CN104394996A - 层流离心分离机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心分离机，所述离心分离机的旋转滚筒(1)配置有锥形结构，所述锥形结构被划分成由在角度上偏置的间隙(9)隔开的扇形段(7)，以便促进其中的流体的均匀且螺旋的流动，所述流动为层状的并且显著地增强了分离效率；在两相或三相悬浮液的情况下，“块状物”在侧壁(8)上获得。可以添加以稍有不同的速度旋转的刮刀(15)以使固体块状物的传送和连续处理能够同时进行。

Description

层流离心分离机

技术领域

本发明涉及一种层流离心分离机。

背景技术

分离机已经被设计成用于将包含各种比例的固体、液体或气体的流体混合物分离成至少一种液体组分和一种包含固体的组分，所述流体混合物尤其是在液相的悬浮液中包含固体的混合物。于是试图对混合物的成分进行很好的分离，并且获得呈现紧凑形式或结块的固体组分并具有较少的残留悬浮液成分。即使当块状物的形成引起高的流阻或其大的断面收缩率(sectional reduction)，通常试图通过分离机来提取该固体组分，并且可能话，随着该固体组分在旋转滚筒中形成以连续的方式进行提取(不管其紧凑本质)，而不使上述的固体组分在滚筒中积聚。这一目标通常不通过现有的分离机来完成，许多现有的分离机需要在相反的周期性过程中停机(不利于其产量)以移除块状物。被设想成连续移除固体组分的分离机在正常情况下不适于获得足够干燥的成分。

实际上，存在许多离心分离机。文献WO-A-2007/133161中提及的部分描述了在表面上与本发明具有相同的相似性的分离机。该分离机包括为双锥形旋转滚筒的主要部件，分离在所述主要部件中进行。混合物经由与碗状支撑体和旋转轴线对应的中空导管被引入到滚筒中。较重的固体组分被传送到滚筒的外周并且尤其是传送到与锥体接合点相对应的凸出区域。随着混合物被添加并且经由位于滚筒的顶部处的与进料口相对的开口被排出，在该点处开出外周孔使得可在提取所述组分的同时使流体组分朝滚筒的顶部上升。在底部变宽并且与滚筒的壁同时被驱动的被称为盘的锥形结构占据了大部分内部空间。锥形结构被用于分割混合物的多个部分并且帮助使滚筒内部的分离条件均匀。然而，该装置不适于获得所寻求的均匀或紧凑的固体组分，并且该组分的连续提取是困难的。

还提及了描述分离机的文献WO-A-2012/025416，其中，腔室同样被分离盘占据，但是在适当的位置被穿孔以清除出有利于流体负载的轴向流动的轴向通道，并且将流体分布在盘的叠组中。然而，流体的向心运动在径向的外部入口孔和径向的内部排放孔之间被强加到滚筒中，这进一步基本提供了在分离的平行流中传递的流动并且因此与之前文献的设计稍有不同。流体与固体组分分离，所述固体组分经由侧向开口从滚筒的周壁排出并且沉积在由所述壁驱动的外部螺旋体上。然而处于稍有不同的速度的另一旋转壁包围该螺旋体并且在保持固体组分的同时允许螺旋体在其上运转并且最后由于其不同的旋转速度而离开该装置。再次，组分的分离不是非常有效率的。

在提供旋转外壳的设备的领域中，令人满意的排水性能通过来自WO-A-2009/005355和WO-A-2011/028122的装备来获得，所述设备集成了具有内衬的旋转模式和桶状外壳。内衬(internal lining)由呈螺旋形布置的盘或板构成。未将层流的使用作为增强选项来设想或提及。

盘式分离机已经成为增强的目标以防止固体物质的积聚和离心机中的失衡表现。一个提出的解决方案由对盘穿孔或在内衬的下部部分和上部部分处或防止分离的盘构成(WO-A-2012/033440)。这种类型的改进尤其涉及低浓度的液体和气体净化(洗涤)。

发明内容

本发明提供的增强基本上取决于旋转滚筒内部的规律层流的产生；实际上，已经观察到，通过使用产生较高相分离的这种层流来获得更紧凑且更干燥的固体块状物。

本发明的一个通用实施例为离心分离机，所述离心分离机包括具有外壁的旋转滚筒、位于所述滚筒中并且与所述滚筒同步旋转的分离结构、位于所述滚筒的旋转轴上的混合物入口导管以及所述滚筒中的开口，所述滚筒包括至少一个排放孔，所述排放孔用于将混合物的至少一个较轻的组分排放到所述滚筒的第一轴向侧，所述分离结构包括锥体的叠组，所述锥体的叠组被划分为被角状的间隙隔开的角状的扇形段，所述角状的间隙被直接相邻的锥体的扇形段覆盖并且这些所述扇形段具有位于距所述周壁相等距离处的外周端部。

