RU2047321C1

RU2047321C1 - Centrifugal extractor

Info

Publication number: RU2047321C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Сергеевич Скачков
Original assignee: Виктор Сергеевич Скачков
Priority date: 1992-10-01
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: separating materials. SUBSTANCE: extractor has mixing chamber 2, chamber 3 for discharging heavy phase and chamber 4 for discharging light phase, rotor 11 with transporting device 13, separating chamber and device 14 for discharging heavy phase, and device 15 for discharging light phase. Rotor 11 is made up as a solid cone shell. The top of the shell points down. Transporting device 13 is defined by the outer side of the top part of the shell positioned in mixing chamber 2. The separating chamber and device for discharging heavy phase 14 are defined by the outer side of the middle part of the shell positioned in the zone of the chamber 3 for discharging heavy phase. Device 15 for discharging light phase is constructed as the shell base positioned in chamber 4 for discharging light phase. The outer side of the shell is made of a material which is wettable by light phase and is not wettable by the heavy phase, e.g. fluoroplastic. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к химической аппаратуре жидкостной экстракции, в особенности к центробежным экстракторам, предназначенным для работы с растворами, содержащими твердые примеси, в частности к экстракторам с непрерывной выгрузкой осадка, и может быть использовано в гидрометаллургической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, а также для осветления суспензий. The invention relates to chemical equipment for liquid extraction, in particular to centrifugal extractors designed to work with solutions containing solid impurities, in particular to extractors with continuous discharge of sediment, and can be used in hydrometallurgical, pharmaceutical, food and other industries, as well as for clarification of suspensions.

Известен центробежный осветляющий фильтр и способ его применения. Этот аппарат включает привод, корпус с приемной камерой и камерой сбора фугата, ротор с распределительным конусом, крышками и фильтрующим элементом. Исходная суспензия поступает в приемную камеру, выполненную в форме воронки, охватывающей снаружи с зазором распределительный конус, транспортируется по наружной поверхности конуса вверх к периферии и вводится внутрь ротора, где из нее выделяются вначале крупные частицы на боковой поверхности ротора, а затем мелкие частицы на фильтрующем элементе. Known centrifugal clarifying filter and method of its application. This apparatus includes a drive, a housing with a receiving chamber and a centrifugal collection chamber, a rotor with a distribution cone, covers and a filter element. The initial suspension enters the receiving chamber, made in the form of a funnel, covering the distribution cone from the outside with a gap, transported upward on the outer surface of the cone to the periphery, and introduced into the rotor, where large particles are first separated from it on the side surface of the rotor, and then small particles on the filter element.

Недостатком этого аппарата является накопление осадка в роторе и закупорка фильтрующего элемента. The disadvantage of this apparatus is the accumulation of sediment in the rotor and blockage of the filter element.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является центробежный экстрактор, который взят за прототип. Экстрактор включает привод, опору, вал, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с транспортирующим устройством, камерой разделения и устройствами вывода фаз. Транспортирующее устройство подает формируемую в смесительной камере эмульсию внутрь ротора, в камере разделения которого, образованной внутренней поверхностью конусной стенки ротора и разделительным диском, она расслаивается на составные фазы, раздельно выводимые из ротора с помощью устройств вывода в камеры вывода фаз. Осадок твердой фазы оседает на внутренней конусной поверхности ротора и транспортируется по ней к гидрозатвору, где за счет турбулентного завихрения потока тяжелой фазы, инициируемого неподвижным элементом, переводится вновь во взвешенное состояние и выводится из ротора с тяжелой фазой. The closest technical solution to the proposed is a centrifugal extractor, which is taken as a prototype. The extractor includes a drive, a support, a shaft, a housing with a mixing chamber and phase output chambers, a conical rotor with a conveying device, a separation chamber and phase output devices. The conveying device feeds the emulsion formed in the mixing chamber into the rotor, in the separation chamber of which, formed by the inner surface of the conical wall of the rotor and the separation disk, it is stratified into composite phases, which are separately removed from the rotor by means of output devices to the phase output chambers. The solid phase precipitate settles on the inner conical surface of the rotor and is transported along it to the hydraulic lock, where due to turbulent swirling of the heavy phase flow initiated by the stationary element, it is transferred back to the suspended state and removed from the rotor with a heavy phase.

