CN116273507B - 一种旋转漩涡分离装置及分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转漩涡分离装置及分离方法，包括搅拌桶、搅拌组件、轻相物料排出组件、驱动组件和程序控制器；所述分离方法预先设定搅拌速度，然后进料搅拌，最后分别分离回收轻相物料和重相物料。本发明实现了进料、物料在搅拌桶内形成旋转旋涡分离、轻相物料和重相物料分别排出的连续性作业，有效缩短了分离周期，确保了分离后轻相物料的纯度，也稳定了重相物料浓度的一致性，同时避免了分离装置内积存物结垢，分离效果好。
Description
技术领域
本发明涉及物料分离技术领域，特别是涉及一种旋转漩涡分离装置及分离方法。
背景技术
在化学化工、医药产品等领域，经常需要进行分离作业。比如，化学反应结晶物与母液分离、中和反应沉淀物与母液分离、絮凝物与母液分离、水析出物与水分离、水处理污泥与废水分离、油水分离等。
现有技术中，对于化学反应结晶物与母液分离、水析出物与水分离、水处理污泥与废水分离等，一般采用沉淀器、沉淀池和沉淀溢清装置分离部分水或母液，再通过离心机过滤、压滤机过滤、抽滤器过滤等制浆过滤。对于油水分离提纯，则应用气浮法、静置分离法获取轻相溶液，再通过蒸馏精馏进行生产。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
1、液相分离时难以避免地会携带部分固体或悬浮物；
2、固相沉降导致分离装置的底部会出现沉降结垢现象，装置使用时间越久，结垢现象越明显；
3、整个分离过程用时较长，且浓缩相（或重相物料，也称重相组分）的收集浓度差异较大，不利于高质量浓缩及高效、连续化生产。
发明内容
本发明提供一种旋转漩涡分离装置及分离方法，能够解决现有技术中存在的上述问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种旋转漩涡分离装置，包括：搅拌桶、搅拌组件、轻相物料排出组件、驱动组件和程序控制器；其中，
所述搅拌桶的一侧中部与进料管道连通，所述进料管道上安装有进料阀和重相物料检测仪；所述搅拌桶的中下部带有一圈导流半管，所述导流半管上开设有重相物料排出口，所述重相物料排出口上安装有重相物料排出阀；所述搅拌桶的顶盖一侧还带有液位计；
所述搅拌组件包括搅拌轴，所述搅拌轴竖直内置在所述搅拌桶内，其顶端从所述搅拌桶的顶盖中部伸出并与所述驱动组件驱动连接；所述搅拌轴的上部为带有进液孔的中空结构；
所述轻相物料排出组件包括中心管和虹吸管，所述中心管的一端插入到所述搅拌轴位于所述进液孔上方的中空结构中，所述虹吸管位于所述搅拌桶的外侧，其一端与所述中心管连通，其另一端带有轻相物料排出阀；
所述液位计和轻相物料排出阀通过所述程序控制器联动控制连接；所述重相物料检测仪和重相物料排出阀通过所述程序控制器联动控制连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述虹吸管上还安装有轻相物料检测仪，所述轻相物料检测仪、进料阀和重相物料排出阀通过所述程序控制器联动控制连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述导流半管为变径管，所述重相物料排出口位于所述导流半管的最小直径处。
在本发明一个较佳实施例中，所述导流半管的底部边缘位于所述搅拌桶的同一水平面上，其直径从起始端向终端逐渐缩小。
在本发明一个较佳实施例中，所述导流半管的起始端的直径为所述搅拌桶直径的10～15%；所述导流半管的最小直径处的直径为所述搅拌桶直径的4～8%。
在本发明一个较佳实施例中，所述搅拌桶的底部带有半圆形封头，所述半圆形封头的中心处开设有排空口。
在本发明一个较佳实施例中，所述搅拌组件还包括安装在所述搅拌轴中下部的搅拌锚，所述搅拌锚包括上锚框和下锚框，所述上锚框为倒梯形结构，所述下锚框为开口向上的半圆形结构，且与所述搅拌桶底部的半圆形封头有间距且结构吻合。
