CN1061357A - 高速洗选离心分离机 - Google Patents

Abstract

一种利用圆盘喷嘴式离心分离机把非常大量的 洗浆液直接引入离心分离机内，以达到排代洗选和分 级的作用。圆盘喷嘴式离心分离机具有一个用于浓 浆再循环的回流导管，并设有一个用于同时将回流和 洗浆液喷射到离心分离机的文丘利型构件。在文丘 利构件处的压降提高了回流导管内的流量。

Description

本发明涉及具有高效率洗选装置的圆盘喷咀式离心分离机。

离心分离机是通过极迅速旋转来分离具有不同比重或颗粒尺寸的物质的装置，它在被处理物质上施加一离心力。通常，悬浮在液体中的固体粒子通过离心分离作用自液体主体中分离出来。

诸如在1957年1月29日公布的美国专利US-2，779，536、1977年2月1日公布的美国专利US-4，005，817、1978年1月10日公布的美国专利US-4，067，494中所公开的圆盘喷咀式离心分离机是一种双锥形转筒，它设有一分离腔，分离腔包括一叠旋转分离圆盘，用于将供料悬浮液进行粒级分离，将它们分离成转筒周围浓浆产品形式的重粒级喷咀排出物及离心机顶部上清液形式的轻粒级排出物。

业已发现，这种型式的离心分离机应用于许多包括食品、制药与化工的工业部门，以及废品处理和采矿、石油工业。

近几年来，诸如Dorr-Oliver公司的“MERCO”机的圆盘喷咀式离心分离机的工作容量已部分由于喷咀数目及其尺寸的增大而大为增加。利用这种机器可以比过去处理更大量的固体颗粒。高的供料容积流量及供料流的高颗粒含量，现在处于新型圆盘喷咀式离心分离机力所能及的范围内。

在圆盘喷咀式离心分离机中，供料悬浮液自离心机的顶部并借助于重力沿转子驱动轴向下输入到转子转筒内，或自离心分离机的底部经一泵室向上输入到转子转筒内。虽然二种供料系统都可以工作，实际上已经发现顶部供料的方法具有简单的优点。

这些离心分离机常采用使一部分浓浆再循环回到离心分离机的装置。借助于控制流经该机器的再循环物料数量，可以调节浓浆的浓度。这种再循环采取动力再循环方式或被动再循环方式。

在动力再循环方式中，利用一外置泵使一部分浓浆回流到供料槽，在那里，它在流到离心分离机之前与新鲜供料混合。当然，所需泵由外能源提供动力。

在被动再循环方式中，回流是利用由离心机运转产生的力来获得的，因而无须外置泵。离心机喷咀将浓浆排入离心机的环腔或蜗壳内，设置一根连于蜗壳的带阀的浓浆导管，以便从该离心机内排出一部分浓浆。一回流导管通至浓浆导管，并把浓浆导管接到离心机底座内的一喷咀或喷口，后者通至离心机的泵室或叶轮室。在环腔或蜗壳中产生的适当成品落差驱动一部分浓浆经回流导管流到离心机的叶轮室，从那里，它被迫向上流向各喷咀和分离盘。

过去，借助于把少量洗浆液输入回流导管，回流导管一直被用来完成一种有限的洗选功能。所谓“少量”是指20%到50%的洗浆液/浓浆排出容积比，大量洗浆液喷入回流导管势必会阻塞或改变再循环流道，因为这种流动仅在某一低压差下进行的。

洗选操作是用来减少在与离心机成品颗粒相关的液体中的可溶物。

本发明的目的是通过把大量洗浆液输入离心机的转子来改善具有浓浆再循环装置的轮盘喷咀式离心分离机的洗选效率，从而达到排代洗选，同时提高该机器的再循环能力。

本发明设想直接向圆盘喷咀式离心分离机的转子腔喷射较大量洗浆液，同时伴随经再循环浓浆的回流。所谓大量，是用来包括自0.5倍以上至3倍于浓浆排出容积的洗浆液容积。因此，在具有X加仑/分排出率的一种典型的洗选离心分离机内，洗选率将包括自0.5X加仑/分以上至3X加仑/分的液体洗选率范围。

洗浆液/再循环混合物输入离心分离机分离腔-在那里它和新鲜供料会合-导致该供料的排代洗选。原先和供料相关的液体基本上被排到上清液中。

由于高的回流速率及高的进入分离腔的洗浆液速度，除了洗选功能改进之外，在固体颗粒分级方面完成了重大的改进。强的上流洗选淘选了转子分离腔内的固体颗粒层，并把细粒升举出流体层外，从而将它们冲到上清液中。

