ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к конструкциям центробежных экстракторов для проведения экстракционного процесса в системе жидкость-жидкость, в особенности к центробежным экстракторам с плавной регулировкой радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе, обеспечивающей достижение максимальной производительности технологического процесса без его остановки, в том числе в многоступенчатом центробежном экстракторе, и может быть использована в гидрометаллургической, радиохимической, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известен центробежный экстрактор (Авторское свидетельство СССР №1679694 на изобретение, МПК B01D 11/04, опубликовано 20.11.1997 Бюл. №32, дополнительное к Авторскому свидетельству СССР №1546096 на изобретение, МПК B01D 11/04, опубликовано 28.02.1990 Бюл. №8), включающий корпус со смесительной камерой, камерами сбора тяжелой и легкой фаз, входными и выходными патрубками, подшипниковой опорой, приводом с муфтой. В опоре закреплен вал с ротором конической формы, мешалкой, транспортирующим устройством, кольцом, размещенным с зазором с ротором и образующим с ротором разделительную камеру с крестовиной и трубками для вывода легкой фазы, и крышкой с кольцевым переливом для вывода тяжелой фазы, образующей с кольцом гидрозатвор, в котором размещена закрепленная на корпусе обечайка. Обечайка выполнена в форме изогнутой трубки, содержащей два расположенных в разных по высоте участка, соединенных вертикальным звеном. Один внероторный участок закреплен жестко на опоре и расположен вне ротора с зазором с крышкой и снабжен входным отверстием, сообщающимся с окружающей корпус воздушной средой и перекрываемым вентилем, размещенным снаружи корпуса. Вертикальное звено расположено с зазором между крышкой и валом. Второй внутрироторный участок размещен в гидрозатворе и снабжен в периферийной зоне гидрозатвора выходным отверстием, расположенным в осевой плоскости и ориентированным попутно направлению вращения ротора. При обтекании внутрироторного участка потоком тяжелой фазы в зоне его выходного отверстия возникает разряжение, в результате чего при открытом вентиле на внероторном участке в поток тяжелой фазы в гидрозатворе засасывается атмосферный воздух. За счет перемешивания поток воздуха диспергируется на мелкие пузырьки, всплывающие к кольцевому переливу крышки, что способствует выводу осадка из ротора, уменьшает плотность тяжелой фазы в гидрозатворе и приводит к смещению эмульсионного слоя в разделительной камере. Таким образом обеспечивается регулировка взаимных уносов фаз без прекращения работы центробежного экстрактора.
Недостатком центробежного экстрактора является сложность выполнения изогнутой трубки и ограниченность потока засасываемого атмосферного воздуха, который зависит от гидродинамического режима обтекании внутрироторного участка потоком тяжелой фазы в зоне его выходного отверстия, что увеличивает его стоимость и снижает интервал регулировки взаимных уносов фаз.
Известен центробежный экстрактор (патент РФ №171757 на полезную модель, МПК B01D 11/04, опубликовано 15.06.2017 Бюл. №17), включающий привод, подшипниковую опору с фланцем и установленным в ней приводным валом, корпус со смесительной камерой с входными патрубками и камерами сбора разделенных тяжелой и легкой фаз с выходными патрубками, закрепленные жестко на приводном валу крышку с соосным приводному валу переливным отверстием, диск с переточными отверстиями и ротор конической формы, разделительную камеру, образованную диском с ротором, на входе в которую размещен механизм подачи смеси фаз из смесительной камеры, а на выходе сообщающуюся через трубки в стенке ротора с камерой сбора легкой фазы и через переточные отверстия диска с гидрозатвором, образованным диском с крышкой и сообщающимся через переливное отверстие крышки с камерой сбора тяжелой фазы, а в. корпусе со стороны привода через зазор с крышкой соосно приводному валу сочленен кольцевой зазорообразующий элемент, связанный с механизмом регулирования его положения, включающим приводной элемент, установленный в отверстии фланца подшипниковой опоры, и фиксатор, в котором поверхность переливного отверстия в крышке выполнена цилиндрической, зазорообразующий элемент выполнен в форме размещенных с зазором друг с другом с возможностью относительного поворота подвижного и неподвижного колец, закрепленных соответственно на подвижной втулке и неподвижной втулке, закрепленной жестко на фланце подшипниковой опоры, наружные торцы колец размещены в гидрозатворе внутри переливного отверстия крышки с зазором с его цилиндрической поверхностью и на них выполнены перекрывающие друг друга в направлении оси приводного вала секторные пазы с подобными выступами, а механизм регулирования выполнен в виде кулисной передачи поворота от приводного элемента к подвижной втулке.