在本发明一个较佳实施例中，所述上锚框的上底边位于所述搅拌轴左侧的部分，其横截面为向上倾斜的斜面，且与竖直方向形成30～45°的夹角；所述上锚框的上底边位于所述搅拌轴右侧的部分，其横截面为向下倾斜的斜面，且与竖直方向形成30～45°的夹角。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种旋转漩涡分离方法，利用上述旋转漩涡分离装置分离重相物料和轻相物料，包括如下步骤：
（1）预先分析待分离的物料中重相物料和轻相物料的质量比重，并根据质量比重的差值在所述程序控制器中设定搅拌转速；
（2）进料搅拌：开启所述进料阀，向所述搅拌桶内加入待分离的物料，所述重相物料检测仪检测物料中重相物料的浓度并发送给程序控制器；根据步骤（1）中设定的搅拌转速启动驱动装置带动搅拌轴搅拌，使液态物料中的轻相物料和重相物料在旋转过程中分离；
（3）分离轻相物料：所述液位计实时测量所述搅拌桶内的液位值并发送给程序控制器，所述程序控制器根据液位值的高低调节所述轻相物料排出阀的开度，使旋转分离后的轻相物料先进入中心管，再通过所述虹吸管的虹吸作用从所述轻相物料排出阀排出；
（4）分离重相物料：程序控制器根据步骤（1）中接收到的重相物料的浓度，调节所述重相物料排出阀的开度，使旋转分离后的重相物料从所述重相物料排出阀排出。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，当所述轻相物料检测仪检测流经所述虹吸管内的轻相物料中含有重相物料时，所述轻相物料检测仪给所述程序控制器发送信号以关闭所述进料口和重相物料排出阀，使物料在所述搅拌桶内旋转至轻相物料和重相物料充分分离后，再开启所述进料阀和重相物料排出阀恢复运行。
本发明的有益效果是：本发明一种旋转漩涡分离装置及分离方法，通过预先分析原料中轻相物料与重相物料质量比重的差值调准设定搅拌转速，再通过程序控制器实现液位计、轻相物料排出阀、进料阀、重相物料检测仪、重相物料排出阀及轻相物料检测仪的联动控制，实现了进料、物料在搅拌桶内形成旋转旋涡分离以及轻相物料和重相物料分别排出的连续性作业，有效缩短了分离周期，确保了分离后轻相物料的纯度，也稳定了重相物料浓度的一致性，同时避免了分离装置内积存物结垢，分离效果优异。
附图说明
图1是本发明一种旋转漩涡分离装置一较佳实施例1的立体结构示意图；
图2是本发明一种旋转漩涡分离装置处于物料分离状态的结构示意图；
附图中各部件的标记如下：
10.搅拌桶，11.排空口，12.进料口，13.进料阀，14.导流半管，15.重相物料排出口，16.重相物料排出阀；
20.搅拌组件，21.搅拌轴，22.搅拌锚，221.上锚框，221a.上底边，221b.下底边，222.下锚框，222a.侧框边，222b.底框边；
30.驱动组件，31.减速器，32.变频电机；
40.轻相物料排出组件，41.中心管，42.虹吸管，43.旋转接头，421.轻相物料排出阀；
50.重相物料检测仪，60.轻相物料检测仪，70.液位计；
Ⅰ.V字形凹槽区，Ⅱ.动态分离区，Ⅲ.重相物料密集区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：
如图1所示，本发明公开了一种旋转漩涡分离装置，广泛适用于化学反应结晶物（重相物料）与母液（轻相物料）的分离，中和反应沉淀物（重相物料）与母液（轻相物料）的分离，絮凝物（重相物料）与母液（轻相物料）的分离，水析物（重相物料）与水（轻相物料）的分离，水处理污泥（重相物料）与废水（轻相物料）的分离，油（轻相物料）水（重相物料）的分离等。
所述旋转漩涡分离装置具体包括：搅拌桶10、搅拌组件20、驱动组件30、轻相物料排出组件40、程序控制器、重相物料检测仪50、轻相物料检测仪60和液位计70。