在本发明的一个实施例中，圆盘喷咀式离心分离机的回流导管和离心机转子下部内的叶轮腔连通。设有一喷咀元件，将经再循环的浓浆在中心向上喷入叶轮腔。冲洗管有一喷咀，它自再循环喷咀元件内的冲洗管同心向上引出，这样，洗浆液便经该再循环喷咀元件喷入叶轮腔。洗浆液小心流入叶轮腔为在离心分离机分离腔中的排代洗选创造了条件。此外，再循环喷咀元件和其洗浆液喷咀内侧的并列构成了一文丘利喉管，具有这一结构伴生的压力下降特性。这种压力下降势必增加回流导管内的流量，而这个流量由于在现有技术结构中所能达到的低压差通常是比较低的，

图1是具有使浓浆返回到离心分离机转筒的装置的圆盘喷咀式离心分离机局部剖视图，表示将洗浆液输入到离心分离机转筒或叶轮腔的结构;

图2和图2A是沿图1的2-2线所取的视图，表示用于处理离心分离机分离腔中混合的回流与洗浆液的另一结构。

图3是将混合的回流与洗浆液喷入分离腔的喷管的另一结构视图。

图4是按照本发明用于将带回流的洗浆液输入离心分离机的另一叶轮结构的放大剖视图;

图4a是图4叶轮的轴测图;

图5是表示按本发明采用字速洗选改良浆供料而达到的改善排代百分率;

图6类同于图5的曲线，但表示采用不同的改良浆供料而达到的改善排代百分率;

图7是另一曲线图，其中汇编了在更宽的洗浆液/浓浆比范围内用各种供料所获得的结果。

在图1中所表示的离心分离机10的结构包括在静止壳体13内由垂直轴12支承的转子11。正如现在将要详细叙述的那样，该转子设有各种流道，包括一个流体供料的进口，一个排出称作上清液的供料的较轻离心分离成份的出口，以及一个排出称作洗浆的供料的较重离心分离成份的出口。转子11由垂直配置轴12支承并驱动，轴12连接于垂直的共轴线的电动机驱动轴（未示出）。

壳体13能方便地由可分离部分18和19构成。部分18构成一蜗壳或环壳21，用于接纳来自转子11的离心分离上清液排出物，而部分19构成一蜗壳或环壳22，用于接纳自来转子11的浓浆排出物。

同样，转子11的本体最好由若干可分离的环形部件组成，包括主要部件23及分别配合的上、下部件24与27。部件23固定于转子的下部或转子的内构件27，后者连接于转子轴12的下端。部件23和24借助于适当的装置，如夹紧环29，保持在一起，在内构件27和转子部件23与24的内表面30与31之间有一离心或分离腔32。

一叠普通截头锥形轴向间隔的环形分离盘35与轴12同轴线地安装在腔32内。许多等角度间隔的浓浆排出物喷咀36沿转子主体件23的外周壁37分布，每一喷咀设有一排出孔，逆转子11的旋转方向指向（如图2所示）。

具有喷咀36的转子主体件23的周缘部分伸到由壳体件12构成的蜗壳22的喉部38内。

在离心分离机运转时，浓缩物或浓浆成分被挤到腔32的靠近喷咀36的那部位，以便经喷咀排入壳体件19的浓浆接收蜗壳22内。该浓浆自浓浆蜗壳22经管40连续地输送。

流体供料经一进口管42供给转子11，进口管连接于环形垂直腔道43，后者在一对跟驱动轴12共轴对中的管件44与45之间形成。腔道43将供料向下排到在截头圆锥件47和转子内构件27之间形成的接收腔46内。该进料自接收腔46经通道48流入分离腔32内。

自截头圆锥件47处向上伸展出若干支承一叠圆环35的助片41并形成通道51，后者适于离心分离机上清液成分的向上流动。可以看到通道51将壳体13内的上清液排到环壳21内。

