ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к жидкостной экстракции, а именно к конструкциям центробежных экстракторов для системы жидкость-жидкость, в том числе для переработки жидкостей, содержащих или образующих при контактировании осадки, и может быть использована в гидрометаллургической, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Из уровня техники известен центробежный экстрактор (см. Авторское свидетельство СССР 1608903 А2, B01D 11/04, дата публикации 23.05.1993, Бюл. 19), содержащий корпус, на съемном фланце которого установлен привод с подшипниковой опорой и приводным валом, на котором жестко закреплен ротор с крышкой, внутренние стенки ротора с продольными лопастями образуют секционированную по азимутальному углу разделительную камеру, в которой со стороны вала размещены трубки вывода из ротора легкой фазы, а со стороны крышки размещен гидрозатвор с переточным отверстием для вывода из ротора тяжелой фазы с осадком, переливные и переточные отверстия трубок и гидрозатвора сообщаются с карманами корпуса для сбора разделенных фаз с выходными патрубками, 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 низкая производительность, обусловленная тем, эмульсия подвергается дополнительному принудительному ускорению расслаивания от контактирования с продольными лопастями только в малом объеме вблизи них. В этой зоне средняя продольная вдоль вала скорость эмульсии минимальна, но максимален градиент скорости, способствующий дополнительной деформации эмульсии и коалесценции капель. Кроме того, выполнение гидрозатвора в виде двух размещенных с зазором одна в другой трубок способствует закупориванию переточного отверстия гидрозатвора осадком, как в процессе работы, так и при запуске привода, что приводит к нарушению режима разделения эмульсии и остановке технологического процесса для очистки ротора от накопленного осадка.
Наиболее близким по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату к предложению заявителя является центробежный экстрактор (см. Авторское свидетельство СССР 1546096 A1, B01D 11/04, дата публикации 28.02.1990, Бюл. 8), содержащий корпус, на съемном фланце которого установлен привод с подшипниковой опорой и приводным валом, на котором жестко закреплен ротор с крышкой и кольцом, внутренние стенки ротора с кольцом и продольными лопастями образуют секционированную по азимутальному углу разделительную камеру, в которой со стороны вала размещены трубки вывода из ротора легкой фазы, а крышка с кольцом и размещенной между ними обечайкой, жестко закрепленной на корпусе, образуют гидрозатвор для вывода из ротора тяжелой фазы с осадком, переливные и переточные отверстия трубок и гидрозатвора сообщаются с карманами корпуса для сбора разделенных фаз с выходными патрубками, 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 низкая производительность, обусловленная аналогично предыдущему малой площадью контакта эмульсии с продольными лопастями, что уменьшает их дополнительное воздействие на ускорение расслаивания эмульсии в разделительной камере ротора.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение производительности центробежного экстрактора и качества целевого продукта.
Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью, является повышение производительности центробежного экстрактора за счет закрепления в каждой секции разделительной камеры на продольных лопастях на разных уровнях вдоль вала дополнительных элементов - поперечных пластин для увеличения принудительного деформирующего воздействия на эмульсию с целью ускорения коалесценции капель дисперсной фазы.
Предлагаемая расстановка поперечных пластин разгораживает каждую секцию разделительной камеры на последовательность сообщающихся вдоль вала объемов и, таким образом, принудительно изменяет траекторию транспортировки в роторе большей части потока разделяемой эмульсии от прямой на зигзагообразную. Это обеспечивает дополнительное деформирующее воздействие на межфазную поверхность эмульсии за счет азимутального перемешивания эмульсии при обтекании краев пластин и возникновения знакопеременной силы Кориолиса, действующей на эмульсионный слой в радиальном направлении. При этом, межфазная поверхность эмульсии дополнительно деформируется, как при движении между соседними пластинами, в том числе за счет увеличения площади контакта с ними, так и при изменении направления транспортировки на противоположное по азимутальному углу. В итоге увеличивается по сравнению с прототипом скорость коалесценции капель дисперсной фазы и расслаивания эмульсии, что повышает производительность экстрактора и улучшает качество целевого продукта за счет уменьшения взаимных уносов фаз.
Технический результат достигается тем, что заявлен центробежный экстрактор, содержащий корпус, на съемном фланце которого установлен привод с подшипниковой опорой и приводным валом, на котором жестко закреплен ротор с крышкой и кольцом, внутренние стенки ротора с кольцом и продольными лопастями образуют секционированную по азимутальному углу разделительную камеру, в которой со стороны вала размещены трубки вывода из ротора легкой фазы, а крышка с кольцом и размещенной между ними обечайкой, жестко закрепленной на корпусе, образуют гидрозатвор для вывода из ротора тяжелой фазы с осадком, переливные и переточные отверстия трубок и гидрозатвора сообщаются с карманами корпуса для сбора разделенных фаз с выходными патрубками, 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, причем в каждой секции разделительной камеры на продольных лопастях, на разных уровнях закреплены поперечные пластины, установленные на соседних продольных лопастях попеременно с зазором и без него с ними, и с зазором между собой и с ротором.
Таким образом, заявленная полезная модель центробежного экстрактора, в которой в каждой секции разделительной камеры на продольных лопастях, на разных уровнях вдоль вала закреплены поперечные пластины, размещенные попеременно с зазором и без него с соседними продольными лопастями и с зазором между собой и с ротором, позволяет увеличить производительность экстрактора и качество целевого продукта.
На представленной фиг. 1 схематично изображен предлагаемый центробежный экстрактор в разрезе, на фиг. 2 схематично изображено сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 схематично изображен вид по стрелке В фиг. 1 на размещенные в роторе продольные лопасти и поперечные пластины.
