Центрифуга для разделения жидкой многофазной среды центрограф

 

Изобретение касается центрифуги, предназначенной для разделения многофазной жидкой среды в различных отраслях промышленности. Она включает ротор, состоящий из конусообразной обечайки, обращенной большим основанием вниз, и связанного с ней цилиндрического основания. Внутри ротора установлена неподвижная аналогичной формы фильтрующая обечайка, образующая кольцевой зазор с обечайкой ротора для протока разделяемой среды. В основании размешен напорный диск для отвода уплотненной твердой фракции, над которым размешен фильтроэлемент для обезвоживания последней в зоне разгрузки. В нижней части кольцевого зазора установлен рассекатель потока для отделения легкой фракции и уплотнения твердой. Фильтрующие поверхности неподвижной обечайки и фильтроэлемента выполнены из мембраны различной пористости. Внутри фильтрующей обечайки может быть установлено устройство для предварительной фильтрации среды. Конструкция центрифуги обеспечивает разделение ее на фракции в количестве до пяти, повышает производительность, 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию для разделения жидких многофазных сред на фракции в поле действия центробежных сил и может быть использовано в пищевой, микробиологической, медицинской, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известна центрифуга для разделения жидкой неоднородной среды, содержащая установленный на валу ротор фильтрующей обечайки, имеющей форму усеченного конуса, обращенного большим основанием вниз, распределительное устройство, расположенное внутри надставки, прикрепленной к фильтрующей обечайки и состоящее из лопаток, конусообразный кожух с отводным патрубком, размещенный вокруг ротора и служащий для отвода фугата, при этом осадок с внутренней поверхности обечайки выгружается в сборник (SU 581998A B 04 B 11/02, 05.12.77).

Недостаток центрифуги заключается в том, что она не обеспечивает разделение среды на фракции в большем количестве, чем две. Кроме этого, степень обезвоживания твердой фазы является недостаточно высокой.

Ближайшим техническим решением к предложенному является центрифуга для разделения жидкой многофазной среды, включающая установленный на валу ротор, состоящий из вертикально расположенной конусообразной сплошной обечайки с крышкой, обращенной большим основанием вниз, и связанного с ней цилиндрического основания, средство отвода твердой фракции, размещенную внутри ротора по его оси фильтрующую обечайку с торцевыми дисками и отводным патрубком фильтрата и распложенную по оси ротора неподвижную трубу (SU 1630851A, B 04 B 1/10, 28.02.91). Торцовый нижний диск фильтрующей обечайки прикреплен к основанию ротора с образованием зоны отвода фильтрата. Фильтрующая обечайка вращается с ротором. В верхней части конусообразной обечайки расположена камера для буферной жидкости, отделенная от полости ротора поршневой заслонкой, при этом в боковой стенке камеры для буферной жидкости выполнены радиальные калиброванные отверстия. При помощи подачи и отвода буферной жидкости изменяется объем полости внутри обечайки и изменяется давление среды, что создает обратный ток фильтрата через фильтрующую обечайку и обеспечивает регенерацию ее фильтрующей поверхности.

Известная центрифуга обеспечивает разделение среды лишь на две фракции. Отверстия фильтрующей обечайки забиваются осадком, для удаления которого необходима периодичная регенерация ее фильтрующей поверхности, что уменьшает производительность центрифуги. Недостаточна также и степень обезвоживания твердой фракции.

Технический результат изобретения заключается в увеличении производительности центрифуги, повышении степени обезвоживания твердой фракции и способности разделить жидкую неоднородную среду не на две, а на несколько фракций.

Для достижения этого результата в предложенной центрифуге для разделения жидкой многофазной среды, включающей установленный на валу ротор, состоящий из вертикально расположенной конусообразной сплошной обечайки с крышкой, обращенной большим основанием вниз, и связанного с ней цилиндрического основания, средство для отвода твердой фракции, размещенную внутри ротора по его оси фильтрующую обечайку с торцевыми дисками и отводным патрубком фильтрата и расположенную по оси ротора неподвижную питающую трубу, фильтрующая обечайка имеет форму, аналогичную форме обечайки ротора, и установлена неподвижно с образованием между ними кольцевого зазора для протока среды.