在环形腔46内，配置有许多肋片或叶片52，肋片随转子内构件27一起转动，因而使径向向外运动撞击到流径腔46的供料流。

本发明的离心分离机适于一部分浓浆回流。壳体下件19及转子11的下部27分别设有孔口58与59，跟离心分离机旋转轴同轴对中。在转子部分27的孔口59内装有一个具有中心孔口64的连接件61以封闭叶轮腔55，后者由连接件61和转子部分27构成。围绕壳体19的孔口58固定着向上和向内指向的喷咀件67，它终止于连接件61内的孔口64内。

在叶轮腔55内，有一轮毂盖69和许多叶片70。处在靠近分离腔32内的壁30的向上向外指向的管71连接于通道72，后者经转子部分27跟叶轮腔55连通。管子71的上端在非常接近喷咀的入口处终止。

回流导管63一端连接于浓浆导管40，另一端向下拐弯，连接于壳19内的孔口58，一洗浆管75穿过回流导管63上的连接件79并向上跟回流导管同轴延伸，并终止于喷咀元件67内。

在运转中，悬浮液供料经输入管42输入，该供料流入环形通道43内，并从那里流入腔46内，在那里，由叶片造成的径向向外运动撞击在悬浮液上。然后悬浮液供料经通道48输入分离腔32，并在那里经受大的离心力，离心力将具有大比重的细粒驱向喷咀36，而较轻的细粒移至分离圆盘35。载有较轻细粒沿着肋片41之间的通道51作为上清液向上流入环形腔21。累积在圆盘35上的沉积物随时在分离腔32内脱落，离心力驱使这种物质移向喷咀36。来自腔21的上清液从离心分离机排走，以便经导管28进一步处理或清除。

重的细粒，在分离腔32内跟经冲洗的回流接触后，经喷咀36作为浓浆排入环壳22，并从那里被输送到导管40，后者分支成装阀的导管62及回流导管63。通过调节阀62，经导管62和63的液流得到控制，从而浓浆的浓度可得到调正。浓浆成品流经装阀的导管62，从而离开该装置。回流导管63连接于导管40，并将一部分浓浆经喷咀件67传输到离心分离机的叶轮腔55，冲洗喷咀75经喷咀元件67将大容量洗浆液喷入叶轮腔55内。由于冲洗喷咀75跟喷咀元件67同轴定位，在喷咀75与喷咀元件67内壁之间的环形空间81构成了一文丘利喉管。这样，当液体经喷咀67和75流动时，在环形空间81内，便处于低压状态，这样就增加了环壳22和喷咀元件67之间的压力差。这一较大的压力差确保了回流管63内流量增加。

来自导管63的液流与洗浆液的混合回流流入叶轮腔55，在那里轮毂盖69引导高度稀释流跟叶轮肋片或叶片70接触。肋片传给混合液径向向外运动。叶轮迫使该液体经通道72流入喷管71。这样喷管71将该液体喷入分离腔32内靠近喷咀36的进口端。在分离腔32内，来自喷管71的高度稀释液流遇到在其中进行分离的液流。与供料的大比重成分相关的液体被从喷管71流出的大量稀释液所代替。而含有高度可溶性成分的被取代的液体随后经分离圆盘移向上清流。

在图2中，在沿图12-2线所取的剖面中，表示了喷咀36及其相关的喷咀71。从该图中，可以清楚看到构成喷咀36排出孔的后边范围或凹口39。喷管71将高度稀释的充量排到两相邻喷咀36之间，并靠近两相邻喷咀，从而取代供料的高度可溶性液体成分，低可溶性液体成浓浆流走，而高可溶性液体排至上清液。

在图2A与3中，表示了在图1、2中所示的喷管71和喷咀入口的另一结构。在此情况下，喷咀81在两喷咀36之间向上延伸，但非常靠近喷咀的高度，并具有钩形件83，它延伸到喷咀高度，赋予喷管一种“眼睛蛇”的外形。此外，喷咀36的入口或入口部成扇贝形85，这样，重的细粒在喷咀入口处有一沉淀区或容积，以便积累物质，经喷咀喷出。喷管81的钩子形状有助于在扇贝形入口处集中稀释的混合回流，因此，和供料流相关的并含其高度可溶性成分的液体被排至上清液。

