Центрифуга для разделения суспензии

 

Использование: изобретение относится к оборудованию для разделения жидких неоднородных систем и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: центрифуга для разделения суспензии включает корпус, имеющий приемную камеру суспензии и сборники фугата и легкой фракции осадка с отводными патрубками, установленный на вертикальном валу конический ротор с крышкой, имеющей переливное отверстие, снабженный в нижней части, сообщенной с приемной камерой, транспортирующим средством, расположенным внутри ротора под крышкой разделительным диском, образующим с ней камеру отбора легкой и тяжелой фракций осадка, имеющую входное отверстие, средством для отвода фугата из зоны разделения ротора и трубкой для вывода тяжелой фракции осадка, имеющей горизонтально расположенный в указанной камере отбора заборный участок с входным отверстием и выходной участок. Заборный участок этой трубы имеет в поперечном сечении прямоугольную форму и установлен так, что одна из его больших боковых стенок расположена в одной плоскости с осью вращения ротора с противоположной стороны набегающего потока осадка и входное отверстие выполнено в этой стенке, при этом ось отверстия расположена на радиусе от оси вращения, определяемом из следующего условия где r₁ - радиус переливного отверстия крышки; r₂ - радиус оси отверстия заборного участка; E_n - значение критерия Эйлера для режима течения жидкости в зоне входного отверстия заборного участка. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к центрифугам для разделения жидких неоднородных систем, в особенности к центрифугам для разделения суспензий с непрерывным выводом осадка, и может быть использовано в химической, фармацевтической и пищевой промышленности.

Известна центрифуга для разделения суспензии, включающая корпус с приемной камерой суспензии и сборниками фугата, легкой и тяжелой фракций осадка, установленный на вертикальном валу конический ротор с крышкой, транспортирующим средством, камерой сбора легкой и тяжелой фракций осадка, средством для отвода фугата [1]. Тяжелая фракция осадка выводится из камеры сбора через отверстие - сопло в стенке ротора.

Недостатком центрифуги является малая величина диаметра сопла, необходимая для поддержания приосевого вывода фугата и легкой фракции осадка, и связанная с этим повышенная вероятность закупорки сопла осадком.

Наиболее близкой к предлагаемой является центрифуга для разделения суспензии, включающая корпус, имеющий приемную камеру суспензии и сборники фугата и легкой фракции осадка с отводными патрубками, установленный на вертикальном валу конический ротор с крышкой, имеющей переливное отверстие, снабженный в нижней части сообщенным с приемной камерой транспортирующим средством, расположенным внутри ротора под крышкой разделительным диском, образующим с ней камеру отбора легкой и тяжелой фракций осадка, имеющую входное отверстие, средством для отвода фугата из зоны разделения ротора и трубкой для вывода тяжелой фракции осадка, имеющей горизонтально расположенный в указанной камере отбора заборный участок с входным отверстием и выходной участок [2] . При разделении суспензии трубка для вывода тяжелой фракции осадка расположена вне камеры отбора, в которой происходит накопление этой фракции вплоть до максимальной величины. После этого ввод и разделение суспензии прекращается, угловая скорость ротора уменьшается, в ротор подается промывная жидкость, а в камеру отбора вводится упомянутая трубка с входным отверстием, ориентированным навстречу потоку осадка.

Недостатком центрифуги является уменьшение производительности, связанное с необходимостью прекращения разделения суспензии в период выгрузки тяжелой фракции осадка, а также малая величина сечения входного отверстия трубки для вывода тяжелой фракции осадка и возможность закупорки этого отверстия осадком.

Целью изобретения является повышение производительности центрифуги, увеличение площади сечения входного отверстия трубки для вывода тяжелой фракции осадка, повышение степени сгущения осадка и обеспечение регулировки количества выгружаемой тяжелой фракции осадка.