Средство отвода твердой фракции представляет собой напорный диск, расположенный в основании ротора, над которым размещен фильтроэлемент для обезвоживания твердой фракции в зоне разгрузки. В нижней части кольцевого зазора, сообщающейся с полостью основания, установлен рассекатель потока среды для отделения легкой фракции и уплотнения твердой. Фильтрующие поверхности неподвижной обечайки и фильтроэлемента выполнены из мембраны различной пористости. Центрифуга может быть снабжена устройством для предварительной фильтрации разделяемой среды, состоящим из расположенного внутри фильтрующей обечайки трубчатого мембранного фильтра, укрепленного на торце выпускаемой части питающей трубы и заключенного в корпусе с отводным патрубком фильтрата, и размещенного внутри фильтра с зазором цилиндрического обтекателя с острием на нижнем торце, расположенным в выходном отверстии питающей трубы, при этом обтекатель прикреплен к крышке конусообразной обечайки ротора для создания вращающегося слоя разделяемой среды внутри мембранного фильтра.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен продольный разрез центрифуги, а на фиг. 2 - то же, вариант.

Центрифуга для разделения жидкости многофазной среды включает корпус 1, установленный в нем на полом валу 2 ротор 3, состоящий из вертикально расположенной конусообразной сплошной обечайки 4 с крышкой 5, обращенной большим основанием вниз, и связанного с ней при помощи фланца 6 цилиндрического основания 7, боковая стенка которого расположена на большем радиусе от оси вращения, чем большее основание обечайки, средство отвода твердой фракции в виде напорного диска 8 в основании ротора, имеющим отводящий патрубок 9, размещенный внутри опоры 10 приводного вала 2, установленную неподвижно внутри ротора по его оси фильтрующую обечайку 11, имеющую конусообразную форму, аналогичную форме обечайки ротора и образующую с ней кольцевой зазор 12 для протока разделяемой среды, и расположенную по оси ротора питающую трубу 13.

В основании 7 ротора над напорным диском размещен фильтроэлемент 14 для обезвоживания твердой фракции в зоне разгрузки, представляющий собой кольцевой диск, установленный на обечайке, прикрепленный к напорному диску для образования отводного канала 15, сообщенного с патрубком 16 отвода фильтрата. В нижней части кольцевого зазора 12, сообщающейся с полостью основания ротора, установлен рассекатель 17 потока среды в виде кольца с заостренной верхней кромкой для отделения легкой фракции и уплотнения твердой фракции. Рассекатель 17 потока укреплен на сплошном диске 18, расположенном под нижним торцевым диском 19 фильтрующейся обечайки с образованием между ними отводного канала 20 легкой фракции, сообщенного с каналом 21 вывода ее из центрифуги. Согласно конструкции центрифуги, изображенной на фиг. 1, выходной участок питающей трубы 13 прикреплен к верхнему торцевому диску 22 фильтрующей обечайки, при этом в торцевом диске выполнено отверстие 23 для подачи разделяемой среды в зазор между ним и крышкой 5 конусообразной обечайки 4 ротора.

При необходимости выделения большего количества жидких фракций из среды для обеспечения большей степени уплотнения осадка центрифуга снабжена устройством (см. фиг. 2) для предварительной фильтрации разделяемой среды, состоящим из расположенного внутри фильтрующей обечайки 11 трубчатого мембранного фильтра 24, укрепленного на торце выпускной части питающей трубы 13 и заключенного в корпус 25 с отводным патрубком 26 фильтрата, и размещенного внутри фильтра с зазором цилиндрического обтекателя 27 с острием 28 на нижнем торце, расположенным в выходном отверстии питающей трубы 13. Обтекатель 27 прикреплен к крышке 5 конусообразной обечайки 4 ротора для создания вращающегося слоя разделяемой среды внутри мембранного фильтра.

Вал 2 ротора установлен на подшипниках 29, укрепленных в опорах 10. Привод ротора на чертеже не изображен. К нижнему торцевому диску 19 фильтрующей обечайки 11 прикреплен патрубок 30 для отвода фильтрата из ее полости. Фильтрующие поверхности обечайки 11 и фильтроэлемента 14 выполнены из мембран различной пористости.

Центрифуга работает следующим образом.