在喷管71和81（如图3所示）中，可设置静止的混合元件80，以便促进洗浆液跟回流在喷入分离腔32之前彻底混合。

在图4和4A中表示了供比图1所示的具有更大容量的离心分离机用的另一叶轮构件。叶轮腔99包括一叶轮构件，后者包括一轮毂顶盖91，顶盖中固定着许多径向叶片93，它们具有在其较下内部设置的升举面95。在叶片93外端的下缘部位例如通过焊接或用别的方法固定在环件97内，后者直接或间接固定于转子件98。图4A的轴侧图表示这一叶轮构件，可以理解，这一叶轮构件随离心分离机的转子构件一起转动，并自喷咀67（图4）接收回流，同时自喷咀75接收洗浆液。轮毂顶盖91将这一混合流导入各旋转叶片93之间的空间，该叶片的升举面95驱使混合流向上流向通至离心分离机分离腔内的喷管。

在处理流体时泡沫是极有害的，因此，必须采用去除气体来减少离心分离机中泡沫的措施，这些气体跟该工艺方法的供料、回流及洗浆液有关联。在供料的情况下，该气体在经圆管44端部之后与供料一起向下流入供料通道43，在圆管端这一地点，气体沿圆管44外壁周围的窄的环形通风道（未示出）上升，并流入蜗壳21内。蜗壳21或上清液导管28或两者设有排泄气体的通风管（未示出）。跟回流或洗浆液一起输入并在叶轮腔55内被搅动的气体经渐缩喷咀67周围的通道66通入壳体19内。壳体设有通风装置（未示出）以排出气体。

为了保持高的流体流量并避免将夹带的气泡驱入转子的提浓区，从洗浆水与回流混合物中去除气泡是至关重要的。

0.5以上的洗浆液/浓浆排出比（W/U）对来自供料悬浮液的原液的排代百分率的影响用图5和6的曲线表示。

关于图5、6及7中术语“排代百分率”，这指的是采用本发明的洗选工艺方法自供料液体中去除的可溶物量。

其次，说明图5，很清楚，经受按本发明的洗选的供料（经用硫酸钠处理的改性淀粉），在采用0.9洗浆液/浓浆排出比时，显示出大约70%的原始可溶性成分被分理。当W/U比增加到2.1时，分离出的原始可溶性成分略大于15%而大约达到85%排代值。

在图6中，表示用经盐酸处理而改性，淀粉进行的试验，赋以弱起泡性质，可以看到，在0.8以上至1.6W/U范围内，代排百分率自小于60%增加到大约75%。

进一步增加W/U比，如在图7中看到的可以达到超过90%的排代百分率值。

图7表示的曲线，是从采用宽广范围内的洗浆液/浓浆液比的各种供料的许多试验中产生的。二曲线表示在分离杂质百分率方面的改善，是通过采用跟稀释洗选相反的高速洗选（排代洗选）得到的。可以看到，采用排代洗选，在W/U比大约为3时，可达到90%杂质的分离。

按照本发明的高速洗选工艺方法，在分级方面有很大好处，因为在离心分离机分离腔中的向内流动冲洗流使细粒全然升离流体层。例如，就供料中淀粉和10%朊的谷朊混合物情况下，在不采用稀释时，可以获得70%朊的上清液部分和6%的浓浆部分，在采用稀释比W/U为2时，能得到包含不多于1%朊的浓浆部分（在上清液内仍然含有70%朊）。

借助这种高速洗选离心分离工艺方法仅仅根据尺寸也能分级同类固体颗粒。因此，在离心分离机内采用1.5W/U上升流洗选时，完成了从范围自0.10微米至2.0微米的高岭土颗粒混合物中分离小于0.25微米的高岭土颗粒。

在不背离本发明的精神或基本特征的情况下本发明可以用其它各种具体的方式和工艺方法来实现。因此本实施例无论从哪一点看都被认为是解释性的，而不是限制性的，因此，意图是使由附加的权利要求书而不是由上面叙述指出的发明范围以及包括在权利要求书的等同物的意义和范围内的所有变化都被包含在内。

Claims (17)

1、在圆盘喷咀式离心机内进行的离心分离工艺方法中，其中浓浆的提浓借助于在由离心机建立的压差下使一部分浓浆经一外导管回到该离心机来得到控制的，其改进包括将较大量的洗浆液直接喷到离心机内，以实现对新鲜供料的排代洗选。

