РОТОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО СЕПАРАТОРА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ
ROTOR OF CENTRIFUGAL SEPARATOR FOR SEPARATION OF HETEROGENEOUS FLUIDS

Изобретение относится к области механического разделения гетерогенных жидкостей с помощью жидкостных центробежных сепараторов в пищевых, химических, микробиологических и других производствах.
Известны роторы центробежных сепараторов для разделения гетерогенных жидкостей, включающие корпус с установленным в нем на вставкодержателе пакетом тонкостенных кольцевых вставок, разделенных дистанционными элементами, с отверстиями подачи в межвставочные зазоры разделяемой жидкости (Патент SU 1251412, В04В 1/08 от 01.04.84 и патент SU 1355296, В04В 1/08, 11/02 от 04.07.86). Отверстия выполнены круглыми, и в пакете вставок они образуют каналы, ширина которых по радиусу почти двукратно меньше диаметра отверстий. При эксплуатации и колебаниях производительности, плотности дисперсной фаз-ы или ее процентного содержания такая ширина каналов, дающая малую площадь их поперечного сечения, часто приводит к разрушению поверхности нейтрального слоя в сепараторах-разделителях и даже к изменению направления потока, протеканию его части мимо каналов, что ухудшает результаты сепарирования. В сепараторах-осветлителях, в которых отверстия выполняются у периферии пакета, это приводит к течению части потока разделяемой жидкости снаружи пакета и также к ухудшению разделения.
Увеличение диаметра отверстий уменьшает поверхность осаждения, что также ухудшает качество сепарирования.
С целью увеличения ширины и площади поперечного сечения каналов в пакете вставки выполняют с периферийными арочными вырезами (Патент SU 2007221, В04В 1/08, 11/02 от 15.07.91). Однако такая конструкция вставок приводит к резкому снижению кольцевой жесткости вставок. Вследствие этого происходит деформация краев арочных вырезов вставок, приводящая к существенному пружинению пакета, а также ухудшаются эксплуатационные свойства пакета: повышается вероятность порезов рук аппаратчиц, моющих вставки.
Известен также ротор центробежного сепаратора для разделения гетерогенных жидкостей, включающий корпус с установленным в нем на вставкодержателе пакетом тонкостенных кольцевых вставок конической формы, разделенных дистанционными элементами, с отверстиями подачи в межвставочные зазоры разделяемой жидкости, имеющими один размер больший другого по взаимоперпендикулярным осям и образующими в пакете питающие каналы (Внешторгиздат. Изд. №П1192/2. Сепаратор жировой Г9-РТ-ОМ-4.6 М. Каталог сборочных единиц и деталей на англ яз. Сборочная единица 02-04/1, а также СССР АС 889104 от 14.08.81). При этом отверстия расположены таким образом, что их оси вдоль большего размера ориентированы перпендикулярно образующей конической поверхности вставок. Однако такие отверстия образуют каналы, ширина которых по радиусу остается почти двукратно меньше их ширины вдоль образующей конической вставки, они занимают от половины и более длины окружности, по которой они размещены и выводимая из межвставочных зазоров осажденная дисперсная фракция попадает в зоне отверстий в поток разделяемой жидкости и повторным ее увлечением в межвставочные зазоры. Кроме того остается отрицательный эффект в условиях колебаний подачи жидкости в ротор сепаратора, концентрации или разности плотностей фаз, при которых часть потока разделяемой жидкости может проходить мимо этих каналов, что существенно ухудшает степень разделения.
Конструкция ротора по СССР АС 889104 от 14.08.81 принята за прототип.
Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения эффективной работы сепаратора при колебаниях подачи жидкости в ротор, концентрации или разности плотностей фаз.