Поставленная цель достигается в центрифуге для разделения суспензии, включающей корпус, имеющий приемную камеру суспензии и сборники фугата и легкой фракции осадка с отводными патрубками, установленный на вертикальном валу конический ротор с крышкой, имеющей переливное отверстие, снабженный в нижней части сообщенным с приемной камерой транспортирующим средством, расположенным внутри ротора под крышкой разделительным диском, образующим с ней камеру отбора легкой и тяжелой фракции осадка, имеющую входное отверстие, средством для отвода фугата из зоны разделения ротора и трубкой для вывода тяжелой фракции осадка, имеющий горизонтальной расположенный в указанной камере отбора заборный участок с входным отверстием и выходной участок. Заборный участок трубки для вывода тяжелой фракции осадка имеет в поперечном сечении прямоугольную форму и установлен так, что одна из его больших боковых стенок расположена в одной плоскости с осью вращения ротора с противоположной стороны набегающего потока осадка, и входное отверстие выполнено в этой стенке, при этом ось отверстия расположена на радиусе от оси вращения, определяемого из следующего условия: r₁/r₂< , где r₁ - радиус переливного отверстия крышки; r₂ - радиус оси отверстия заборного участка; Еu - значение критерия Эйлера для режима течения жидкости в зоне входного отверстия заборного участка.

Отводный патрубок сборника легкой фракции осадка подключен к приемкой камере для ее рециркуляции, а выходной участок трубки для вывода тяжелой фракции осадка снабжен средством для регулирования его количества.

На фиг.1 изображена центрифуга для разделения суспензии, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - центрифуга с подключенным к приемной камере отводным патрубком сборника легкой фракции осадка, общий вид.

Центрифуга для разделения суспензии включает корпус 1, имеющий приемную камеру 2 суспензии и сборники фугата 3 и легкой фракции осадка 4 с отводными патрубками 5 и 6 соответственно, установленный на вертикальном валу 7 конический ротор 8 с крышкой 9, имеющей переливное отверстие 10, снабженный в нижней части сообщенным с приемной камерой 2 транспортирующим средством 11, расположенным внутри ротора 8 под крышкой 9 разделительным диском 12, образующим с ней камеру 13 отбора легкой и тяжелой фракций осадка, имеющую входное отверстие 14, средством 15 для отвода фугата из зоны разделения 16 ротора 8 и трубкой 17 для вывода тяжелой фракции осадка, имеющей горизонтально расположенный в камере 13 заборный участок 18 с входным отверстием 19 и выходной участок 20. Заборный участок 18 имеет в поперечном сечении прямоугольную форму и установлен так, что одна из его больших боковых стенок 21 расположена в одной плоскости с осью вращения ротора 8 с противоположной стороны набегающего по стрелке Б потока осадка, и входное отверстие 19 выполнено в этой стенке 21. Отводный патрубок 6 подключен к приемной камере 2, а выходной участок 20 трубки 17 снабжен регулирующим средством 22, например вентилем. Приемная камера 2 снабжена входным патрубком 23, средство 15 выполнено в виде трубки, имеющей перелив 24, а вал 7 установлен в подшипниковой опоре 25 и через муфту 26 сочленяется с приводом 27.

Центрифуга для разделения суспензии работает следующим образом.

Исходную суспензию по входному патрубку 23 подают в приемную камеру 2, откуда она транспортирующим средством 11 направляется внутрь ротора 8, где в зоне разделения 16 под действием центробежной силы разделяется на два потока - фугат и осадок. Фугат из приосевой части зоны разделения 16 через перелив 24 и трубку 15 выводится в сборник фугата 3 и по отводному патрубку 5 наружу центрифуги. Осадок транспортируется в периферийную часть зоны разделения 16 в потоке жидкости и частично по конусной стенке ротора 8, через входное отверстие 14 поступает в камеру 13 отбора к неподвижному заборному участку 18, где за счет турбулентного завихрения жидкости переходит во взвешенное состояние и разделяется на два потока. Поток легкой фракции осадка транспортируется к переливному отверстию 10 в крышке 9, выводится в сборник 4 легкой фракции осадка и по отводному патрубку 6 наружу центрифуги. Поток тяжелой фракции осадка через входное отверстие 19 заборного участка 18 по трубке 17 и через выходной участок 20 непрерывно выводится наружу центрифуги.

При вращении ротора 8 по стрелке Б и обтекании потоком осадка заборного участка 18 между его боковыми передней и задней 21 по потоку стенками возникает перепад давления, в результате чего избыточное над атмосферным давление осадка у задней боковой стенки 21 и входного отверстия 19 уменьшается. Избыточное давление осадка у входного отверстия 19 достигает нуля при равенстве указанного перепада давления сумме статического и динамического давлений осадка на передней по потоку боковой стенке заборного участка 18, что соответствует при постоянных по радиусу плотности и угловой скорости осадка значению критерия Эйлера Еu: Eu = = 1-0,5, где Р - сумма статического и динамического давлений осадка в зоне входного отверстия 19, Па; ρ- плотность осадка, кг/м³; W - скорость потока осадка в зоне входного отверстия 19, м/с; r₁ - радиус переливного отверстия 10 в крышке 9, м; r₂ - радиус оси входного отверстия 19, м.

