ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к конструкциям центробежных экстракторов для системы жидкость-жидкость и может быть использована в радиохимическом производстве для проведения массообменных процессов, а также в атомной промышленности, химической, фармацевтической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности.
Объектом патентной защиты по настоящей заявке является усовершенствованная конструкция центробежного экстрактора, обладающая повышенной надежностью, герметичностью и улучшенными условиями эксплуатации, особенно при выполнении работ на дистанции.
Из современного уровня техники известны аналогичные технические решения, которые решают те же самые задачи с помощью аналогичных конструкций.
Известен центробежный экстрактор, включающий привод, опору, вал, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы и крышкой, причем гидрозатвор выполнен в виде кольца и обечайки, жестко закрепленных соответственно на валу и опоре, при этом обечайка размещена между кольцом и крышкой ротора (см. авторское свидетельство СССР №1546096, кл. В01Д 11/04, публ. 1990 г.).
Недостатком экстрактора является отсутствие возможности дистанционной и плавной регулировки вращающегося ротора.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предложению заявителя является центробежный экстрактор, включающий опору и корпус со смесительной камерой и камерами сбора фаз, привод, вал (приводной вал), ротор с камерой разделения, трубкой с перелевным отверстием (трубка в отверстии стены ротора), разделительным диском с переточным отверстием (под крышкой с зазором относительно крышки и стен ротора жестко закреплен диск, образующий со стенками ротора разделительную камеру) и транспортирующим устройством (механизмом подачи смеси в разделительную камеру) и гидрозатвор, образованный закрепленной на валу крышкой (жестко закрепленной на роторе крышкой) с переливным отверстием (с отверстием концентричным приводному валу) и закрепленной на опоре обечайкой, расположенной в зоне переливного отверстия крышки с зазором с ней, при этом обечайка выполнена в виде кольца (фигурного зазорообразующего элемента), установленного в корпусе снаружи ротора с возможностью перемещения относительно крышки вдоль приводного вала ротора по резьбе, выполненной на его внешней стенке, которая связана с поводковым механизмом его перемещения и фиксации, причем диаметр переливного отверстия крышки ротора больше внутреннего и меньше внешнего диаметров кольца (см. пат. РФ №2085249, кл. В01Д 11/04, публ. 1997 г.).
Основной проблемой экстракторов данного типа является возможность разрушения обечайки с кольцом, и крышки ротора, так как после разворота обечайки с помощью поводка на определенный угол ее положение жестко фиксируется с помощью гайки, образуя определенную величину зазора между ними. Однако в процессе работы экстрактора положение крышки ротора, вращающегося с большой скоростью относительно неподвижной обечайки с кольцом, может измениться и в момент регулировки зазора между ними в сторону уменьшения, она может коснуться обечайки, что приведет к разрушению. В данной конструкции сложно обеспечить герметичность корпуса в пазу, в котором перемещается и фиксируется поводок. Кроме того, поводковый механизм поворота и фиксации положения обечайки в корпусе для управления на дистанции слишком неудобен.
Задача усовершенствования описанных выше центробежных экстракторов состоит в улучшении эксплуатационных характеристик, что очень важно при выполнении работ на дистанции в особо тяжелых условиях, где присутствие обслуживающего персонала нежелательно.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в повышении надежности центробежных экстракторов путем увеличении ресурса работы кольцевого фигурного зазорообразующего элемента и крышки ротора за счет того, что во время осуществлении плавной регулировки зазора между ними в сторону уменьшения, когда в результате каких-то обстоятельств возможно случайное касание, зазорообразующий элемент имеет возможность в процессе коротковременного касания провернуться в одну сторону совместно с крышкой ротора и переместиться вдоль приводного вала в противоположном от нее направлении, а также путем упрощения механизма регулирования и фиксации положения зазорообразующего элемента, что очень важно при выполнении процесса на дистанции, и улучшения герметичности корпуса в месте расположения приводного элемента механизма регулирования.