Недостатком центробежного экстрактора является сложность выполнения зазорообразующего элемента и механизма его регулирования в виде кулисной передачи поворота от приводного элемента к подвижной втулке, что увеличивает его стоимость и снижает надежность центробежного экстрактора. Кроме того, через зазоры между подвижным и неподвижным кольцами и их торцевой частью с цилиндрической поверхностью переливного отверстия крышки постоянно протекает некоторое количество тяжелой фазы. Это ограничивает нижний предел ее расхода через экстрактор для обеспечения оптимального положения эмульсионного слоя в роторе, а также может привести к прорыву гидрозатвора - попаданию в него легкой фазы и опорожнения от нее ротора в камеру сбора тяжелой фазы при снижении подачи тяжелой фазы в экстрактор.
Наиболее близким к предложению заявителя по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату является центробежный экстрактор (авторское свидетельство СССР №1603551, МПК B01D 11/04, опубликовано 23.05.1993 Бюл. №19), содержащий привод, опору, вал, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, выполненным в виде кольца и обечайки, жестко закрепленных соответственно на валу и опоре, причем обечайка размещена между кольцом и крышкой ротора, трубками для вывода легкой фазы, в котором в обечайке выполнен канал, соединяющий кольцевой зазор с камерой сбора тяжелой фазы через переточное отверстие и снабженный вентилем, перекрывающим переточное отверстие. На кольце и крышке установлены радиальные ребра по обе стороны обечайки для увеличения давления в гидрозатворе и диапазона регулировки гидравлического сопротивления канала обечайки, осуществляемой за счет изменения сечения канала вентилем снаружи центробежного экстрактора без остановки вращения ротора. Тяжелая фаза поступает из камеры разделения в гидрозатвор через переточные отверстия между кольцом и ротором. Кольцо может быть выполнено в виде закрепленного на валу диска с периферийными отверстиями, на периферийной фланцевой части которого жестко крепятся ответными фланцами ротор и крышка, что упрощает закрепление на валу вращающихся элементов. Привод и опора с валом закреплены на съемном фланце в верхней части корпуса и объединены в единый выемной узел, что упрощает сборку и разборку центробежного экстрактора. Плавная регулировка сечения канала вентилем снаружи корпуса без остановки вращения ротора позволяет изменять давление тяжелой фазы в гидрозатворе и радиальное положение эмульсионного слоя в роторе, обеспечивая оптимальное значение взаимных уносов фаз и максимальную производительность центробежного экстрактора.
Недостатком центробежного экстрактора является большое гидравлическое сопротивление неподвижной кольцевой обечайки потоку вращающейся в гидрозатворе тяжелой фазы, обусловленное ее большой смоченной площадью, что увеличивает потребляемую приводом мощность, снижает давление в гидрозатворе за счет ее тормозящего воздействия на обтекающий ее поток тяжелой фазы, и уменьшает производительность центробежного экстрактора, за счет уменьшения объема камеры разделения при заданных плотностях фаз. Кроме того, периферийные входные отверстия обечайки ориентированы в радиальном направлении, что ограничивает давление в них только статическим давлением тяжелой фазы и сужает диапазон регулировки положения эмульсионного слоя в роторе.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в увеличении производительности центробежного экстрактора и диапазона регулировки радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе, уменьшении потребляемой приводом мощности и упрощении конструкции за счет изменения формы и взаимного расположения элементов обечайки и вентиля.
