Центрифуга для разделения суспензий

 

Изобретение относится к оборудованию для разделения суспензий и может быть использовано для очистки сточных вод. Центрифуга включает корпус и установленный в нем ротор, состоящий из цилиндра и связанных с ним с двух сторон большими основаниями усеченных конусов. Один из них имеет окна для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы, а другой - окна для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы. В роторе коаксиально расположен шнек, содержащий полый барабан и укрепленные на нем витки спирали. Части шнека, расположенные в конусах ротора, имеют противоположное направление витков спирали. Витки спирали на части шнека, расположенной в цилиндре, выполнены с направлением навивки такой же, как и на части шнека внутри усеченного конуса с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции. Диаметр большего основания усеченного конуса с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции меньше диаметра цилиндра. Ротор снабжен трубой питания и устройством для отвода фугата. Изобретение обеспечивает повышение степени классификации твердой фазы по степени дисперсности и снижение энергетических затрат на транспортирование осадка. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензий и может быть использовано для отделения твердой фазы от жидкой, например для очистки сточных вод.

Центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка нашли широкое применение для разделения суспензий с нерастворимой твердой фазой.

Характерной особенностью этих центрифуг является наличие неперфорированного ротора с коаксиально расположенным внутри него шнеком. Ротор и шнек вращаются в одну сторону, но с разными скоростями, вследствие чего шнек транспортирует образовавшийся осадок вдоль ротора к разгрузочным окнам. В зависимости от комбинации направления перемещения в роторе осадка и суспензии разделяют центрифуги противоточные, когда осадок движется навстречу потоку суспензии и прямоточные, когда эти направления совпадают.

Известна центрифуга для разделения суспензий противоточной конструкции, которая включает корпус, ротор цилиндро-конической формы, шнек для выгрузки осадка, выполненный в виде полого барабана со спиралью, трубу питания для подачи суспензии в центрифугу, разгонное устройство, а также окна для выгрузки твердой фазы, а также сливные окна для вывода фугата (Centrifuges for solids (Liquid separation KHA Humboldt Wedag. Postf 910457 D-5000 Koln 91 Federal Repablik of Germany).

В данной конструкции суспензия, подаваемая по трубе питания в ротор, течет к сливным окнам, расположенным возле широкого конца ротора, а осевшая твердая фаза транспортируется шнеком в противоположном направлении. К недостаткам такой центрифуги следует отнести невысокое качество разделения жидкой и твердой фаз в связи с взмучиванием транспортируемого шнеком осадка суспензией, движущейся навстречу осадку.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является центрифуга для разделения суспензий, включающая корпус, установленный в нем ротор, состоящий из цилиндра и связанный с ним с двух сторон большими основаниями усеченных конусов, один из которых имеет окна для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы, а второй имеет окна для выгрузки высокодисперсной фракции, размещенный в роторе коаксиально шнек, содержащий полый барабан и укрепленные на нем витки спирали, трубу питания, расположенную в барабане шнека, и устройство для отвода фугата, при этом части шнека, расположенные в конусах ротора, имеют противоположное направление витков спирали (патент США 4037781, В 04 В 1/20, 26.07.1977 г.). В процессе центрифугирования такая конструкция обеспечивает разделение твердой фазы на грубодисперсную и высокодисперсную фракции.

К недостаткам данной центрифуги следует отнести невысокую степень классификации твердой фазы. Конструктивные особенности данной центрифуги предопределяют то, что в конусе с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции происходит осаждение не только частиц этой фракции, но и частиц высокодисперсной фракции твердой фазы. Кроме того, создание большого центробежного поля в той части ротора, где происходит осаждение грубодисперсной фракции, приводит к большим энергетическим затратам на транспортирование осадка.

В основу изобретения поставлена задача создать такую центрифугу для разделения суспензий, в которой за счет нового конструктивного решения исполнения ротора и шнека удалось бы достигнуть технического результата, заключающегося в повышении степени классификации твердой фазы по степени дисперсности.

Дополнительный технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, заключается в снижении энергетических затрат на транспортирование осадка.

Данный технический результат достигается тем, что в центрифуге для разделения суспензий, включающей корпус, установленный в нем ротор, состоящий из цилиндра и связанных с ним с двух сторон большими основаниями усеченных конусов, один из которых имеет окна для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы, а второй имеет окна для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы, расположенный в роторе коаксиально шнек, содержащий полый барабан и укрепленные на нем витки спирали, трубу питания, расположенную в барабане шнека, и устройство для отвода фугата, при этом части шнека, расположенные в конусах ротора, имеют противоположное направление витков спирали, согласно изобретению на всей части шнека, расположенной в цилиндре ротора, витки спирали выполнены с таким же направлением навивки, как и на части шнека, расположенной внутри усеченного конуса с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы, при этом диаметр большего основания усеченного конуса с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы меньше диаметра цилиндра.

Кроме того, устройство для отвода фугата выполнено в виде насосного колеса.

Анализ сопоставления с наиболее близким аналогом свидетельствует, что заявляемая центрифуга отличается тем, что на всей части шнека, расположенной в цилиндре ротора, витки спирали выполнены с таким же направлением навивки, как и на части шнека, расположенной внутри усеченного конуса с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы, при этом диаметр большего основания усеченного конуса с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы меньше диаметра цилиндра.

Кроме того, устройство для отвода фугата выполнено в виде насосного колеса.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемых техническим результатом состоит в следующем.

Известно, что высокодисперсная фракция твердой фазы, в основном, осаждается в цилиндрической части ротора. В конической части условия осаждения высокодисперсной фракции твердой фазы крайне неблагоприятны, вследствие гидродинамики потока суспензии в конусе (Файнерман И.А. "Расчет и конструирование шнековых центрифуг", М.: "Машиностроение", 1981 г., 133 стр.).