Указанный выше технический результат достигается за счет того, что в центробежном экстракторе, содержащем корпус и размещенные в нем смесительной камеру с входными патрубками, камеры сбора разделенных тяжелой и легкой фаз с выходными патрубками и размещенную между ними разделительную камеру, образованную стенкой ротора, жестко закрепленного на приводном валу, и диском, жестко закрепленным на том же валу с зазором относительно стенки ротора, на входе в разделительную камеру размещен механизм подачи смеси из смесительной камеры, на выходе из ротора с зазором относительно диска разделительной камеры жестко закреплена крышка с отверстием соосным приводному валу, а в корпусе со стороны привода через зазор от крышки соосно валу по резьбе сочленен кольцевой фигурный зазорообразующий элемент, который связан с механизмом регулирования его положения в виде приводного элемента, установленного в отверстии корпуса, и фиксатора в виде прижимной гайки, разделительная камера при этом через трубки в стенке ротора связана с камерой сбора легкой фазы, а через зазоры, образующие гидрозатвор, - с камерой сбора тяжелой фазы, резьба сочленения кольцевого фигурного зазорообразующего элемента с корпусом выполнена между корпусом и внутренней стенкой этого элемента и имеет направление вращения противоположное направлению вращения вала привода ротора, при этом приводной элемент механизма регулирования связан с зазорообразующим элементом через зубчатую передачу в виде двух, находящихся в зацеплении цилиндрических прямозубых шестерен, одна из которых ведомая выполнена на внешней стенке зазорообразующего элемента, а другая - на приводном элементе, при этом фиксатор выполнен в виде разрезной цанги, размещенной на нем между корпусом и прижимной гайкой, а в отверстии корпуса между приводным элементом и стенкой размещена герметичная втулка из фторопласта, при этом на свободном конце приводного элемента механизма регулирования положения и фиксации зазорообразующего элемента закреплена рукоять, а на корпусе в зоне рукояти - лимб.
Выполнение сочленения фигурного зазорообразующего элемента с корпусом по резьбе, выполненной во внутренней стенке кольцевого фигурного зазорообразующего элемента в направлении противоположном направлению вращения приводного вала ротора позволяет без остановки работы экстрактора при необходимости изменения зазора между зазорообразующим элементом и крышкой ротора в сторону уменьшения при их случайном соприкосновении избежать разрушения, так как в процессе их вращения в разном направлении происходит коротковременное касание и зазорообразующий элемент, положение которого во время регулирования не зафиксировано, имеет возможность провернуться по резьбе совместно с крышкой ротора в одном направлении.
Выполнение связи приводного элемента механизма регулирования с зазорообразующим элементом через зубчатую передачу в виде двух, находящихся в зацеплении цилиндрических прямозубых шестерен, одна из которых ведомая выполнена на внешней стенке зазорообразующего элемента, а другая ведущая - на приводном элементе, позволяет в момент регулирования зазора между этим элементом и крышкой ротора в сторону уменьшения не только их совместно провернуть в результате коротковременного касания, но и в пределах толщины зубьев шестерни переместиться по резьбе в корпусе вдоль приводного вала ротора в сторону противоположную от крышки ротора, в результате разрушение их не происходит.
Выполнение фиксатора приводного элемента механизма регулирования положения кольцевого фигурного зазорообразующего элемента в виде разрезной цанги, размещенной на нем между корпусом и прижимной гайкой, позволяет значительно упростить эксплуатацию механизма регулирования при выполнении на дистанции переработки агрессивных сред, например с высоким уровнем радиации, так как требуется осуществить лишь поворот приводного элемента и обжать его цангой с помощью гайки.
Размещение герметичной втулки в отверстии корпуса между его стенкой и приводным элементом механизма регулирования положения и фиксации зазорообразующего элемента и выполнение его из фторопласта позволяет обеспечить не только герметичность корпуса экстрактора в этом месте, но и беспрепятственный поворот приводного элемента в этом отверстии, так как фторопласт обладает прекрасными антифрикционными качествами.
Крепление рукояти на свободном конце приводного элемента механизма регулирования положения зазорообразующего элемента и на корпусе в этом месте лимба повышает точность регулирования и фиксации и упрощает осуществление этого процесса.
Таким образом, заявлено техническое решение поставленной задачи полезная модель центробежного экстрактора, сущность которого выражается в новой совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного заявителем нового технического результата, который проявляется при его использовании, так как данная модель обладает более высокой надежностью и ею проще пользоваться, что очень важно при выполнении на дистанции процесса жидкостной экстракции в сложных условиях радиационной обстановки.