Экспериментально установлено, что в турбулентном режиме обтекания осадком заборного участка 18, имеющего в поперечном сечении прямоугольную форму с заостренной передней стенкой и расположенной в одной плоскости с осью вращения ротора боковой задней стенкой 21, характеризующегося значением критерия Рейнольдса Re> 10⁴, например Re = 4˙10⁴, достигается такое значение критерия Эйлера, например Eu = 0,9, при котором избыточное давление осадка у входного отверстия 19 равно нулю. При этом с увеличением расхода осадка через входное отверстие 14 давление осадка у входного отверстия 19 также увеличивается и при превышении этого давления величины гидростатического давления столба жидкости высотой h, равной разности высот расположения выходного 20 и заборного 18 участков, тяжелая фракция осадка выводится наружу центрифуги.

Давление осадка во входном отверстии 19 уменьшается по сравнению с прототипом в
= Eu·Fr раз, где g - ускорение свободного падения, м/с²;
Fr=ω² r₂/g - критерий Фруда для режима течения жидкости в зоне входного отверстия 19;
ω- угловая скорость ротора, рад/с, например, более чем в 100 раз при Eu≥0,5, Fr≥200 и r₂/h≥1. Уменьшение избыточного давления осадка во входном отверстии 19 практически до нуля позволяет увеличить площадь сечения этого отверстия и всего канала трубки 17, что уменьшает вероятность закупорки ее осадком. Полагая, что расход Q тяжелой фракции осадка в трубке 17 удовлетворяет соотношению
Q ~ S²·ΔP, где S - площадь сечения трубки; ΔР - перепад давления между входным и выходным отверстиями трубки, можно получить оценку увеличения площади сечения входного отверстия 19 и всего канала трубки 17 по сравнению с прототипом в
раз например, более чем в 10 раз при Еu1, Fr ≥100 и r₂/h≥1.

Для повышения степени сгущения осадка отводный патрубок 6 сборника 4 легкой фракции осадка подключен к приемной камере 2 для рециркуляции этой фракции. Для регулировки количества выгружаемой тяжелой фракции осадка выходной участок 20 трубки 17 снабжен регулировочным средством 22, например вентилем.

Таким образом, предлагаемая центрифуга для разделения суспензии по сравнению с прототипом позволяет:
увеличить производительность центрифуги за счет исключения потерь времени на выгрузку тяжелой фракции осадка;
увеличить площадь сечения входного отверстия и канала трубки для вывода тяжелой фракции осадка и, следовательно, уменьшить вероятность ее забивки осадком;
увеличить степень сгущения осадка и обеспечить регулировку количество выгружаемой тяжелой фракции осадка.

Формула изобретения

1. ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИИ, включающая корпус, имеющий приемную камеру суспензии и сборники фугата и легкой фракции осадка с отводными патрубками, установленный на вертикальном валу конический ротор с крышкой, имеющей переливное отверстие, снабженный в нижней части, сообщенной с приемной камерой, транспортирующим средством, расположенным внутри ротора под крышкой разделительным диском, образующим с ней камеру отбора легкой и тяжелой фракций осадка, имеющую входное отверстие, средством для отвода фугата из зоны разделения ротора и трубкой для вывода тяжелой фракции осадка, имеющей горизонтально расположенный в указанной камере отбора заборный участок с входным отверстием и выходной участок, отличающаяся тем, что заборный участок этой трубки имеет в поперечном сечении прямоугольную форму и установлен так, что одна из его больших боковых стенок расположена в одной плоскости с осью вращения ротора с противоположной стороны набегающего потока осадка и входное отверстие выполнено в этой стенке, при этом ось отверстия расположена на радиусе от оси вращения, определяемом из следующего условия:

где r₁ - радиус переливного отверстия крышки;
r₂ - радиус оси отверстия заборного участка;
E_u - значение критерия Эйлера для режима течения жидкости в зоне входного отверстия заборного участка.

2. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что отводной патрубок сборника легкой фракции подключен к приемной камере для ее рециркуляции.

3. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что выходной участок трубки для вывода тяжелой фракции осадка снабжен средством для регулирования его количества.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3