Указанный технический результат достигается в предложенном центробежном экстракторе, включающим корпус с выполненной в нем камерой смешения, снабженный входными патрубками и кольцевыми сборниками легкой и тяжелой фаз с выходными патрубками, привод и подшипниковую опору, установленные в верхней части корпуса на съемном фланце, в которой установлен вал с жестко закрепленными на нем ротором с транспортирующим средством и мешалкой, закрепленными в нижней части ротора и размещенными в камере смешения, диском с переточными отверстиями и радиальными ребрами, образующим с ротором камеру разделения, с размещенными в ней сепарационной насадкой и устройством отвода легкой фазы с переливным отверстием, сообщающимся с ее сборником, крышку с радиальными ребрами, имеющую выполненное в ней соосное валу переливное отверстие, сообщающееся со сборником тяжелой фазы, образующую с диском гидрозатвор, и вентиль, в котором в переливном отверстии крышки установлена жестко закрепленная на съемном фланце полая втулка, кольцевая полость которой охватывает с зазором вал, на которой жестко закреплены напорные трубчатые элементы с каналами, установленные симметрично по азимутальному углу и образующие в гидрозатворе заборный участок, а входные отверстия каналов трубчатых элементов размещены в осевой плоскости и соединены с полостью втулки, и радиальный трубчатый элемент с каналом, установленный над крышкой с зазором с ней, образующий выходной участок, при этом выходное отверстие его канала сообщается с седлом вентиля, установленного в зоне сборника тяжелой фазы, и перекрывается клапаном вентиля.
Напорные трубчатые элементы выполнены в форме вальцованных труб с формированием в сечении перпендикулярной их оси плоскостью овалоподобного профиля, образованного двумя плоскопараллельными противоположными стенками, расположенными в плоскостях, перпендикулярных оси вала, и закругленными лобовой и кормовой кромками так, что длина между кромками больше ширины профиля в перпендикулярном направлении, например, более чем в 4 раза для уменьшения коэффициента лобового сопротивления. Полая втулка выполнена в форме кольцевого цилиндра с кольцевой полостью и закреплена на съемном фланце, например, разъемным резьбовым соединением в торцевой ее части, направление которой соответствует затягиванию резьбы до фиксации ее поворота в направлении вращения ротора для упрощения изготовления, сборки и разборки конструкции. По сравнению с прототипом за счет замены обечайки на напорные трубчатые элементы уменьшается потребляемая приводом мощность и увеличивается давление тяжелой фазы в гидрозатворе, что увеличивает производительность центробежного экстрактора. Предложенная ориентация входных отверстий каналов напорных трубчатых элементов увеличивает давление тяжелой фазы в них на величину динамического давления, что увеличивает ее расход в этих каналах и диапазон регулировки радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе. Выполнение выходного участка в форме радиального трубчатого элемента и его закрепление вместе с вентилем на съемном фланце упрощает изготовление, сборку и разборку центробежного экстрактора.
Таким образом, заявленная полезная модель является техническим решением поставленной задачи, сущность которого выражается в новой совокупности существенных признаков, достаточной для достижения, указанного заявителем нового технического результата, что предопределяет ее соответствие критериям патентоспособности.
На фиг. 1 схематично изображен предложенный центробежный экстрактор в разрезе, на фиг. 2 схематично изображено сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 схематично изображено сечение В-В напорного трубчатого элемента фиг. 2, на фиг. 4 схематично изображено сечение Б-Б фиг. 1 с видом крышки, на фиг. 5 схематично изображено сечение Г-Г радиального трубчатого элемента фиг. 4.