Заявленная полезная модель соответствует всем критериям патентоспособности.
Она является новой, так как совокупность ее существенных признаков неизвестна из уровня техники, доказательством чего является отсутствие отличительных признаков заявленного центробежного экстрактора в центробежных экстракторах, являющихся ближайшими его аналогами по технической сущности.
Полезная модель промышленно применима, так как в настоящее время она прошла промышленные испытания, подтвердившие ее надежность, удобство и простоту осуществления регулирования процесса на дистанции, обеспечила чистоту на рабочей площадке. Конкретные конструктивные признаки заявленного экстрактора реально воспроизводимы и не противоречат применению в промышленных условиях.
На представленной фиг.1 схематично изображен предлагаемый центробежный экстрактор в разрезе.
На фиг.2 в увеличенном масштабе показана позиция I, фиг.1.
o
1
2
Центробежный экстрактор содержит корпус 1 со смесительной камерой 2 с входными патрубками 3, камерами 4, 5 сбора разделенных тяжелой и легкой фаз с выходными патрубками 6, приводным валом 7 с закрепленным на нем мешалкой 8, механизмом 9 подачи смеси, размещенным на входе в смесительную камеру 2, ротором 10, на котором со стороны привода 11 жестко закреплена крышка 12 с отверстием 13 концентричным валу 7, а под крышкой 12 с зазорами 14, 15 относительно последней и стен ротора 10 на этом же валу 7 жестко закреплен диск 16, образующий со стенками ротора 10 разделительную камеру 17, которая через трубки 18 в отверстиях стен ротора связана с камерой 5 сбора легкой фазы, а через зазоры 14, 15 и 19, образующий гидрозатвор, - с камерой 4 сбора тяжелой фазы. Кроме того, в корпусе 1 концентрично приводному валу 7 между приводом 11 и через зазор 19, крышкой 12 ротора 10 размещен фигурный кольцевой зазорообразующий элемент 20 гидрозатвора, который сочленен с корпусом 1 по резьбе 21, выполненной на его внутренней стенке в направлении противоположном направлению вращения приводного вала 7 ротора 10 с крышкой 12, и имеет возможность перемещения вдоль приводного вала 7, так как приводной элемент 22 механизма ругелирования положения и фиксации зазорообразующего элемента 20 связан с внешней стенкой последнего через зубчатую передачу, выполненную в виде цилиндрической прямозубой ведомой шестерни 23 на внешней стенке зазорообразующего элемента 20, и ответной цилиндрической шестерни 24 на приводном элементе 22, которая не только обеспечивает его вращение, но и перемещение по резьбе21 в пределах толщины ее зубьев вдоль приводного вала 7 ротора 10. При этом фиксатор механизма регулирования выполнен в виде разрезной цанги 25, взаимодействующей с нажимной гайкой 26. а в отверстии корпуса между приводным элементом 22 и стенкой размещена герметичная втулка 27 из фторопласта, которая обжимает последний. Диаметр d отверстия 13 в крышке 12 ротора 10 больше внутреннего диаметра d и меньше внешнего диаметра d фигурного кольцевого зазорообразующего элемента 20. На свободном конце приводного элемента 22 закреплена рукоять 28. а на корпусе 1 в зоне рукояти 28 размещен лимб 29 измерения угла поворота приводного элемента 22 с шестерней 24.
Предложенный центробежный экстрактор работает следующим образом. Исходные растворы по входным патрубкам 3 подают в смесительную камеру 2, где они перемешиваются мешалкой 8 для осуществления массопередачи распределяющегося компонента и образовавшаяся эмульсия подается механизмом подачи 9 во вращающийся ротор 10. Под действием центробежной силы эмульсия в камере разделения 17 расслаивается на составные фазы, образующие кольцевой эмульсионный слой с максимальным радиусом, меньшим радиуса расположения переточного отверстия 14 разделительного диска 16 и минимальным радиусом, большим радиуса переливного отверстия трубки 18. Легкая фаза через переливное отверстие по трубке 18 выводится из ротора 10 в камеру сбора 5 и далее по патрубку 6 наружу экстрактора. Тяжелая фаза через переточное отверстие 14 поступает в гидрозатвор 15, подается к оси вращения вала 7 к переливному отверстию 13 и выводится из ротора 10 в направлении к периферии через зазор 19 в камеру сбора 4 и далее по патрубку 6 наружу экстрактора.