С целью достижения указанного технического результата в заявляемом роторе центробежного сепаратора для разделения гетерогенных жидкостей, включающем корпус с установленным в нем на вставкодержателе пакетом тонкостенных кольцевых вставок, разделенных дистанционными элементами, с отверстиями подачи в межвставочные зазоры разделяемой жидкости, имеющими один размер, больший другого по взаимоперпендикулярным осям симметрии и образующими в пакете питающие каналы, отверстия ориентированы по отношению к образующей вставки своими осями вдоль большего размера под острым углом, имеющим абсолютные значения от 0° до 70°.
Величина угла наклона выполняется в зависимости от величины подачи разделяемой жидкости в сепаратор или предполагаемых изменений подачи, концентрации, разности плотностей фаз. При предполагаемом их росте угол наклона по абсолютной величине должен иметь меньшие значения, при возможном уменьшении - большие значения. Угол наклона может иметь положительные или отрицательные значения в тонкостенных кольцевых вставках произвольной формы. При выполнении отверстий указанным образом изменения величины подачи, концентрации фаз разделяемой жидкости или разности их плотностей приведут лишь к увеличению толщины потока в отверстии, но сам поток будет протекать по образованным ими каналам. При меньших значениях указанных параметров поток жидкости будет занимать лишь часть сечения каналов, т.е. часть сечения отверстий, при росте производительности доля сечения каналов и отверстий, занимаемая потоком, будет расти. Кроме того, наклонное расположение отверстий может удлинять путь потока разделяемой жидкости в межвставочном зазоре, что обеспечит лучшее осаждение и выгрузку осевшей на поверхности вставок дисперсной фракции.
Такие отверстия по окружности радиуса нейтрального слоя в сепараторах-разделителях увеличивают надежность расположения в питающих каналах колеблющейся величины радиуса нейтрального слоя. В сепараторах-разделителях, сепараторах-осветлителях, сепараторах-сгустителях и др. такое выполнение отверстий обеспечивает протекание через них всего направляемого потока.
Предлагаемый ротор иллюстрируется графическим материалом, представленным на фигурах 1-9. На фиг.1 схематически показан в качестве примера общий вид ротора сепаратора-разделителя в разрезе со вставками конической формы. На фиг.2 и 3 схематически показаны примеры видов сверху вырезов вставок сепаратора-разделителя с отверстиями для подачи сепараируемой жидкости в межвставочный зазор, образуемый дистанционными элементами в виде шипиков и наклонных планок. На фиг.4, 5 и 6 - примеры видов вырезов вставок сепаратора-осветлителя с дистанционными планками вдоль образующей и наклонно к ней, а также с отверстиями, оси которых вдоль большего размера ориентированы к образующей произвольной поверхности кольцевых вставок под различающимся в разных вставках углом. На фиг.7 - вид выреза вставки сепаратора-осветлителя с отверстиями прямоугольного вида. На фиг.8 - вид выреза вставки сепаратора-осветлителя с отверстиями треугольного вида. На фиг.9 - вид выреза вставки с питающими отверстиями при прямоточном сепарировании.
Ротор сепаратора для разделения гетерогенных жидкостей включает корпус 1 с установленным в нем на вставкодержателе 2 пакетом 3 (фиг.1) из тонкостенных кольцевых произвольной формы вставок 4-6 с дистанционными элементами точечными в виде шипиков 7, удлиненными в виде планок 8 под углом к образующей 9 или планок 10 вдоль образующей 9 (фиг. 2-9). Удлиненные дистанционные элементы могут быть в виде проволоки 11 (фиг.6). Дистанционными элементами 7, 8, 10, 11 образованы межвставочные зазоры 12. Вставки 4-6 имеют распределенные по окружности 13 отверстия, например, эллиптического 14, прямоугольного 15, треугольного 16 или другого продолговатого вида для подачи в межвставочные зазоры 10 разделяемой жидкости. Углы отверстий 15, 16 могут быть скруглены. Отверстия 14-16 имеют по осям 17 размер А, больший другого В, измеряемого по осям 18. Отверстия 14 - 16, которыми образованы в пакете 3 питающие каналы 19, ориентированы по отношению к образующей 9 своими осями 17 большего размера А под углом а, который может иметь абсолютные значения от 0° до 70°, что создает увеличенный размер каналов 19 вдоль радиальной координаты. Условно пунктиром показаны крышка сепаратора с питающей трубой и отводным устройством для жидких фракций. Стрелками показано направление их потоков.