Центробежный экстрактор включает корпус 1 с камерой смешения 2 в нижней его части с входными патрубками 3 и кольцевыми сборниками легкой 4 и тяжелой 5 фаз с выходными патрубками 6 и 7, привод 8 и подшипниковую опору 9, установленные на съемном фланце 10, закрепленном в верхней части корпуса 1, установленный вертикально в подшипниковой опоре 9 вал 11, сочленяющийся с приводом 8 через муфту 12. На валу 11 закреплен жестко разделительный диск 13 с радиальными ребрами 14 и переточными отверстиями 15, на котором снизу закреплен ротор 16, например конусной формы, с транспортирующим средством 17, например в форме нескольких установленных аксиально симметрично черпаков, и мешалкой 18, размещенными в камере смешения 2, а сверху закреплена крышка 19 с радиальными ребрами 20 и соосным валу 11 переливным отверстием 21, сообщающимся со сборником 5. Диск 13 образует с ротором 16 камеру разделения 22, с размещенными в ней сепарационной насадкой, например в виде радиальных пластин 23, и устройством отвода легкой фазы, например трубками 24, закрепленными аксиально симметрично и герметично в роторе 16, с переливными отверстиями 25, сообщающимся со сборником 4. Крышка 19 образует с разделительным диском 13 гидрозатвор 26 для отвода тяжелой фазы через переливное отверстие 21.
2
4
1
3
1
2
3
4
6
1
4
6
Полая втулка 27, например, кольцевой формы с внутренним и наружным диаметрами, например, D=20 мм и D=28 мм (Фиг. 4), и с кольцевой полостью 28, охватывает с зазором вал 11 с диаметром, например, D=18 мм (Фиг. 4) и размещена в переливном отверстии 21 крышки 19 с зазором 29 (Фиг. 4). Полая втулка 27 закреплена резьбовым соединением 30 с диаметром, например, D=24 мм (Фиг. 1) на съемном фланце 10 вместе с жестко закрепленными на ней, например, в количестве двух штук, напорными трубчатыми элементами 31 с каналами 32 (Фиг. 2). Все диаметры D<D<D<D меньше диаметра переливного отверстия 21, например D=32 мм (Фиг. 4), крышки 19. Направление резьбы резьбового соединения 30 соответствует ее затягиванию до фиксации поворота полой втулки 27 в направлении по стрелке Д (Фиг. 2) вращения ротора 16 и крышки 19 для предотвращения самооткручивания полой втулки 27 при работе с растворами и ее разрушения. Предложенное соотношение диаметров D-D и D позволяет при наличии, например, только одного напорного трубчатого элемента 31 при сборке завести крышку 19 снизу сквозь свое переливное отверстие 21 через этот элемент и установить ее в зоне полой втулки 27 с зазором 29 с ней.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
Напорные трубчатые элементы 31 изготовленные, например, из цилиндрической трубки, изогнуты, например, по цилиндрической поверхности и частично деформированы сжатием в направлении их диаметра с формированием закруглений на лобовой 33 и кормовой 34 кромках (Фиг. 2). Они установлены в гидрозатворе 26 с зазорами с ребрами 14 и 20 симметрично по азимутальному углу в перпендикулярной оси вала 11 плоскости. Длина наружного профиля напорных трубчатых элементов 31 в перпендикулярном их оси направлении, например, L=20 мм превышает, например, в 5 раз их ширину H=4 мм (Фиг. 3), ориентированную в направлении оси вала 11, при этом радиус закругления кромок составляет примерно H/2=2 мм. Такой профиль напорных трубчатых элементов 31 получается из цилиндрической трубки с исходным диаметром D=H[1+2(L/H-1)/π]=14.2 мм после ее деформации сжатием по диаметру, при этом линейный размер в направлении, перпендикулярном вектору скорости набегающего потока тяжелой фазы уменьшается в D/H=3.6 раз. Это уменьшает лобовое сопротивление напорных трубчатых элементов 31 при обтекании их тяжелой фазой в гидрозатворе 26, увеличивает среднюю по его объему частоту вращения жидкости, что приводит к увеличению объема камеры разделения 22 и производительности центробежного экстрактора. Для трубки с толщиной стенки δ=1 мм ширина ее канала 32 для транспортировки в нем регулирующего потока тяжелой фазы составляет H=H-2δ=2 мм, а его сечение составляет примерно S=(H-2δ)[π/4+(L-2δ)/(H-2δ)-1]=35,1 мм, причем дальнейшее сжатие трубки уменьшает сечение канала 32, что уменьшает диапазон регулировки радиального положения эмульсионного слоя. Таким образом напорные трубчатые элементы 31 формируются из первоначально цилиндрической трубки ее деформацией сжатием по диаметру до компромиссной промежуточной ширины H, удовлетворяющей конкурирующим по достижению полезного эффекта последствиям: уменьшению потребляемой приводом 8 мощности и уменьшению диапазона регулировки радиального положения эмульсионного слоя в роторе 16.