不连续的锥形结构由通过间隙隔开的扇形段构成，所述间隙能够使穿过其的混合物的渐进的轴向运动变得规律。流体流动比现有技术中设计更规律并且基本上螺旋地进行，并且沿所述滚筒的端部之间的方向没有突然的变化。速度场也更加均匀。结果是，可以毫不费力地获得层流并且流体组分和固体组分的分离被认为是优良的。固体组分像平常一样沉积在所述滚筒的周壁上并且随后可以被移除。固体组分的沉积或与分离同时进行的固体组分的可选的移除，实际上都不打扰流动，所述流动保持基本螺旋地进行。

有利地，为了增加流动规律性，所述滚筒的周壁由扇形段前方的线性母线(例如与双锥形形状相反)限定，或更优选地，所述滚筒为圆柱形的并且这些所述锥体彼此相同。

本发明通常在与固体组分相对应的块状物能够被规律且渐进地移除时被更好地实施。于是提出，所述开口位于所述滚筒的与流体组分排出的所述第一侧相反的第二轴向侧上，遍布所述滚筒的圆周并且与所述滚筒的侧壁的边缘相邻。于是，可添加穿过所述开口并且在所述滚筒的侧壁的内表面的前方延伸的倾斜刮刀；传动装置使用单个分离机驱动电动机来提供所述滚筒和所述刮刀之间的转速差，这要求所述滚筒内部的寻求刮擦的刮刀处于较低的相对速度。离心分离机可以有利地配备有两个电动机，一个电动机用于使所述滚筒旋转并且另一电动机用于使固体提取系统旋转。该布置可独立地控制离心部件和刮刀以及提取部件，而且不用具有与差速相关的连接限制。

附图说明

现在将参考公开了本发明的各个方面的附图来描述本发明的特定的且仅为示例性的实施例：

图1为分离机的一个实施例的外部视图；

图2更具体地公开了分离机的驱动部分(单驱动电动机构造)；

图3具有双驱动电动机构造；

图4为分离机的旋转构件，所述旋转构件将组分分离并且移除块状物；

图5以截面视图进一步示出了整体的分离机；

以及图6A、图6B和图6C更具体地表示了旋转滚筒的内层和替代性的实施例。

具体实施方式

分离机包括旋转滚筒1和中心轴2，旋转滚筒1由形成侧壁8的圆圆柱形筒体构成。中心轴2和旋转滚筒1被保持在上部静止头3和下部框架4之间，上部静止头3和下部框架4之间保持的恒定距离。混合物经由包含在中心轴2中的导管5被引入，在这种情况下，混合物从顶部和静止头3被引入并且经由开口6到达旋转滚筒1，开口6可位于导管5的底部处或沿导管5的高度分布。中心轴2支承由分离扇形段7构成的锥形结构，与花形相比，锥形结构叠置在筒体至液体回收歧管20的全部高度上或叠置在部分所述高度上并且朝旋转滚筒1的侧壁8向下倾斜。扇形段7从一个区段到另一区段偏置一定角度，使得其间隙9由上部的扇形段7覆盖并且仅可经由叠置的结构进行轴向流动。由分离获得并且包括具有较少固体成分的透明液体的混合物的液体组分通过旋转歧管20从旋转滚筒1排出，旋转歧管20被容置在紧接上部孔口10的静止头3中。按照下文描述的方式，固体组分在离开旋转滚筒1并且经由下部孔口11从分离机脱出之前被沉积在侧壁8的内表面上。