其中，所述搅拌桶10为圆柱形桶体，其底部带有半圆形封头，封头的中心处还开设有排空口11，用于排空搅拌桶10内残余的物料或清洗水，防止搅拌桶底部存污结垢。所述搅拌桶10的顶盖的一侧插入安装所述液位计70，用于测量搅拌桶10内的液位；所述搅拌桶10的一侧中部开设有进料口12，所述进料口12与进料管道连通，所述进料管道上安装有进料阀13和重相物料检测仪50，所述重相物料检测仪50用于实时测量待分离的物料中的重相物料的浓度。所述搅拌桶10的中下部带有一圈导流半管14，所述导流半管14为变径管，其下表面（即底部边缘）位于所述搅拌桶10的同一水平面上，其直径从起始端向终端逐渐缩小，即其上表面（即顶部边缘）在所述搅拌桶10上的位置从起始端向终端逐渐降低。具体地，所述导流半管14的起始端的直径为所述搅拌桶10直径的10～15%；所述导流半管14的终端（即最小直径处）的直径为所述搅拌桶10直径的4～8%。所述导流半管14的最小直径处开设有重相物料排出口15，所述重相物料排出口15上还安装有重相物料排出阀16。分离后的重相物料通过所述重相物料排出口15和重相物料排出阀16排出分离。
通过所述导流半管14的变径结构设计、起始端和终端的尺寸设计以及重相物料排出口15所在位置的设计，使得汇集于导流半管14区域的重相物料在旋转作用下，随着导流半管14的导流作用从重相物料排出口15排出。
所述驱动组件30包括减速器31和变频电机32。所述减速器31与变频电机32的动力输出端连接，并安装在所述搅拌桶10的顶部，用于给搅拌组件20提供搅拌驱动力。
所述搅拌组件20包括搅拌轴21和搅拌锚22。其中，所述搅拌轴21竖直内置在所述搅拌桶10内，其顶端从所述搅拌桶10的顶端中部伸出，并与所述减速器31连接。所述搅拌轴21的中上部为中空结构，中空结构以下为实心结构，且中空结构的底部边缘的管壁上开设有进液孔（未显示）。
所述搅拌锚22安装在所述搅拌轴21的中下部，包括上锚框221和下锚框222。所述上锚框221为倒梯形结构，所述下锚框222为半圆形结构，与所述搅拌桶10底部的半圆形封头有间距且结构吻合。
具体地，所述上锚框221的上底边221a比其下底边221b长。所述下锚框222包括两个侧框边222a和一个底框边222b，其中，所述底框边222b为圆弧形，且其弧度与所述搅拌桶10封头的弧度相同，所述底框边222b的两端分别通过所述侧框边222a与所述上锚框221的底边（即其下底边）两侧连接。所述上锚框221和下锚框222之间形成中间窄两端宽的结构。
具体地，所述搅拌锚22的框边为椭圆形空心棒，一方面，空心棒能够有效降低搅拌锚22的重量，从而减小驱动能耗；另一方面，椭圆形结构有助于增强搅拌锚22的强度，提高使用寿命。所述上锚框221的上底边221a位于所述搅拌轴21左侧的部分，以其椭圆形截面的长轴向上倾斜的方向布置，且倾斜方向与竖直方向形成30～45°的夹角，能够减小固相物料在其上的沉积；所述上锚框221的上底边221a位于所述搅拌轴21右侧的部分，以其椭圆形截面的长轴向下倾斜的方向布置，且倾斜方向与竖直方向形成30～45°的夹角，以增加搅拌锚以下区域的固态物料含量。
所述下锚框222的底框边222b在旋转搅拌的过程中能够将搅拌桶10内的物料托起旋转，防止物料在搅拌桶底部粘附结垢。通过上锚框和下锚框的结构设计及其组合形成的中间窄两端宽的结构，能够将重相物料汇集在导流半管区域，并使重相物料在旋转作用、导流作用及重力作用下，进一步汇集于重相物料排出口15处。
所述轻相物料排出组件40包括中心管41、虹吸管42和旋转接头43。所述中心管41的底端插入到所述搅拌轴21的中空结构内并位于所述进液孔的上方，确保搅拌桶10内分离后的轻相物料能够通过所述进液孔进入到中空结构中并再进入到中心管41中。所述中心管41的顶端通过所述旋转接头43与所述虹吸管42连接，所述虹吸管42位于所述搅拌桶10的外部，其另一端还带有轻相物料排出阀421。通过轻相物料排出组件的结构设计，使液相组分先溢流到中心管内，再通过虹吸作用排出，能够有效防止液相分离时携带部分重相物料或悬浮物。
另外，所述虹吸管42上还安装有轻相物料检测仪60，用于检测通过中心管41和虹吸管42排出的轻相物料的纯度。
所述程序控制器为PLC控制器。具体地，所述液位计70和轻相物料排出阀421通过所述程序控制器联动控制连接，即通过液位计70实时测得的液位值的高低控制轻相物料排出阀421的开度。
所述重相物料检测仪50和重相物料排出阀16通过所述程序控制器联动控制连接，即通过重相物料检测仪50检测待分离的物料中重相物料的浓度来调控重相物料排出阀16的开度，从而保证所排出的重相物料的浓度尽可能保持稳定。