Недостатком экстрактора является осаждение и накопление некоторой массы осадка в режиме динамического равновесия на внутренней конусной поверхности ротора в камере разделения, что уменьшает объем для расслаивания эмульсии и приводит к необходимости уменьшать производительность при заданных взаимных уносах жидких фаз. При этом масса осадка, накапливаемая в камере разделения, возрастает практически линейно с увеличением концентрации твердой фазы в исходных растворах. The drawback of the extractor is the deposition and accumulation of a certain mass of sediment in the dynamic equilibrium mode on the inner conical surface of the rotor in the separation chamber, which reduces the volume for delamination of the emulsion and leads to the need to reduce productivity at given mutual entrainment of the liquid phases. In this case, the mass of the precipitate accumulated in the separation chamber increases almost linearly with an increase in the concentration of the solid phase in the initial solutions.

Целью предлагаемого изобретения является полное исключение отложения осадка в камере разделения и упрощение конструкции. The aim of the invention is the complete exclusion of sediment in the separation chamber and simplification of the design.

Для этого в предлагаемом центробежном экстракторе, включающем привод, опору, вал, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с транспортирующим устройством, камерой разделения, устройствами вывода легкой и тяжелой фаз, ротор выполнен в виде сплошной конусной обечайки, транспортирующее устройство, камера разделения и устройство вывода тяжелой фазы выполнены в виде наружной поверхности этой обечайки, а устройство вывода легкой фазы выполнено в виде основания этой обечайки, причем вершинная часть обечайки расположена в смесительной камере, средняя часть обечайки в зоне камеры вывода тяжелой фазы, а ее основание в камере вывода легкой фазы, при этом наружная поверхность обечайки выполнена из материала, смачиваемого легкой и несмачиваемого тяжелой фазами. To do this, in the proposed centrifugal extractor, including a drive, a support, a shaft, a housing with a mixing chamber and phase output chambers, a conical rotor with a conveying device, a separation chamber, light and heavy phase output devices, the rotor is made in the form of a continuous conical shell, conveying device, the separation chamber and the output device of the heavy phase are made in the form of the outer surface of this shell, and the output device of the light phase is made in the form of the base of this shell, and the top part of the shell is located lozhena in the mixing chamber, the middle portion of the sleeve in the zone of the chamber O of the heavy phase, and its base in the camera output light phase, wherein the outer surface of the sleeve is formed of a material wettable and nonwettable light heavy phases.

При вращении обечайки образовавшаяся в смесительной камере эмульсия за счет сил поверхностного натяжения и центробежной тонким слоем сплошной легкой и дисперсной тяжелой фаз транспортируется по наружной конусной поверхности обечайки в сторону ее основания. Капли тяжелой фазы и твердые частицы под действием центробежной силы транспортируются в движущемся эмульсионном слое еще и в радиальном направлении от наружной поверхности обечайки к наружной свободной поверхности эмульсионного слоя, являющимся таким образом камерой разделения. На достаточно большом радиусе камеры разделения устройства вывода тяжелой фазы капли тяжелой фазы и твердые частицы преодолевают силу поверхностного натяжения легкой фазы и выходят из эмульсионного слоя в камеру вывода тяжелой фазы. При этом полностью исключается осаждение и накопление осадка твердой фазы на единственной стенке камеры разделения наружной поверхности обечайки, что предотвращает уменьшение ее объема и снижение производительности. When the shell rotates, the emulsion formed in the mixing chamber due to surface tension forces and a centrifugal thin layer of a continuous light and dispersed heavy phase is transported along the outer conical surface of the shell towards its base. Droplets of a heavy phase and solid particles under the action of centrifugal force are transported in the moving emulsion layer also radially from the outer surface of the shell to the outer free surface of the emulsion layer, which is thus a separation chamber. At a sufficiently large radius of the separation chamber of the heavy phase output device, the heavy phase droplets and solid particles overcome the surface tension of the light phase and exit the emulsion layer to the heavy phase output chamber. This completely eliminates the deposition and accumulation of solid phase sediment on a single wall of the separation chamber of the outer surface of the shell, which prevents a decrease in its volume and a decrease in productivity.