Разделяемая многофазная жидкая среда по питающей трубе 13 под напором подается (см. фиг. 1) через отверстие 23 в зазор между крышкой 5 конусообразной обечайки 4 ротора и верхним торцевым диском 22 фильтрующей обечайки 11 и затем в кольцевой зазор 12 ротора. В нем через мембрану фильтрующей обечайки фильтрат 1 отводится внутрь нее и затем через патрубок 30 удаляется из ротора. Осевшая на мембране твердая фаза при вращении ротора в результате вихревого движения потока среды в кольцевом зазоре 12 срывается с поверхности обечайки и уносится с остальной частью потока. Поток среды разделяется на легкую и тяжелую фракцию, которая перемещается к поверхности сплошной конусообразной обечайки 4. В нижней части кольцевого зазора рассекатель 17 потока отделяет от тяжелой фракции легкую жидкую фракцию, которая течет в отводной канал 20, затем канал 21 и выводится из центрифуги. Тяжелая фракция направляется в полость основания 7 ротора и при протоке ее над поверхностью фильтроэлемента 14 обезвоживается, образующийся при этом фильтрат 11 по отводному каналу 15 через патрубок 16 выводится из ротора. Тяжелая фракция уплотняется в шламовом пространстве основания и отводится напорным диском 8 и отводящим патрубком 9 из ротора.

При использовании центрифуги, изображенной на фиг. 2, поступающая на разделение многофазная жидкая среда по питающей трубе 13 поступает внутрь трубчатого мембранного фильтра 24, а именно в кольцевой зазор между стенкой фильтра и цилиндрическим обтекателем 27.

При вращении ротора вращается и обтекатель 27, что создает вихревое движение потока в кольцевом зазоре. Часть жидкости при этом отфильтровывается через мембранную поверхность фильтра 24, происходит предварительная фильтрация среды перед поступлением ее в кольцевой зазор 12 ротора. В результате создаваемых вихрей в потоке среды частицы твердой фазы не осаждаются на мембране, а уносятся с движущимся потоком. Процесс разделения среды в кольцевом зазоре 12 ротора и дальнейшая ее фильтрация протекает также, как описано для центрифуги на фиг. 1. В данном случае только первым фильтратом будет отделенный на трубчатом мембранном фильтре 24, вторым - фильтрат, отделенный на мембранной поверхности обечайки 11 и третьим - отделенный на фильтроэлементе 14. Фильтрат 1 отводится из корпуса 25, расположенного вокруг фильтра 24 по патрубку 26.

Таким образом, создаваемое в зазорах между вращающейся и неподвижной поверхностями элементов центрифуги вихревое движение потока обеспечивает саморегенерацию мембран, предотвращает забивание их пор твердой фазой и позволяет повысить ресурс работы центрифуги. Конструкция предложенной центрифуги позволяет увеличить до пяти число фракций, полученных при разделении многофазной среды, обеспечивая при этом ее высокую производительность, уменьшить габариты центрифуги и снизить ее энерго- и металлоемкость.

Формула изобретения

1. Центрифуга для разделения жидкой многофазной среды, включающая установленный на валу ротор, состоящий из вертикально расположенной конусообразной сплошной обечайки с крышкой, обращенной большим основанием вниз, и связанного с ней цилиндрического основания, средство отвода твердой фракции, установленную внутри ротора по его оси фильтрующую обечайку с торцевыми дисками и отводным патрубком фильтрата и расположенную по оси ротора неподвижную питающую трубу, отличающаяся тем, что фильтрующая обечайка имеет форму, аналогичную форме обечайки ротора, и установлена неподвижно с образованием между ними кольцевого зазора для протока разделяемой среды, при этом средство отвода твердой фракции представляет собой напорный диск, расположенный в основании ротора, над которым размещен фильтроэлемент для обезвоживания твердой фракции в зоне разгрузки, а в нижней части кольцевого зазора, сообщающейся с полостью основания, установлен рассекатель потока среды для отделения легкой фракции и уплотнения твердой, причем фильтрующие поверхности неподвижной обечайки и фильтроэлемента выполнены из мембран различной пористости.

2. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для предварительной фильтрации разделяемой среды, состоящим из расположенного внутри фильтрующей обечайки трубчатого мембранного фильтра, укрепленного на торце выпускной части питающей трубы и заключенного в корпус с отводным патрубком фильтрата, и размещенного внутри фильтра с зазором цилиндрического обтекателя с острием на нижнем торце, расположенным в выходном отверстии питающей трубы, при этом обтекатель прикреплен к крышке конусообразной обечайки ротора для создания вращающегося слоя разделяемой среды внутри мембранного фильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2