所述轻相物料检测仪60、进料阀13和重相物料排出阀16通过所述程序控制器联动控制连接，一旦轻相物料检测仪60检测到排出的轻相物料中含有重相物料，立即通过程序控制器触发联动控制，关闭进料阀13和重相物料排出阀16，确保轻相物料中没有混杂重相物料，保证分离效果。
另外，上述旋转漩涡分离装置，在搅拌桶进料管确立为原料进管的条件下，在原料进料同一平面上另一侧设有第二根用于进合成反应剂、絮凝剂或水析进水辅料的管道后，本旋转漩涡分离装置就可以改进集成为：絮凝反应与分离、水析与分离，合成反应与分离一体设备，该改进设计仍包含在本发明保护的范围内。
利用上述旋转漩涡分离装置进行重相物料与轻相物料的分离，具体分离方法步骤如下。
（1）在实验室预先分析得到待分离的物料中重相物料和轻相物料的质量比重，然后利用重相物料的质量比重和轻相物料的质量比重的差值确定搅拌速度，并在程序控制器中设定好。
具体地，待分离的物料中，重相物料和轻相物料质量比重的差值越大，则搅拌速度越慢，重相物料和轻相物料质量比重的差值越小，则搅拌速度越快。
（2）进料搅拌：开启所述进料阀13，向所述搅拌桶10内加入待分离的物料，所述重相物料检测仪50检测物料中重相物料的浓度并发送给程序控制器；同时，根据步骤（1）中设定的搅拌转速启动驱动装置，使其带动搅拌轴21搅拌，使待分离的物料中的轻相物料和重相物料在旋转过程中形成旋转漩涡而分离；
具体地，轻相物料和重相物料在搅拌桶10内的分离过程及原理如下：
搅拌桶10内待分离的物料在搅拌的作用下呈圆柱体分布，且在离心力的作用下，呈圆柱体分布的物料（下称物料圆柱体）的顶部形成V字形旋转漩涡，即形成V字形凹槽区Ⅰ（如图2中V字形虚线及以上的区域），V字形凹槽的中心端点部位是旋转漩涡端点集合区，也是轻相物料聚集区；除V字形凹槽以外的上半部分，在重力及旋转离心力的作用下，其中的重相物料一边向搅拌桶10的桶壁方向移动，一边在自身重力的作用下下沉，实现了重相物料的动态分离，该区域位于物料圆柱体的V字形凹槽以下和搅拌锚以上的区域（如图2中V字形虚线及搅拌锚顶端水平虚线以上的区域），成为动态分离区Ⅱ；物料圆柱体的下半部分，在搅拌锚22的上锚框221和下锚框222的作用下，在导流半管14所在区域形成重相物料密集区Ⅲ（如图2中搅拌锚顶端水平虚线以下的区域）。
分离轻相物料：所述液位计70实时测量所述搅拌桶10内的液位值并发送给程序控制器，所述程序控制器根据液位值的高低调节所述轻相物料排出阀421的开度，使旋转分离后汇集于旋涡端点集合区的轻相物料先通过搅拌轴上的进液孔进入中心管41，再通过所述虹吸管42的虹吸作用从所述轻相物料排出阀421排出；
具体地，液位计70检测到的液位值越高，则轻相物料排出阀421的开度越大，液位计70检测到的液位值越低，则轻相物料排出阀421的开度越小。
分离重相物料：程序控制器根据步骤（1）中接收到的重相物料的浓度，调节所述重相物料排出阀16的开度，使旋转分离后的重相物料从所述重相物料排出阀16排出。
具体地，重相物料检测仪50检测到待分离的物料中重相物料的浓度越高，则重相物料排出阀16的开度越大；当重相物料检测仪50检测到待分离的物料中重相物料的浓度越低，则重相物料排出阀16的开度越小。
通过程序控制器根据待分离的物料中重相物料的浓度调节重相物料排出阀16的开度，从而确保分离后的重相物料的浓度一致、稳定，提高分离效果。
另外，当所述轻相物料检测仪60检测流经所述虹吸管42内的轻相物料中含有重相物料时，所述轻相物料检测仪60会给程序控制器发送信号以关闭所述进料阀13和重相物料排出阀16，使待分离的物料在所述搅拌桶10内旋转至轻相物料和重相物料充分分离后，再开启所述进料阀13和重相物料排出阀16恢复运行，以防止分离的轻相物料中混有重相物料，确保轻相物料的质量。
本发明一种旋转漩涡分离装置及分离方法，具有如下优点：
1、通过旋转漩涡分离装置的设计，使物料在搅拌桶旋转的过程中，物料的上部形成V字形的旋转漩涡，使轻相物料先汇集于该处，再溢流到中心管内，最后通过虹吸作用排出，能够有效防止液相分离时携带部分重相物料或悬浮物的问题；
2、通过旋转漩涡分离装置中搅拌锚和导流半管的结构设计，使得重相物料能够更快的汇集于重相物料排出口附近区域，从而加快了轻相物料和重相物料的分离速度，提高分离效率；