1
2
1
Заявленный центробежный экстрактор (фиг. 1, фиг. 2) содержит корпус 1, на съемном фланце 2 которого установлен привод 3 с подшипниковой опорой 4 и закрепленной в ней валом 5, сочленяющимся с приводом 3 через муфту 6. На валу 5 жестко закреплен ротор 7 конусной формы с продольными вдоль вала 5 лопастями 8, поперечными пластинами 9 и кольцом 10 с переточным отверстием 11, образующими секционированную по азимутальному углу разделительную камеру 12, и крышкой 13 с переливным отверстием 14, образующей с кольцом 10 гидрозатвор 15. Кольцо 10 выполнено в виде ступицы, жестко закрепленной на валу 5, на которую закрепляются ротор 7 и крышка 13. В камере 12 размещены трубки 16 с переливным отверстием 17 вывода легкой фазы, размещенным на радиусе R, а в гидрозатворе 15 вывода тяжелой фазы и осадка размещена обечайка 18, жестко закрепленная на фланце 2. Обечайка 18 может быть выполнена в виде кольца или пластины. Переливные отверстия трубок 16 и крышки 13 сообщаются с камерами 19 и 20 для сбора разделенных фаз с выходными патрубками 21, при этом нижняя часть корпуса 1 под ротором 7 служит смесительной камерой 22, которая через лопастный транспортирующий механизм 23, выполненный с возможностью подачи смеси из смесительной камеры 22, и связана с разделительной камерой 12, имеет лопастную мешалку 24, закрепленную на роторе 7, и входные патрубки 25. В каждой секции разделительной камеры 12 поперечные пластины 9 закреплены на соседних продольных лопастях 8 попеременно с зазором 26 и без него с ними, с зазором между собой 27 в разных уровнях вдоль вала 5 и с зазором 28 с ротором 7. Поперечные пластины 9 могут иметь форму кольцевого сектора с внутренним радиусом R<R, при этом, зазоры 26 будут иметь аналогичную форму.
Центробежный экстрактор работает следующим образом. После запуска привода 3 исходные растворы по входным патрубкам 25 подают в смесительную камеру 22, где они перемешиваются мешалкой 24 для осуществления массопередачи распределяющегося компонента, и образовавшаяся эмульсия подается транспортирующим механизмом 23 во вращающийся ротор 7. В процессе транспортировки эмульсии снизу вверх в роторе 7 и ее расслаивания в каждой секции разделительной камеры 12 между продольными лопастями 8 и поперечными пластинами 9 она приобретает форму кольцевого эмульсионного слоя плотно упакованных капель дисперсной фазы различной формы и объема, разделенных тонким слоем сплошной фазы. С уменьшением толщины этого слоя за счет центробежной силы коалесценция капель ускоряется и образуется второй сплошной слой полностью скоалесцированных капель первоначально дисперсной фазы. Таким образом, в роторе 7 под кольцом 10 образуются три радиально соприкасающихся кольцевых слоя - двух очищенных друг от друга чистых разделенных фаз в приосевой и периферийной зонах ротора и эмульсионного слоя между ними.
Легкая фаза через переливное отверстие 17 выводится из ротора 7 в камеру 19 сбора легкой фазы, и по выходным патрубкам 21 наружу экстрактора. Тяжелая фаза через переточное отверстие 11 поступает в гидрозатвор 15, транспортируется к оси вращения вала 5 к переливному отверстию 14 и выводится из ротора 7 в направлении к периферии в камеру 20 сбора тяжелой фазы и по выходным патрубкам 21 наружу экстрактора. Осадок за счет центробежной силы транспортируется по конической поверхности ротора 7 к переточному отверстию 11, взмучивается неподвижной обечайкой 18 и выводится далее с потоком тяжелой фазы через переливное отверстие 14 из ротора 7.
2
1
При выполнении условия R<R одна часть потока разделяемой эмульсии в последовательно сообщающихся вдоль вала 5 зазорах 27 при обтекании бокового края поперечной пластины 9 в секторном зазоре 26 изменяет направление относительной скорости на противоположное. При движении эмульсии по окружности относительно ротора 7 на нее кроме других действует сила Кориолиса, направленная вдоль радиуса. При изменении направления вектора относительной скорости на противоположное вектор этой силы также изменяет знак, что способствует ускорению коалесценции капель дисперсной фазы в эмульсионном слое. Другая часть потока разделяемой эмульсии в зазорах 27, сообщающаяся неразрывно с первой, при обтекании наружного края поперечной пластины 9 в кольцевом зазоре 28 транспортируется без изменения направления относительной скорости и поэтому не подвергается дополнительному разделяющему воздействию пластин 9. При этом осадок не накапливается на поперечных пластинах 9 также как и на продольных лопастях 8 за счет их радиального закрепления поперек и вдоль вала 5, что способствует выводу осадка из ротора 7. Для увеличения части потока разделяемой эмульсии, направляемой по зигзагообразной вдоль вала 5 траектории, необходимо увеличить площадь секторного зазора 26 по сравнению с площадью кольцевого зазора 28. Однако, уменьшать площадь кольцевого зазора 28 до нуля нельзя, так как он необходим для транспортировки осадка по конической поверхности ротора 7.
Полезная модель промышленно применима, так как в настоящее время она прошла стендовые испытания, подтвердившие ее надежность, простоту изготовления и достижение нового технического результата - повышение производительности для обоих возможных типов эмульсии - при сплошной или тяжелой или легкой фазах, а также качества целевого продукта. Конкретные конструктивные признаки заявленного экстрактора реально осуществимы и не противоречат применению в промышленных условиях.
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.