Таким образом, новизной предложения является новое выполнение отдельных элементов экстрактора, приводящее к новым причинно-следственным связям, что в совокупности обеспечивает достижение поставленной цели и, следовательно, техническое решение соответствует критериям "новизна", "существенные отличия" и "положительный эффект". Thus, the novelty of the proposal is a new implementation of the individual elements of the extractor, leading to new cause-effect relationships, which together ensures the achievement of the goal and, therefore, the technical solution meets the criteria of "novelty", "significant differences" and "positive effect".

На чертеже схематично изображен центробежный экстрактор. The drawing schematically shows a centrifugal extractor.

Экстрактор состоит из корпуса 1 со смесительной камерой 2, кольцевыми камерами вывода тяжелой 3 и легкой 4 фаз, входными 5 и выходными 6 патрубками, подшипниковой опорой 7, приводом 8 с муфтой 9. В опоре 7 закреплен вращающийся вал 10 со сплошной конусной обечайкой 11, расположенной вершиной вниз, и мешалкой 12. Вершинная часть 13 обечайки 11 расположена в смесительной камере 2, средняя часть обечайки камера разделения устройство вывода тяжелой фазы 14 расположена в зоне камеры вывода 3 тяжелой фазы, а основание 15 в камере вывода 4 легкой фазы. Наружная поверхность обечайки 11 выполнена из материала, смачиваемого легкой и не смачиваемого тяжелой фазами, например, фторопласта. The extractor consists of a housing 1 with a mixing chamber 2, annular output chambers of heavy 3 and light 4 phases, input 5 and output 6 nozzles, bearing support 7, drive 8 with clutch 9. A rotating shaft 10 with a continuous conical shell 11 is fixed in the support 7, located the top down and the mixer 12. The top portion 13 of the shell 11 is located in the mixing chamber 2, the middle part of the shell of the separation chamber, the output device of the heavy phase 14 is located in the area of the output chamber 3 of the heavy phase, and the base 15 in the output chamber 4 of the light phase. The outer surface of the shell 11 is made of material wettable by light and not wetted by heavy phases, for example, fluoroplastic.

Экстрактор работает следующим образом. Исходные растворы по входным патрубкам 5 подают в смесительную камеру 2, где они перемешиваются мешалкой 12, и образовавшаяся эмульсия в виде тонкого эмульсионного слоя сплошной легкой и дисперсной тяжелой фаз транспортируется под действием сил смачивания и центробежной по наружной поверхности обечайки 11 вверх в сторону ее основания 15. Капли тяжелой фазы под действием центробежной силы движутся в радиальном направлении к наружной свободной поверхности эмульсионного слоя и концентрируются там, укрупняясь при слиянии. В зоне камеры разделения устройства вывода тяжелой фазы 14 с достаточно большим радиусом действующая на капли тяжелой фазы центробежная сила превышает силу поверхностного натяжения легкой фазы, в результате чего эти капли выходят из эмульсионного слоя, попадают в камеру вывода 3 и по патрубку 6 выводятся из аппарата. Оставшийся слой легкой фазы, двигаясь дальше, достигает основания 15 обечайки 11, отрывается от него, попадает в камеру вывода 4 и по патрубку 6 выводится из аппарата. The extractor works as follows. The initial solutions through the inlet pipes 5 are fed into the mixing chamber 2, where they are mixed with a mixer 12, and the emulsion formed in the form of a thin emulsion layer of continuous light and dispersed heavy phases is transported under the action of wetting forces and centrifugal along the outer surface of the shell 11 up towards its base 15 Droplets of a heavy phase under the action of centrifugal force move in a radial direction to the outer free surface of the emulsion layer and concentrate there, enlarging upon merging. In the zone of the separation chamber of the heavy phase output device 14 with a sufficiently large radius, the centrifugal force acting on the drops of the heavy phase exceeds the surface tension of the light phase, as a result of which these drops leave the emulsion layer, enter the outlet chamber 3 and are discharged from the apparatus through the pipe 6. The remaining layer of the light phase, moving further, reaches the base 15 of the shell 11, detaches from it, enters the output chamber 4 and is discharged from the apparatus through the pipe 6.