Входные отверстия 35 каналов 32 размещены в периферийной зоне гидрозатвора 26 вблизи переточных отверстий 15 диска 13 в осевой плоскости с зазором друг с другом и ориентированы навстречу направлению по стрелке Д (Фиг. 2) вектора скорости ближайшей к ним части крышки 19, а выходные их отверстия 36 сообщаются с кольцевой полостью 28, имеющей максимально доступное сечение во втулке 27. Предложенная конфигурация упомянутых элементов в совокупности с ориентаций их входных отверстий 35 обеспечивает максимальный диапазон регулировки радиального положения эмульсионного слоя в роторе 16 и облегчает вывод из него осадка.
5
3
Радиальный трубчатый элемент 37 с каналом 38 (Фиг. 4) сообщается с кольцевой полостью 28 полой втулки 27, а его выходное отверстие 39 сообщается со сквозным отверстием 40 седла 41 вентиля, перекрываемого клапаном 42 (Фиг. 1), например, конической формы, размещенных над крышкой 19 в зоне сборника 5. Седло 41, например, цилиндрической формы, диаметром D=24 мм (Фиг. 4) и высотой Н=10 мм (Фиг. 1) закреплено, например крепежными шпильками, на съемном фланце 10 с зазором 43, для обеспечения перемещения клапана 42 и уменьшения гидравлического сопротивления регулирующему потоку тяжелой фазы в сквозном отверстии 40. Управляющий клапаном 42 шпиндель 44 вентиля пронизывает съемный фланец 10 через сквозное отверстие 45 с зазором, который герметизируется уплотнительной прокладкой 46, например, из фторопласта, охватывающей шпиндель 44 по скользящей посадке, и накидной гайкой 47 в корпусе 48 вентиля с одновременной фиксацией шпинделя 44 от поворота. Корпус 48 вентиля герметично закреплен на наружной поверхности съемного фланца 10 и снабжен, например, лимбом 49 для отсчета угла поворота шпинделя 44 маховиком 50, доступным для управления снаружи съемного фланца 10.
2
2
2
2
6
2
2
2
Радиальный трубчатый элемент 37 выполнен в форме трубы, частично сжатой по диаметру до формирования овалоподобного профиля в сечении перпендикулярной его оси плоскостью, образованного двумя плоскопараллельными противоположными стенками с шириной между ними, например, Н=8 мм и закругленными кромками с радиусом закругления примерно Н/2=4 мм так, что длина между кромками, например, L=24 мм больше Н и меньше D (Фиг. 5). Такой профиль радиального трубчатого элемента 37 получается из цилиндрической трубки с исходным диаметром D=H[1+2(L/H-1)/π]=18,2 мм после ее деформации сжатием по диаметру.