Ротор сепаратора для разделения гетерогенных жидкостей работает следующим образом.
После достижения ротором паспортной скорости вращения разделяемая жидкость подается в корпус 1 в полость вставкодержателя 2, откуда по питающим каналам 19 пакета 3, образованным отверстиями 14, или 15 или 16, растекается по межвставочным зазорам 12, обеспечиваемым дистанционными шипиками 7 и планками 8, 10, 11. Шипики 7 в незначительной степени препятствуют свободному движению потоков в межвставочном зазоре. Планки 8, 10, 11 служат для принудительного направления потоков в задаваемых направлениях. При этом направление вращения ротора определяет степень прижатия потока к дистанционным планкам и может быть выбрано по направлению движения часовой стрелки или против него. В межвставочных зазорах 12 происходит разделение фаз на фракции. Разделенные дисперсные фракции, осажденные на поверхностях вставок 4-6, выводятся из пакета и движутся к выводящим устройствам.
В пакете ротора сепаратора-разделителя образуется из поступающей эмульсии цилиндрическая поверхность границы разделения легкой и тяжелой фаз, радиус которой должен соответствовать радиусу окружности 13 расположения отверстий 14 во вставках 4. Изменение величины подачи разделяемой жидкости, разности плотностей или концентрации фаз приведет к изменению величины радиуса нейтрального слоя. Однако, поскольку отверстия 14 имеют существенную протяженность вдоль радиальной координаты, то нейтральный слой будет смещаться, оставаясь в пределах их расположения и сечения канала 19. Кроме того, остающийся малым размер В отверстий 14, измеряемый по осям 18, не препятствует сползанию и выводу осажденной фракции из межвставочных зазоров 12. Поэтому эффективность сепарирования существенно не изменится.
В пакете 3 сепаратора-осветлителя и сепаратора-сгустителя со вставками 5 при противоточном сепарировании или со вставками 6 при прямоточном сепарировании те же изменения в подаче, разности плотностей или концентраций фаз приведут лишь к увеличению толщины потока в канале 19. За счет ориентации осей 17 большего размера А под углом α значительный размер каналов 19 в радиальном направлении обеспечивает свободное протекание по ним потоков жидкости. При малой производительности поток жидкости будет занимать лишь часть площади отверстий 14 - 16 и сечения каналов 19, при росте производительности доля площади отверстий 15 и сечения каналов 18, занимаемая потоком, будет расти, но сам поток будет протекать через них. В пакете 3 со вставками 6 прямоточного сепарироания наклон под углом α осей 16 отверстий 13 способствует тому же положительному эффекту.
Наклонные к образующей 9 вставок 4-6 наклонные планки 8 увеличивают путь потоков жидкости в межвставочных зазорах, что улучшает условия осаждения дисперсной фазы, но снижают величину поверхности осаждения. Наклонное расположение осей 17 отверстий 14-16 во вставках 4-6 позволяет приблизить их к планкам 8, 10 и сформировать возле них основной поток жидкости. Такой вид расположения осей 17 отверстий 14-16 снижает сопротивление движению осажденной фракции дисперсной фазы по поверхности вставок в сторону ее вывода из пакета 3. При этом угол α в зависимости от наклона планок 8 должен быть выполнен положительным или отрицательным. Знак угла α определяется условиями наилучшего расположения отверстий 14 - 16 по отношению к втекающему в межвставочные зазоры 12 потоку. У планок 10 угол α может быть выполнен равным нулю.