CN1278460A - 分离装置、用于该分离装置的分离单元以及分离方法 - Google Patents

Abstract

一种从流体中分离出颗粒的装置,它包括若干分离单元。每个分离单元包括若干彼此平行而紧邻的细长的旋风式分离器(7)。每个旋风式分离器具有一进料口(14e)、一溢流排出口(40)和一底流排出口(41)。每个分离单元还包括:一第一腔室(21),旋风式分离器(7)的溢流排出口(40)开口进入该腔室;一第二腔室(20),其中设置旋风式分离器(7),该第二腔室含有旋风式分离器的进料口(14e);以及一第三腔室(22),旋风式分离器(7)的底流排出口(41)开口进入该腔室。这些腔室沿旋风式分离器的纵向方向看是叠置的。这些分离单元沿旋风式分离器的纵向方向看也是叠置的。

Description

分离装置、用于该分离装置的分离单元以及分离方法

本发明涉及一种从诸如液体或气体之类的含颗粒流体中分离出颗粒的分离装置，其中颗粒的密度大于流体的密度。本发明还涉及一种用于该分离装置中的分离单元。本发明另外还涉及一种从含颗粒流体中分离出颗粒的方法，该方法中采用发明的分离装置。

例如用于从淀粉悬浮液中去掉小纤维和溶解蛋白质的这种类型的分离装置通常是旋风式分离器。旋风式分离器具有一用于供给含限定浓度的待分离颗粒的流体的进料口、一用于排出含较高(显著地高)浓度颗粒的流体的底流排出口以及一用于排出含较低(显著地低)浓度颗粒的流体的溢流排出口。旋风式分离器的这种作用是在没有移动部件的情况下通过旋风式分离器中流体的流动效应而实现的，该流动效应由其特定的内部形状产生。

为提高所述分离装置的能力，往往将诸旋风式分离器平行地连接成一所谓多级旋风式分离器，其中诸旋风式分离器通常以一或多组的形式容纳于共用的壳体内。

为进一步提高能力，需要使用更多的壳体，它们可以通过用于供给和排出不同流体流的管道彼此连接。

由于这种方案相对较为昂贵而又不够灵活，因而也就形成了一个缺点。为了至少部分地克服这一缺点，开发了这样的旋风式分离器壳体，其中含沿径向延伸的旋风式分离器的组彼此叠置起来，并容纳于一共用的壳体内。通过这种方式，可以将大量的旋风式分离器设置在一单个的壳体中，并且可通过选择适当数量的组和匹配相应的壳体尺寸来达到所需的能力。

然而，这种结构的一个缺点在于，由于旋风式分离器的径向配置，其各构件在装配、维修和清洁过程中的可接近性较差，这尤其是因为构成溢流排出口的溢流部件(“旋涡溢流管”)必须一个一个地固定于旋风式分离器中(在装配过程中)，或一个一个地从旋风式分离器中拆下(在拆除过程中)。

流体流到各旋风式分离器或组的进料口和排出口行经设置在壳体中的内部分配管，这使得壳体相对较大。而且，这些分配管很难清洗。

现有的多级旋风式分离器的另一个缺点在于，由于内部设计的关系，它们的耐压能力受到限制(最大6—10巴)，结果造成取决于压力的能力和／或分离效率也受到限制。

本发明的目的在于克服现有技术的缺点或至少显著地减少这些缺点，提供一种容易装配、拆卸和维修的分离装置，它能够在高压下工作，尺寸较小，并且其能力能够根据要求来进行选择而无须重新配置内部分配管。

为实现上述和其它的目的，本发明首先提供一种用于从含颗粒流体中分离出颗粒的分离单元，该分离单元包括：若干彼此平行而紧邻的细长旋风式分离器，每个分离器具有一进料口、一溢流排出口和一底流排出口；一第一腔室，旋风式分离器的溢流排出口开口进入该腔室；一第二腔室，其中设置诸旋风式分离器，该第二腔室含有旋风式分离器的进料口；以及一第三腔室，旋风式分离器的底流排出口开口进入该腔室，第一、第二和第三腔室沿旋风式分离器的纵向方向看是叠置的。一种分离装置包括若干这种类型的分离单元，这些分离单元沿旋风式分离器的纵向方向看最好是叠置的。第一、第二和第三腔室在各分离单元中的叠置以及诸分离单元在分离装置中的叠置可以是沿竖直或水平的方向或沿另一方向。