例如，在图2中的实施例中，电动机12通过差速器26和包括齿形皮带27和齿轮的第一传动装置13使下述的提取螺旋体19和刮刀15旋转。此处还存在第二传动装置14，所述第二传动装置14以一转速驱动旋转滚筒1(并且尤其是旋转滚筒的侧壁80、中心轴2、歧管20、导向装置22和扇形段7)，所述转速可与刮刀15和提取螺旋19的转速不同，并且第二传动装置14包括齿形皮带28和齿轮。当能够使旋转滚筒1和中心轴2旋转时，支撑组件21支撑旋转滚筒1和中心轴2的重量。该支撑组件21可以是具有大直径的环形，以便沿其整个周缘支撑旋转滚筒1。刮刀15包括一个或多个安装在公用圆形支撑组件18上倾斜刀片17，，倾斜刀片17沿着所述刮刀15的高度的一部分于侧壁8的内表面的前方在旋转滚筒1的内部延伸。支撑组件18在被称为导向装置的倒锥形基部22的下方延伸，倒锥形基部22与旋转滚筒1的中心轴2相关；刀片17经由旋转滚筒1的底部开口23在基部22和侧壁8的底部之间延伸并且因此进入其中。因为刮刀15的转速与旋转滚筒1的转速稍有不同，当固体被排出时，在分离机使固体块状物逐渐地向下沉降的过程中刀片17的倾斜与其在旋转滚筒1中的运动结合。固体块状物经由开口23离开旋转滚筒1并且掉落到位于支撑组件18的下方的运输螺旋体19上，从而将固体块状物运送到排放孔11。

在图3中的稍有不同的实施例中，两个电动机29和30代替了电动机12并且分别以理想速度驱动传动装置13和14，所述理想速度不要求有差别。

除了刮刀15的刀片17和能够以不同速度旋转的提取螺旋体19之外，旋转滚筒1的整个部分以相同的速度旋转并且因此受到有利于层流的规律条件的支配。此外，侧壁8的简单的几何形状与叠置的且在角度上偏置的扇形段7产生了规律的角度流动分量。因为流动是规律的，固体组分和流体组分的分离受到很少的干扰并且其结构因此被认为是优良的。

根据处理的悬浮液的性质，本发明可获得大于固体组分的65％的高的干含量值。本发明可以被应用于难以进行过滤的固体(尤其是，呈不规则且细长的形状的晶体)，所述固体的示例为核工业中使用的锕类草酸共沉淀物(actinideoxalate co-precipitates)。本发明可在本行业内的其它过程中获得应用或在食品行业、制药学、美容术、生物燃料、环境等中涉及完全不同的示例，其中，固体产品经常为不规则形状的有机产品。

应注意，本发明不限于固液两相混合物的分离(其中，固体较重)；相反地，本发明适用于所有类型的流体混合物并且能够设想通过添加第三提取点来用于来三相分离；根据本申请的说明书中所提到的固体组分通常基本被设想为较重的组分并且流体组分为较轻的组分。

对分离机的令人满意的操作而言，与在分离的同时使固体组分被移除不是必要的，尽管这能够实现通常理解的连续操作；有利的分离特征甚至通过固体组分的显著沉积来保持。

本发明同样地适于对固体进行再制浆(repulping)的方法，其中，固体组分通过溶剂再悬浮并且受到第二分离以增强其质量。

文中描述的实施例适于通过更换部分而模块化，旋转滚筒1和支承扇形段7的中心轴2尤其适于根据需求而被其它的内衬(internal linings)容易地更换，所述其它内衬具有不同的尺寸、不同的几何结构。

扇形段从一个区段到另一区段的角度上的偏置可取决于其形状和所追求的流动特征。扇形段7的进一步特征还可照此改进：扇形段7能够被设置有将这些扇形段7加以连接的延伸部。图6A示出了根据上文的说明书的扇形段7的叠组，图6B示出了扇形段7的叠组，其中，属于相邻叠组的扇形段7为在设备中轴向地和径向地延伸的插入件。最后，图6C进一步示出了较长的延伸部32，较长的延伸部32同样延伸到相邻叠组的扇形段7，但是较长的延伸部32在这种情况下处于较长距离处。延伸部31或32被用于实现混合物的良好的旋转并且帮助使液体组分经由规律的盘旋路径循环；引入的分区因此仅改变流动。

扇形段7可以由例如金属或强化塑料制成。扇形段在离心力下的变形通常是可接受的，并且变形可以通过垫片或分隔片来减小。

应注意，能够对分离机做出下述的各种增强和修改。

相邻锥体的扇形段7可相继地在角度上偏置，从而产生针对常规锥体间隙值的令人满意的螺旋形流动元件。

标定分隔片33可通过交替地安装在中心轴2上来隔开锥体，标定分隔片33具有改变锥距的能力。弹簧34可以被布置在锥体叠组中，例如位于上部锥体和歧管20之间。该弹簧34可以是防松垫圈或具有相同目的的任何其它装置。