При увеличении расходов исходных растворов радиальный размер эмульсионного слоя в роторе 10 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 10 зависит от давления тяжелой фазы в гидрозатворе 15 и, следовательно, от величины ее бьефа над переливным отверстием 13, который в свою очередь зависит от гидравлического сопротивления ее потоку в зазоре 19. Например, при уменьшении ширины зазора 19 гидравлическое сопротивление потоку тяжелой фазы возрастает, что приводит к увеличению ее бьефа над переливным отверстием 13 и давления тяжелой фазы в гидрозатворе 15. В результате этого эмульсионный слой в роторе 10 смещается в направлении оси вращения к переливному отверстию трубки 18, что приводит к увеличению уноса тяжелой фазы с легкой при одновременном уменьшении уноса легкой фазы с тяжелой. Для этого снаружи корпуса 1 ослабляют гайку 26, освобождая цанговый зажим 25, и плавно поворачивают в нужном направлении на заданный угол рукоятью 28 приводного элемента 22 шестерни 24. В результате этого шестерни 24 и 23 плавно поворачивают зазорообразующий элемент 20 в резьбовом соединении 21 и одновременно перемещается в направлении крышки 12, а зазор 19 между ней и зазорообразующим элементом 20 уменьшается, после чего вновь закрепляют гайкой 26 цанговый зажим 25, приводной элемент 22 шестерни 23 и, следовательно, зазорообразующий элемент 20. Для перераспределения взаимных уносов фаз в противоположном направлении увеличивают зазор 19, поворачивая приводной элемент 22 шестерни 24 в обратном направлении. При этом очень важно, что в момент регулирования с помощью приводного элемента 22 величины зазора 19 между крышкой 12 ротора 10 и зазорообразующей поверхностью кольцевого фигурного элемента 20, особенно в сторону уменьшения, полностью исключается выход из строя этих деталей, так как в случае их случайного соприкосновения, в силу каких-то обстоятельств, зазорообразующий элемент 20 до момента фиксации его в требуемом положении с помощью взаимодействия нажимной гайки 26 с разрезной цангой 25 имеет возможность зацепиться с крышкой 12 ротора 10, так как резьба 21 на его внутренней стенке имеет направление противоположное направлению вращения ротора 10 с крышкой 12, а затем в пределах толщины зубчатого зацепления 23, 24 по резьбе 21 вдоль приводного вала 7 переместиться в противоположную сторону от ротора 10 с крышкой 12, то есть уйти от взаимного разрушения.
При обработке агрессивных сред расположенные снаружи корпуса 1 часть приводного элемента 22 вместе с рукоятью 28 и цанговым зажимом 25 с гайкой 26 размещают за биологической защитой любой толщины, окружающий корпус 1, что позволяет вручную дистанционно регулировать зазор 19 без остановки технологического процесса. Герметичная втулка 27 выполнена из уплотняющего материала, например, фторопласта, установлена в отверстии корпуса 1 без зазора и охватывает плотно приводной элемент 22 шестерни 24 по посадке, не препятствующей его повороту.
Таким образом, заявлено техническое решение задачи, указанной выше, совокупность признаков которого неизвестна из настоящего уровня техники, обладает новизной по сравнению с выбранным прототипом, технически выполнимо, промышленно применимо, особенно для маломощных экстракторов, 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 исключено разрушение ответственного узла, влияющего на эффективность массопередачи, а значит на обеспечение эффективности извлечения и очистку целевого продукта, особенно, если этим продуктом являются радиоактивные, ядовитые и токсичные вещества и его потери недопустимы. Так как описанный выше процесс регулирования зазора между рабочими элементами этого узла осуществляется после каждого отбора пробы на чистоту целевого продукта, очень важно, что связь приводного элемента с зазорообразующим элементом и фиксация его в требуемом положении значительно упрощены для эксплуатации механизма регулирования этого узла при выполнении экстрагирования опасных продуктов на дистанции, при этом обеспечена полная герметичность корпуса предложенного экстрактора.