В заявляемой центрифуге на всей части шнека, расположенной в цилиндре ротора, витки спирали выполнены с таким же направлением навивки, как и на части шнека, расположенной внутри усеченного конуса с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы. Следовательно, в перемещении грубодисперсной фракции твердой фазы участвуют только витки части шнека, расположенной в конусе с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы, в котором происходит осаждение этой фракции. Высокодисперсная фракция твердой фазы, осаждаемая в цилиндре ротора, перемещается в обратную сторону с помощью витков части шнека, расположенной в цилиндре ротора, а также витков части шнека, расположенной внутри конуса с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы. Такие конструктивные особенности центрифуги обеспечивают не смешивание между собой частиц высокодисперсной и грубодисперсной фракций, что приводит к повышению классификации твердой фазы.

В нашем изобретении уровень жидкости в конусе с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы может устанавливаться обслуживающим персоналом и может равняться нулю. Это приводит к повышению степени разделения твердой фазы, к выделению в конусе с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции преимущественно частиц этой фракции.

Затраты энергии на транспортирование осадка зависят прямо пропорционально от величины центробежной силы, прижимающей осадок к внутренней поверхности ротора. В свою очередь, центробежная сила прямо пропорциональна внутреннему диаметру ротора.

В заявляемом изобретении диаметр большего основания усеченного конуса ротора с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции меньше диаметра соответствующего конуса в патенте - аналоге. Следовательно, энергетические затраты на транспортирование шнеком осадка вдоль стенок конуса с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции ниже, чем в ближайшем аналоге. Поскольку для промышленных суспензий грубодисперсная фракция по массе составляет 60-80% от массы всей твердой фракции суспензии, общие затраты энергии на транспортирование осадка ниже, чем в аналоге.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид центрифуги, на фиг.2 - узел сочленения цилиндра и усеченного конуса с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы.

Центрифуга для разделения суспензий состоит из корпуса 1, ротора 2, выполненного из трех частей: цилиндра 3, усеченного конуса 4 с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы 5, усеченного конуса 6 с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы 7. При этом диаметр большего основания усеченного конуса 4 с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции меньше диаметра цилиндра 3.

Внутри ротора 2 коаксиально ему расположен шнек 8, представляющий собой полый барабан с навитой на нем спиралью, витки которой перпендикулярны образующим ротора. Шнек 8 выполнен из трех частей. Часть 9 шнека 8 расположена внутри усеченного конуса 4 с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы, часть 10 шнека 8 расположена внутри цилиндра 3 и часть 11 шнека 8, расположена внутри усеченного конуса 6 с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции. Часть 9 шнека 8 имеет направление навивки спирали правое, а части 10 и 11 шнека 8 имеют направление навивки спирали левое. Центрифуга содержит трубу питания 12, по которой подается суспензия и устройство для отвода фугата 13, которое выполнено, например, в виде насосного колеса. Внутри шнека 8 расположено разгонное устройство 14 для придания суспензии окружной скорости, близкой к окружной скорости ротора. В части 9 шнека 8 выполнены загрузочные отверстия 15, а в части 10 шнека 8 выполнены окна отвода фугата 16.

Центрифуга работает следующим образом.

Подлежащая разделению суспензия подается по трубе питания 12 и, двигаясь вдоль барабана шнека 8, достигает разгонного устройства 14. Ротор 2 и шнек 8 вращаются в одну сторону, но с разными скоростями. Через загрузочные отверстия 15, выполненные в части 9 шнека 8, суспензия подается в ротор 2, где под действием центробежных сил, создаваемых вращением ротора, происходит ее разделение. Вначале наиболее тяжелая грубодисперсная фракция отбрасывается к стенкам усеченного конуса 4 с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции, освобождается от жидкости, а потом выгружается с помощью части 9 шнека 8 через окна 5 для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы. При этом суспензия, содержащая высокодисперсную фракцию, движется в противоположном направлении вдоль цилиндра 3 и усеченного конуса 6 с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции. В процессе этого движения происходит постепенное осаждение высокодисперсной фракции твердой фазы на внутренней поверхности ротора 2 и освобождение ее от жидкости на усеченном конусе 6. Образовавшийся осадок перемещается и выгружается из центрифуги с помощью части 10 шнека 8, а также части 11 шнека 8 через окна 7 для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы.

Таким образом, суспензия и осадок высокодисперсной фракции твердой фазы движутся в одном направлении. В зоне перехода цилиндра 3 ротора в усеченный конус 6 с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции фугат через окна отвода фугата 16 попадает в шнек, а потом с помощью устройства для отвода фугата 13 выполненного, например, в виде насосного колеса, удаляется из центрифуги.

Формула изобретения

1. Центрифуга для разделения суспензий, включающая корпус, установленный в нем ротор, состоящий из цилиндра и связанных с ним с двух сторон большими основаниями усеченных конусов, один из которых имеет окна для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы, а другой имеет окна для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы, расположенный в роторе коаксиально шнек, содержащий полый барабан и укрепленные на нем витки спирали, трубу питания, расположенную в барабане шнека, и устройство для отвода фугата, при этом части шнека, расположенные в конусах ротора, имеют противоположное направление витков спирали, отличающаяся тем, что на всей части шнека, расположенной в цилиндре ротора, витки спирали выполнены с таким же направлением навивки, как и на части шнека, расположенной внутри усеченного конуса с окнами для выгрузки высокодисперсной фракции твердой фазы, при этом диаметр большего основания усеченного конуса с окнами для выгрузки грубодисперсной фракции твердой фазы меньше диаметра цилиндра.

2. Центрифуга по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для отвода фугата выполнено в виде насосного колеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2