементе и в нижнем фигурном элементе с переливным отверстием для легкой фазы, если между ними нет зазора, выполнены секторные пазы, частично перекрывающиеся при повороте.
Таким образом, заявлена полезная модель центробежного экстрактора, в которой узел приводного вала, механизм вывода легкой и тяжелой фаз, закрепленный на роторе и приводном валу, а также зазорообразующий элемент, размещенный в разделительной камере ротора, составляют единую конструкцию, что значительно упрощает процесс выполнения плавной регулировки, так как для осуществления ее достаточно снять с крышки экстрактора крепежные элементы и вместе с ней поднять приводной вал с ротором и, освободив шток с зазорообразующим элементом, изменить величину зазора между этим элементом и нижним фигурным элементом с переливным отверстием вывода легкой фазы смеси.
На представленной фиг. 1 схематично изображен предлагаемый центробежный экстрактор в разрезе, на фиг. 2-4 схематично изображен пример исполнения механизма регулируемого вывода легкой фазы из ротора.
Полезная модель промышленно применима, так как в настоящее время она прошла стендовые испытания, подтвердившие ее надежность, удобство и простоту регулирования. Конкретные конструктивные признаки заявленного экстрактора реально осуществимы и не противоречат применению в промышленных условиях.
Заявленный центробежный экстрактор (фиг. 1) содержит корпус 1, на съемной крышке 2 которого установлен привод 3, который через муфту 4 сочленяется с валом 5, выполненным сплошным и жестко связанным с ротором 6. Внутренние стенки ротора 6 образуют разделительную камеру 7, в которой со стороны приводного вала 5 размещен механизм вывода легкой и тяжелой фаз, содержащий кольцевую перегородку 8, жестко закрепленную на роторе 6 и приводном валу 5, по периферии которой радиально выполнены сквозные переточные отверстия 9 для вывода легкой фазы и перпендикулярно им сквозные переточные отверстия 10 для вывода тяжелой фазы, которые сообщаются соответственно с карманами 11, 12 для сбора разделенных тяжелой и легкой фаз с выходными патрубками 13. Продольно перемещающийся шток 14 с зазорообразующим элементом 15 размещен в разделительной камере 7, при этом нижняя часть корпуса 1 под ротором 6 служит смесительной камерой 16, которая через лопастный транспортирующий механизм 17, выполненный с возможностью подачи смеси из смесительной камеры 16, связана с разделительной камерой 7, имеет лопастную мешалку 18, закрепленную на роторе 6, и входные патрубки 19. Со стороны приводного вала 5 и ротора 6 на кольцевой перегородке 8 с образованием зазора 20, 21 с ней жестко закреплены аналогичные друг другу фигурные элементы 22, 23. В верхнем фигурном элементе 22 выполнено переливное отверстие 24 тяжелой фазы, соосно валу 5, для сообщения с переточным отверстием 10 тяжелой фазы, а в нижнем фигурном элементе 23 выполнено переливное отверстие 25 легкой фазы для сообщения с переточным отверстием 9 легкой фазы. Кольцевой зазорообразующий элемент 15 на штоке 14 размещен в зоне переливного отверстия 25 легкой фазы соосно валу 5 с зазором 26 относительно нижнего фигурного элемента 23. Шток 14 зазорообразующего элемента 15, одновременно выполняющий функцию вала мешалки 18, установлен между нижним фигурным элементом 23 и донной частью разделительной камеры 7 с возможностью фиксации, проходит через отверстия кольца 27 и втулки 28 наружу ротора 6, где он закрепляется цанговым зажимом 29. Разделительная камера 7 размещена между карманами 11, 12 для сбора разделенных тяжелой и легкой фаз, и в ней установлены радиальные лопасти 30, жестко закрепленные на кольце 27 и втулке 28.
Верхний фигурный элемент 22 может быть выполнен в виде крышки, а нижний фигурный элемент 23 может быть выполнен в виде кольцевой обечайки, закрепленной на кольцевой перегородке 8. Кольцевая перегородка 8 может быть выполнена в виде ступицы.
3
1
3
2
В предложенной полезной модели продольно перемещающийся шток 14 может быть установлен в разделительной камере 7 с возможностью поворота вокруг своей оси и без зазора с нижним фигурным элементом 23, при этом в нижнем фигурном элементе 23 в зоне переливного отверстия 25 для легкой фазы выполнены (фиг. 2, 3, 4) профилированные секторные пазы 31 и ответные пазы 32 в зазорообразующем элементе 15, частично перекрывающиеся при взаимном повороте, что позволяет плавно изменять диаметр ⌀ перелива легкой фазы в интервале ⌀<⌀<⌀.