2、按权利要求1所述的离心分离工艺方法，其特征在于将洗浆液以0.5以上至3.0的洗浆液/浓浆排出容积比喷到离心分离机内。

3、按权利要求2所述的离心分离工艺方法，其特征在于将洗浆液和回流浓浆基本同时喷到离心分离机内。

4、按权利要求3所述的离心分离工艺方法，其特征在于将洗浆液和回流浓浆喷射到分离机低至区内，因此在外导管内压差增加，从而有利于回流浓浆流经所述导管。

5、按权利要求4所述的离心分离工艺方法，其特征在于所述低压区是离心机内的一文丘利喉管，所述回流浓浆流经该喉管。

6、一种顶部供料的圆盘喷咀式离心分离机，具有一外部回流导管，以稍微提高的压力将一部分浓浆自离心分离机喷咀的区域输送到离心分离机底部叶轮腔，所述外部导管收尾成离心分离机内朝向叶轮腔的收缩喷咀，一根穿过一部分外部导管而收尾成在收缩管内并与其同轴以引导洗浆液喷入所述离心分离机内的冲洗喷咀的冲洗管，收缩喷咀和同轴的冲洗喷咀在它们之间构形一环形文丘利喉管，借此建立一降压区，从而提高沿外部回流导管的压差，便于回流浓浆流动。

7、一种圆盘喷咀式离心分离机，具有一个包括若干圆周喷咀并形成一内分离腔的转子组件，一根用于将一部分浓浆自离心机喷咀的区域以提高的压力输送到转子组件底部的叶轮腔的外部回流导管;一个在叶轮腔内的叶轮构件，连通叶轮腔与分离腔的流体引导装置;所述外部导管收尾成朝向叶轮腔的收缩喷咀;一根穿过一部分外部导管而收尾成在收缩管内且与其同轴心以引导洗浆液喷射到叶轮腔内的冲洗喷咀的冲洗管，收缩喷咀和同轴的冲洗喷咀在它们之间构成一环形文丘利喉管，借此建立起一降压区，从而提高沿外部回流导管的压差，便于回流浓浆流动。

8、按权利要求7所述壳一种圆盘喷咀式离心分离机，其特征在于叶轮构件包括一轮毂件，若干自叶轮构件中心区延伸的径向叶片，轮毂件具有圆锥轮廓，装于叶片之上，并与其同轴心，圆锥轮廓的顶尖向下指向收缩喷咀。

9、按权利要求7所述的一种圆盘喷咀式离心分离机，其特征在于叶轮构件包括一轮毂件，若干自轮毂件延伸并固定于轮毂件内的径向叶片，叶片的外底边固定在转子安装环件内，所述轮毂件具有普通圆柱轮廓，其下端收尾成普通圆锥形，圆锥形的顶尖向下指向收缩喷咀，在轮毂件和所述外下边之间的叶片内下边构成弧形提升面。

10、按权利要求9所述的一种圆盘喷咀式离心分离机，其特征在于所述流体引导装置包括若干自叶轮腔通至分离腔内的配合喷管的通道，所述喷管朝上向所述喷咀延伸，因此靠叶轮构件强制进入通道的洗浆液和回流混合液被所述喷管喷向所述喷咀。

11、按权利要求10所述的一种圆盘喷咀式离心分离机，其特征在于所述固定混合件配置于所述喷管内以促进洗浆液和回流彻底而均匀的混合。

12、按权利要求11所述的一种圆盘喷咀式离心分离机，其特征在于所述喷管延伸到最接近喷咀的高度，但处于相邻喷咀之间，因此来自各喷管的洗浆液和回流混合液基本上被相邻喷咀均分。

13、按权利要求12所述的一种圆盘喷咀式离心分离机，其特征在于在喷咀根部或入口的转子组件的壁制成扇贝形以形成重细粒在经喷咀喷射之前可聚集在里面的凹陷处。

14、按权利要求13所述的一种圆盘喷咀式离心分离机，其特征在于所述每一个喷管在其上端装有钩形件，它集中洗浆液和回流混合液并有助于将它们引向所述喷咀。

15、按权利要求10所述的一种轮盘喷咀式离心分离机，其特征在于所述喷管伸入最接近于喷咀高度的区域，但处于相邻喷咀之间，因此来自各喷管的洗浆液和回流混合液基本上为相邻喷咀所均分。

16、按权利要求15所述的一种圆盘喷咀式离心分离机，其特征在于在喷咀根部或入口的转子组件的壁制成扇贝形以形成重细粒在经喷咀喷射之前可聚集在里面的凹陷处。

17、按权利要求16所述的一种圆盘喷咀式离心分离机，其特征在于所述每一喷管在其上端装有钩形件，它集中洗浆液和回流混合液，并有助于将它们引向所述喷咀。

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