6
2
2
2
1
2
Максимальный размер цилиндрического седла 41, равный , меньше D, что позволяет при наличии двух и более напорных трубчатых элементов 31 при сборке завести крышку 19 сверху сквозь свое переливное отверстие 21 через седло 41 и радиальный трубчатый элемент 37 и установить ее в зоне полой втулки 27 с зазором 29 с ней. При этом для уменьшения размера радиального трубчатого элемента 37 представляется целесообразным ограничить сечение его канала 38 величиной, не на много превышающей суммарное сечение каналов 32 напорных трубчатых элементов 31. Например, при толщине стенки радиального трубчатого элемента 37 равной δ=2 мм сечение S его канала 38, рассчитанное по приведенной выше формуле, немного превышает суммарное сечение двух каналов 32 напорных трубчатых элементов 31: S/(2S)=1.09, что представляется приемлемым. С уменьшением H уменьшается и длина консольного выступа вала 11, на котором закреплен ротор 16, что способствует уменьшению амплитуды его вибрации и повышает срок эксплуатации.
Привод 8 с подшипниковой опорой 9, вал 11 с диском 13, ротором 16, транспортирующим средством 17, мешалкой 18 и крышкой 19, а также трубчатые элементы 31 и 37 с полой втулкой 27 и всеми элементами вентиля закреплены жестко на съемном фланце 10 и объединены в единый выемной узел. Это упрощает его изготовление, сборку, разборку и извлечение из корпуса 1, в том числе дистанционно, например, для замены на другой аналогичный запасной с минимальной затратой времени на остановку экстракционного процесса.
Центробежный экстрактор работает следующим образом. После включения вращения привода 8 и вала 11 со всеми закрепленными на нем элементами исходные растворы по входным патрубкам 3 подают в камеру смешения 2, где они перемешиваются мешалкой 18 для ускорения межфазной массопередачи компонентов смеси, и образовавшаяся эмульсия вводится транспортирующим средством 17 внутрь вращающегося ротора 16. Под действием центробежной силы за счет разности плотностей фаз эмульсия в камере разделения 22 между пластинами 23 расслаивается на составные фазы с образованием трех кольцевых слоев: слоя чистой легкой фазы в приосевой зоне, слоя чистой тяжелой фазы в периферийной зоне и расположенного между ними эмульсионного слоя. Легкая фаза через переливное отверстие 25 по трубке 24 выводится из ротора 16 в сборник 4 и по патрубку 6 наружу центробежного экстрактора. Тяжелая фаза через переточные отверстия 15 поступает в гидрозатвор 26, где разделяется на два попутных потока. Основной поток тяжелой фазы транспортируется под давлением в приосевую зону к переливному отверстию 21 и через зазор 29 (Фиг. 4) выводится из ротора 16 в периферийном направлении с разрывом струи в сборник 5 и по патрубку 7 наружу центробежного экстрактора. Регулирующий поток тяжелой фазы при открытом клапане 42 вводится под давлением через входные отверстия 35, каналы 32 и выходные отверстия 36 напорных трубчатых элементов 31 в кольцевую полость 28 втулки 27, транспортируется по каналу 38 радиального трубчатого элемента 37 и через его выходное отверстие 39 и верхний и нижний торцы сквозного отверстия 40 вентиля под действием гравитационной силы с разрывом струи направляется вниз на вращающуюся крышку 19 и в сборник 5, где объединяется с основным потоком тяжелой фазы и по патрубку 7 выводится наружу центробежного экстрактора.
При наличии в эмульсии диспергированного осадка с плотностью большей плотности тяжелой фазы под действием центробежной силы он оседает на конусную стенку ротора 16 в виде слоя осадка, транспортируется по ней вверх к переточным отверстиям 15 и через них вводится в гидрозатвор 26. Здесь слой осадка взмучивается неподвижными напорными трубчатыми элементами 31 с переводом осадка вновь во взвешенное диспергированное состояние и выводится далее вместе с обоими потоками тяжелой фазы из гидрозатвора 26 в сборник 5 и по патрубку 7 наружу центробежного экстрактора.