3、通过分离方法的设计，使得整个分离作业可以连续性操作，而且分离后的重相物料的浓度一致性高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种旋转漩涡分离装置，其特征在于，包括：搅拌桶、搅拌组件、轻相物料排出组件、驱动组件和程序控制器；其中，
所述搅拌桶的一侧中部与进料管道连通，所述进料管道上安装有进料阀和重相物料检测仪；所述搅拌桶的中下部带有一圈导流半管，所述导流半管上开设有重相物料排出口，所述重相物料排出口上安装有重相物料排出阀，所述导流半管的起始端的直径为所述搅拌桶直径的10～15%；所述导流半管的最小直径处的直径为所述搅拌桶直径的4～8%；所述搅拌桶的顶盖一侧还带有液位计；
所述搅拌组件包括搅拌轴，所述搅拌轴竖直内置在所述搅拌桶内，其顶端从所述搅拌桶的顶盖上伸出并与所述驱动组件驱动连接；所述搅拌轴的上部为带有进液孔的中空结构；
所述轻相物料排出组件包括中心管和虹吸管，所述中心管的一端插入到所述搅拌轴位于所述进液孔上方的中空结构中，所述虹吸管位于所述搅拌桶的外侧，其一端与所述中心管连通，其另一端带有轻相物料排出阀；
所述液位计和轻相物料排出阀通过所述程序控制器联动控制连接；所述重相物料检测仪和重相物料排出阀通过所述程序控制器联动控制连接。
2.根据权利要求1所述的一种旋转漩涡分离装置，其特征在于，所述虹吸管上还安装有轻相物料检测仪，所述轻相物料检测仪、进料阀和重相物料排出阀通过所述程序控制器联动控制连接。
3.根据权利要求2所述的一种旋转漩涡分离装置，其特征在于，所述导流半管为变径管，所述重相物料排出口位于所述导流半管的最小直径处。
4.根据权利要求3所述的一种旋转漩涡分离装置，其特征在于，所述导流半管的下表面位于所述搅拌桶的同一水平面上，其直径从起始端向终端逐渐缩小。
5.根据权利要求2所述的一种旋转漩涡分离装置，其特征在于，所述搅拌桶的底部带有半圆形封头，所述半圆形封头的中心处开设有排空口。
6.根据权利要求5所述的一种旋转漩涡分离装置，其特征在于，所述搅拌组件还包括安装在所述搅拌轴中下部的搅拌锚，所述搅拌锚包括上锚框和下锚框，所述上锚框为倒梯形结构，所述下锚框为开口向上的半圆形结构，且与所述搅拌桶底部的半圆形封头有间距且结构吻合。
7. 根据权利要求6所述的一种旋转漩涡分离装置，其特征在于，所述上锚框的上底边位于所述搅拌轴左侧的部分，其横截面为向上倾斜的斜面，且与竖直方向形成30～45 °的夹角；所述上锚框的上底边位于所述搅拌轴右侧的部分，其横截面为向下倾斜的斜面，且与竖直方向形成30～45°的夹角。
8.一种旋转漩涡分离方法，利用权利要求2-7任一项所述的旋转漩涡分离装置分离重相物料和轻相物料，其特征在于，包括如下步骤：
（1）预先分析待分离的物料中重相物料和轻相物料的质量比重，并根据质量比重的差值在所述程序控制器中设定搅拌转速；
（2）进料搅拌：开启所述进料阀，向所述搅拌桶内加入待分离的物料，所述重相物料检测仪检测物料中重相物料的浓度并发送给程序控制器；根据步骤（1）中设定的搅拌转速启动驱动装置带动搅拌轴搅拌，使待分离的物料中的轻相物料和重相物料在旋转过程中分离；
（3）分离轻相物料：所述液位计实时测量所述搅拌桶内的液位值并发送给程序控制器，所述程序控制器根据液位值的高低调节所述轻相物料排出阀的开度，使旋转分离后的轻相物料先进入中心管，再通过所述虹吸管的虹吸作用从所述轻相物料排出阀排出；
（4）分离重相物料：程序控制器根据步骤（1）中接收到的重相物料的浓度，调节所述重相物料排出阀的开度，使旋转分离后的重相物料从所述重相物料排出阀排出。
9.根据权利要求8所述的一种旋转漩涡分离方法，其特征在于，所述步骤（3）中，当所述轻相物料检测仪检测流经所述虹吸管内的轻相物料中含有重相物料时，所述轻相物料检测仪给所述程序控制器发送信号以关闭所述进料阀和重相物料排出阀，使待分离的物料在所述搅拌桶内旋转至轻相物料和重相物料充分分离后，再开启所述进料阀和重相物料排出阀恢复运行。
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