Твердые примеси аналогично каплям тяжелой фазы концентрируются у наружной свободной поверхности эмульсионного слоя. Более крупные и плотные частицы могут частично выходить из эмульсионного слоя в зоне камеры разделения устройства вывода тяжелой фазы 14 и транспортироваться далее с тяжелой фазой наружу аппарата, а остальные частицы выводятся вместе с легкой фазой. При этом на наружной конусной поверхности обечайки 11 не происходит никакого накопления осадка при любой высокой концентрации твердой фазы в исходных растворах, что способствует сохранению условий сепарации эмульсии в камере разделения 14. Solid impurities, like drops of the heavy phase, are concentrated at the outer free surface of the emulsion layer. Larger and denser particles can partially exit the emulsion layer in the area of the separation chamber of the heavy phase output device 14 and be transported further with the heavy phase to the outside of the apparatus, and the remaining particles are discharged along with the light phase. Moreover, on the outer conical surface of the shell 11 there is no accumulation of sediment at any high concentration of the solid phase in the initial solutions, which helps to maintain the conditions for the separation of the emulsion in the separation chamber 14.

Из условия равенства силы поверхностного натяжения легкой фазы и центробежной силы, действующих на каплю тяжелой фазы или твердую частицу в момент их отрыва от свободной поверхности эмульсионного слоя, можно получить:
d

где d диаметр капли (частицы), м;
ω- угловая скорость, рад/с;
σ- поверхностное натяжение легкой фазы, Н/м;
ρ- плотность тяжелой фазы (частицы), кг/м³;
r радиус места отрыва от свободной поверхности эмульсионного слоя, м.From the condition of equality of the surface tension of the light phase and the centrifugal force acting on a drop of a heavy phase or a solid particle at the moment of their separation from the free surface of the emulsion layer, you can get:
d

where d is the diameter of the droplet (particle), m;
ω is the angular velocity, rad / s;
σ is the surface tension of the light phase, N / m;
ρ is the density of the heavy phase (particles), kg / m ³ ;
r radius of the place of separation from the free surface of the emulsion layer, m

Из полученного выражения следует, что для сепарации более мелких капель (частиц) следует увеличивать угловую скорость и радиус обечайки. Слияние капель в более крупные способствует их выводу из эмульсионного слоя на меньшем радиусе, что уменьшает унос тяжелой фазы с легкой фазой. Производительность обечайки возрастает практически линейно с увеличением глубины погружения ее вершинной части 13 в эмульсию в смесительной камере 2, до тех пор, пока эмульсия не начнет забрызгиваться в камеру вывода 3 тяжелой фазы. В роторе предложенного экстрактора отсутствует гидрозатвор, в связи с чем, в пусковом режиме отпадает необходимость обязательной подачи в экстрактор в первую очередь тяжелой фазы для его образования, как в прототипе. From the obtained expression it follows that for the separation of smaller droplets (particles), the angular velocity and the radius of the shell should be increased. The merging of droplets into larger droplets facilitates their removal from the emulsion layer at a smaller radius, which reduces the entrainment of the heavy phase with a light phase. The productivity of the shell increases almost linearly with an increase in the immersion depth of its vertex part 13 in the emulsion in the mixing chamber 2, until the emulsion begins to splatter into the outlet chamber 3 of the heavy phase. In the rotor of the proposed extractor there is no water lock, and therefore, in the starting mode, there is no need to supply the extractor, first of all, the heavy phase for its formation, as in the prototype.

Таким образом, использование предложенного центробежного экстрактора позволяет полностью исключить осаждение и накопление осадка твердой фазы в разделительной камере и уменьшение производительности, а также упростить конструкцию ротора. Thus, the use of the proposed centrifugal extractor can completely eliminate the deposition and accumulation of sediment of a solid phase in the separation chamber and a decrease in productivity, as well as simplify the design of the rotor.

Claims

CENTRIFUGAL EXTRACTOR, including a drive, support, shaft, housing with a mixing chamber and phase output chambers, a rotor with a conveying device, a separation chamber, phase output devices, characterized in that the conveying device is formed by the apex part of the shell located in the mixing chamber, a separation chamber and the heavy phase output device is formed by the middle part of the outer surface of the shell located in the area of the heavy phase output chamber, and the base of the shell is located in the light phase output chamber.