Увеличение радиального размера кольцевого эмульсионного слоя в роторе 16 за счет соответствующего изменения любого из двух или обоих одновременно его радиусов приводит к появлению взаимных уносов фаз, ухудшающих технологические показатели экстракционного процесса. Например, при увеличении расходов исходных растворов радиальный размер эмульсионного слоя в роторе 16 увеличивается, что может привести к одновременному увеличению обоих взаимных уносов фаз. К аналогичному результату приводит изменение плотности и вязкости разделенных фаз в многоступенчатом центробежном экстракторе, например, в противоточном экстракционном процессе. Указанная взаимосвязь гидродинамических и массообменных показателей центробежного экстрактора предопределяет необходимость целенаправленной плавной регулировки радиального положения кольцевого эмульсионного слоя во вращающемся роторе 16 без остановки экстракционного процесса, обеспечивающей достижение его максимальной производительности.
Радиальное положение кольцевого эмульсионного слоя в роторе 16 при прочих равных условиях однозначно зависит от давления тяжелой фазы в гидрозатворе 26, связанного, в частности с величиной ее бьефа над кромкой переливного отверстия 21 крышки 19. Например, с увеличением расхода тяжелой фазы возрастает ее бьеф над кромкой переливного отверстия 21 и давление тяжелой фазы в гидрозатворе 26, что приводит к смещению кольцевого эмульсионного слоя в роторе 16 в приосевую зону и возрастанию уноса тяжелой фазы в легкую с одновременным уменьшением уноса легкой фазы в тяжелую. При неизменных расходах обеих фаз аналогичное смещение кольцевого эмульсионного слоя в роторе 16 в приосевую зону достигается за счет уменьшения зазора между клапаном 42 и седлом 41. Для этого снаружи центробежного экстрактора без остановки вращения ротора 16 и подачи растворов ослабляют накидную гайку 47, плавно поворачивают маховиком 50 шпиндель 44 на заданный по лимбу 49 угол, например, по часовой стрелке при виде сверху и правой резьбе шпинделя 44, и вновь закрепляют накидную гайку 47. В результате этого уменьшается регулирующий поток тяжелой фазы через напорные трубчатые элементы 31, кольцевую полость 28 втулки 27 и канал 38 радиального трубчатого элемента 37, а основной поток тяжелой фазы через переливное отверстие 21 в зазоре 29 увеличивается, что приводит к увеличению ее бьефа над кромкой переливного отверстия 21 и давления тяжелой фазы в гидрозатворе 26. Выполнение упомянутой процедуры с противоположным поворотом шпинделя 44 приводит в итоге к смещению кольцевого эмульсионного слоя в роторе 16 в обратном направлении - в периферийную зону ротора 16 с соответствующим противоположным изменением взаимных уносов фаз.
Таким образом, плавный поворот шпинделя 44 вентиля установленным снаружи центробежного экстрактора маховиком 50 изменяет зазор между его клапаном 42 и седлом 41, что приводит к перераспределению расходов двух параллельных, вначале разъединяемых в гидрозатворе 26 и затем объединяемых в сборнике 5 регулирующего и основного потоков тяжелой фазы при неизменной их сумме. Это обеспечивает, как и в прототипе, возможность изменения давления в гидрозатворе 26 и радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе 16, что гарантирует достижение максимальной производительности центробежного экстрактора при заданных допустимых взаимных уносах фаз без остановки экстракционного процесса. При этом, радиальное положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе однозначно и монотонно зависит от величины регулирующего потока тяжелой фазы в интервале его расходов от нуля при полностью закрытых отверстии 39 радиального трубчатого элемента 37 и отверстии 40 седла 41 до максимального значения при их полном открытии.