为了保持叠置的扇形段7之间的恒定距离，除了分隔片33以外，能够有利地布置有布置在所述扇形段上的钉状物或突起。

在流体组分是合成物并且由多个密度不同的成分形成的情况下，分离机可以设置有多个排放孔10。

排放孔可配备可动环35，所述可动环实现了可调节的开口，以便经由分离机调节流动特征，并且尤其是调节其流速。

运输螺旋体可以沿向下的方向渐渐变得狭窄(这在图5中清晰地示出)，以便继续渐渐地压缩块状物并且从块状物中挤压剩余的溶液。

刮刀15和运输螺旋体19可以具有安装在中心轴2上的部分36，以便保持其同轴度并且促进分离机的令人满意的聚合力(cohesion)。

最后，有利地，旋转滚筒1的周壁8是透明的，以帮助对所述方法的完成的监控。

Claims (19)

1.离心分离机，所述离心分离机包括具有周壁(8)的旋转滚筒(1)、位于所述滚筒中并且与所述滚筒同步旋转的分离结构、位于所述滚筒的旋转轴(2)上的混合物入口导管(5)以及在所述滚筒中的开口(6)，所述滚筒包括至少一个排放孔(10)，所述排放孔(10)用于将混合物的至少一个较轻的组分排放到所述滚筒的第一轴向侧，所述分离结构包括锥体的叠组，所述锥体的叠组被划分为被角状的间隙(9)隔开的角状的扇形段(7)，所述角状的间隙被直接相邻的锥体的扇形段(7)覆盖并且这些所述扇形段具有位于距所述周壁相等距离处的外周端部。

2.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述周壁(8)由所述扇形段(7)前方的线性母线限定。

3.根据权利要求2所述的离心分离机，其特征在于，所述滚筒为圆柱形，并且所述锥体是相同的或由几何结构不同的组件产生。

4.根据权利要求3所述的离心分离机，其特征在于，所述锥体相继地在角度上偏置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离心分离机，其特征在于，所述扇形段包括延伸部(31，32)，所述延伸部(31，32)在所述旋转滚筒(1)中轴向地且径向地延伸并且分别联接属于相邻锥体的另一扇形段。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的离心分离机，其特征在于，所述锥体由标定分隔片(33)隔开。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的离心分离机，其特征在于，通过布置钉状物或突起来使叠置的扇形段(7)之间的间隙保持恒定。

8.根据权利要求6所述的离心分离机，其特征在于，位于端部锥体和所述歧管之间的弹簧(34)。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离机，其特征在于，所述滚筒包括用于回收所述混合物的较重组分的开口(23)，并且所述开口被定位成经过所述滚筒的与所述第一侧相反的第二轴向侧。

10.根据权利要求9所述的离心分离机，其特征在于，所述开口(23)沿所述滚筒的圆周延伸并且与所述滚筒的周壁的边缘相邻。

11.根据权利要求10所述的离心分离机，其特征在于，所述离心分离机包括刮刀(19)和传动装置(13，14)，所述刮刀(19)包括穿过所述开口(23)并且在所述滚筒的周壁的内表面的前方延伸的倾斜刀片(17)，所述传动装置(13，14)使用配备有差速器(26)的单个驱动电动机(12)或两个单独的电动机(29，30)来提供所述滚筒和所述刮刀之间的转速差。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的离心分离机，其特征在于，所述离心分离机包括用于支撑所述旋转滚筒(1)的组件(21)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的离心分离机，其特征在于，所述排放孔(10)具有可调节的开口。

14.根据权利要求9所述的离心分离机，其特征在于，所述离心分离机包括用于运输固体组分的螺旋体(19)，所述螺旋体(19)位于所述用于回收所述混合物的较重组分的开口(23)的下方。

15.根据权利要求11和14所述的离心分离机，其特征在于，所述运输螺旋体(19)在底部处较窄。

16.根据权利要求9、11、14或15中任一项所述的离心分离机，其特征在于，所述刮刀(15)和所述运输螺旋体(19)具有安装在所述滚筒的旋转轴上的部分(36)。

17.根据以上权利要求中任一项所述的离心分离机，其特征在于，所述旋转滚筒、所述分离结构，以及可选地，所述刮刀和所述运输螺旋体，为可分离的。

18.使用离心分离机对混合物的较重组分和较轻的组分进行分离的方法，其特征在于，层流在锥体的叠组中被施加至混合物。

19.根据权利要求18所述的分离方法，其特征在于，所述流为螺旋形并且在所述锥体之间行进并且穿过所述角状的间隙。