Центробежный экстрактор работает следующим образом. Исходные растворы по входным патрубкам 19 подают в смесительную камеру 16, где они перемешиваются мешалкой 18 для осуществления массопередачи распределяющегося компонента, и образовавшаяся эмульсия подается транспортирующим механизмом 17 во вращающийся ротор 6. Под действием центробежной силы эмульсия в разделительной камере 7 между лопастями 30 расслаивается на составные фазы, образующие два кольцевых слоя очищенных друг от друга фаз и расположенного между ними кольцевого эмульсионного слоя. Максимальный радиус расположения этого слоя меньше радиуса расположения переточного отверстия 10 тяжелой фазы кольцевой перегородки 8, а минимальный его радиус больше радиуса переливного отверстия 25 легкой фазы нижнего фигурного элемента 23. Легкая фаза через зазор 26 между кольцевым зазорообразующим элементом 15 и нижним фигурным элементом 23 и переливное отверстие 25 по зазору 21 между кольцевой перегородкой 8 и нижним фигурным элементом 23 через переточные отверстия легкой фазы 9 выводится из ротора 6 в карман 12 для сбора легкой фазы, и по выходным патрубкам 13 наружу экстрактора. Тяжелая фаза через переточное отверстие 10 тяжелой фазы поступает в зазор 20 между верхним фигурным элементом 22 и кольцевой перегородкой 8, транспортируется к оси вращения вала 5 к переливному отверстию 24 тяжелой фазы, и выводится из ротора 6 в направлении к периферии в карман 11 для сбора тяжелой фазы и по выходным патрубкам 13 наружу экстрактора.
При увеличении расходов исходных растворов радиальный размер эмульсионного слоя в роторе 6 увеличивается, и появляются взаимные уносы фаз, ухудшающие технологические показатели процесса, что предопределяет необходимость их целенаправленной регулировки. К аналогичному результату может привести и изменение свойств исходных растворов, например, уменьшение разности их плотностей или увеличение вязкости раствора, образующего сплошную фазу. Радиальное положение эмульсионного слоя в роторе 6 зависит от гидравлического сопротивления потоку легкой фазы в зазоре 26 между кольцевым зазорообразующим элементом 15 и нижним фигурным элементом 23.
Например, при уменьшении ширины зазора 26 гидравлическое сопротивление потоку легкой фазы возрастает, что приводит к уменьшению радиуса ее свободной поверхности в роторе 6. В результате этого эмульсионный слой в роторе 6 смещается к периферии к переточному отверстию 10 тяжелой фазы, что приводит к увеличению уноса легкой фазы с тяжелой при одновременном уменьшении уноса тяжелой фазы с легкой. Для регулировки положения эмульсионного слоя после остановки вращения ротора 6 с корпуса 1 снимают крышку 2 с приводом 3, механизмом вывода легкой и тяжелой фаз и ротором 6. Приподнимая ротор 6 над корпусом 1, освобождают цанговый зажим 29, плавно перемещают шток 14 внутрь ротора 6 на требуемое расстояние и вновь закрепляют зажим 29, в результате чего зазор 26 уменьшается, а эмульсионный слой в роторе 6 смещается к периферии.
При этом регулировка положения эмульсионного слоя осуществляется простым и удобным способом, а механизм вывода легкой и тяжелой фаз из экстрактора и его регулировки не содержат деталей, требующих высокой точности изготовления и подгонки их друг к другу, что обеспечивает надежность экстрактора при его эксплуатации в условиях, когда требуется частая плавная регулировка границы раздела фаз.
1
3
2
Для регулируемого вывода легкой фазы из ротора 6 при уменьшении зазора 26 до нуля и соприкосновении зазорообразующего элемента 15 с нижним фигурным элементом 23, после освобождения цангового зажима 29 поворачивают шток 14 во втулке 28 вместе с зазорообразующим элементом 15 на заданный угол и вновь закрепляют зажим 29, в результате чего плавно изменяется диаметр перелива легкой фазы в интервале ⌀<⌀<⌀.
Таким образом, заявлено техническое решение указанной выше задачи, совокупность признаков которого неизвестна из настоящего уровня техники, обладает новизной по сравнению с выбранным прототипом, технически выполнимо и промышленно применимо, что соответствует критериям, характеризующим полезную модель.
В настоящее время изготовлен опытный образец, который прошел испытания и доказал не только промышленную применимость, но и полностью подтвердил новый технический результат, который заключается в значительном повышении надежности усовершенствованного центробежного экстрактора, так как существенно упрощена и ускорена процедура плавного изменения диаметра перелива легкой фазы.