1
1
1
Направленная противоположно касательному вектору скорости тяжелой фазы в гидрозатворе 26 сила сопротивления напорных трубчатых элементов 31 и мощность, требуемая для ее преодоления, примерно пропорциональны их смоченной площади. Поэтому замена кольцевой обечайки прототипа на отдельные напорные трубчатые элементы 31 с меньшей смоченной площадью при прочих равных условиях уменьшает потребляемую приводом 8 мощность. При равной смоченной площади сила лобового сопротивления пропорциональна коэффициенту сопротивления формы, который уменьшается примерно в 3-10 раз при упомянутом частичном сжатии исходной цилиндрической трубки по диаметру до конфигурации тонкой пластины, например, как в представленном ранее расчете с L/H=5 и D/H=3.6, что примерно и соответствует этой конфигурации.
Входные отверстия 35 каналов 32 напорных трубчатых элементов 31 размещены в осевой плоскости и ориентированы в направлении, противоположном вектору скорости набегающего потока тяжелой фазы в гидрозатворе 26, что позволяет увеличить давление в них на величину динамического давления свыше статического, которое возникает, как и в прототипе при касательном обтекании входного отверстия канала кольцевой обечайки вдоль ее поверхности. Это увеличивает расход регулирующего потока тяжелой фазы в каналах 32 и диапазон регулировки радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе 16. Размещение входных отверстий 35 на максимальном радиусе в зоне переточных отверстий 15 диска 13, где статическое и динамическое давления максимальны, обеспечивает и максимальный диапазон регулировки радиального положения эмульсионного слоя. При этом однако, в случае прекращения подачи тяжелой фазы, в частности в режиме остановки экстракционного процесса, и открытом клапане 42 гидрозатвор 26 будет нарушен и практически все содержимое ротора 16, включая содержащуюся в нем легкую фазу, будет выведено из центробежного экстрактора через напорные трубчатые элементы 31 по выходному патрубку 7, после чего ротор 16 полностью опорожнится от содержимого. Поэтому последующий запуск экстракционного процесса, в том числе в многоступенчатом центробежном экстракторе, необходимо осуществлять при закрытом клапане 42 и только после подачи обоих исходных растворов приступать к регулировке радиального положения эмульсионного слоя. Упомянутое нарушение гидрозатвора 26 при прекращении подачи тяжелой фазы можно исключить, разместив входные отверстия 35 на минимальном радиусе в зоне переливного отверстия 21 крышки 19, что, однако уменьшит диапазон регулировки радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе 16 до минимального значения.
При обтекании напорного трубчатого элемента 31 потоком тяжелой фазы в зоне его кормовой кромки 34 образуется область разряжения, в связи с чем входное отверстие 35 соседнего аналогичного элемента должно располагаться вне этой области и отстоять от ближайшего с достаточным зазором по азимутальному углу. Например, для предложенного варианта с двумя диаметрально противоположно расположенными напорными трубчатыми элементами 31 этот зазор является максимальным. Симметричное по азимутальному углу размещение напорных трубчатых элементов 31 в гидрозатворе 26 уменьшает амплитуду вибраций ротора 16 за счет исключения асимметрии расположения вращающейся массы тяжелой фазы в гидрозатворе 26. Расположение напорных трубчатых элементов 31 в перпендикулярной оси вала 11 плоскости, упрощает изготовление и сборку центробежного экстрактора.
В итоге предложенная совокупность существенных признаков предопределяет возможность целенаправленного плавного изменения взаимных уносов фаз до таких допустимых значений, при которых производительность технологического процесса достигает максимальной величины без его остановки и обеспечиваются его заданные технологические показатели.
Таким образом, заявлено техническое решение, обеспечивающее достижение нового технического результата, заключающегося в увеличении производительности центробежного экстрактора и диапазона регулировки радиального положения эмульсионного слоя во вращающемся роторе, уменьшении потребляемой приводом мощности и упрощении конструкции, 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.