将分离装置设计成由主分离单元叠置而成的组合件的形式，可以通过叠置适当数量的分离单元来简单而便利地实现分离装置所需的能力。各个分离单元的进料口、溢流排出口和底流排出口在分离装置的外部分别通过一进料口连接管、溢流排出口连接管和底流排出口连接管彼此连接，各个分离单元的进料口、溢流排出口和底流排出口最好基本排列成一条线，以使连接管尽可能的短。

分离单元的叠置(总体而言)，也就是诸分离单元的腔室的叠置(具体而言)，可实现对构制材料的非常有效的利用。因此，在一个分离单元内，第一腔室的一个壁也可以用作相邻的第二腔室的一个壁，而第二腔室的相对的壁又可以用作第三腔室的一个壁。在不同的分离单元之间，第一分离单元的第一腔室的一个壁也可以用作相邻的第二分离单元的一相邻第三腔室的一个壁。

为了能在对一个特定的分离单元进行清洗的同时保持其它分离单元工作，在本发明分离装置的一个较佳实施例中，在各分离单元的进料口、溢流排出口或底流排出口(一方面)与进料口连接管、溢流排出口连接管或底流排出口连接管(另一方面)之间分别装有一阀。关闭一或多个分离单元的阀，可以用一清洁剂对这些单元进行清洗／冲洗，该清洁剂可通过单独的清洗入口和出口引导通过分离单元。其它的分离单元保持正常地连接于各连接管，因此可以保持正常工作，而关闭的阀可确保不会有清洁剂进入待处理或已处理的流体的危险。利用这种清洁原理，可以通过比实际需要至少多设一个分离单元而在分离装置中加入一定的盈余能力，该盈余能力可用于对分离装置的各分离单元进行连续的清洗而实现分离装置的“现场清洗”(CIP)。

如果诸分离单元沿竖直方向叠置，则通过在已有单元的顶部或底部设置新的分离单元可很容易地增加分离装置的能力。理论上，这不会占用任何额外的地面空间。

诸分离单元及它们的腔室最好是圆筒形的设计，以形成尤为耐压的结构。

虽然上文始终是指每个分离单元一个进料口、一个溢流排出口和一个底流排出口，但分离单元也可以包括一个以上的进料口、溢流排出口或底流排出口，例如以便实现流体在连接于进料口和排出口的腔室中的最佳分配。每个进料口、溢流排出口和底流排出口可以装有一个阀，如以上所说明的。

下面参照附图来更详细地说明本发明及其优点，附图中：

图1是本发明装置的局部剖开的侧视图；

图2是图1所示装置沿箭头Ⅱ方向看的俯视图；

图3是一个旋风式分离器和其中的液流的放大剖视示意图；

图4是在一进料腔室与一溢流腔室之间的一个壁的放大的俯视图；

图5是图4所示壁沿V—V线剖开的剖视图；

图6是本发明分离装置的一种变型的放大剖视图；

图7是本发明分离装置的一种变型的缩小的局部剖视示意图，用于表示诸分离单元的液压保持；

图8是本发明分离装置的级联管路的俯视图；

图9是图8所示级联管路的正视图；以及

图10是图8所示级联管路沿箭头X方向看的侧视图。

在附图中，相同的标号表示相同的构件或具有相同功能的构件。

图1、2和3表示一具有碟形旋风式分离器支承件4的分离装置，每个支承件支承大量(一组)旋风式分离器7，为清楚起见，图1中仅示出其中的一个。每个旋风式分离器7具有一安装在一块板2上的旋涡溢流管14。这样，旋风式分离器7基本位于一第二腔室20中，旋风式分离器支承件4和板2构成该腔室的一部分，并且其中设置有各旋风式分离器7的一个进料口。各旋风式分离器7的一溢流口40通过旋涡溢流管14开口进入一第一腔室21。各旋风式分离器7的一底流口41开口进入一第三腔室22。在第一腔室21邻接第三腔室22的情况下，这两个腔室21、22基本由一腔室构件3形成。第二腔室20具有一进料管30，该管连接于一共用的进料口连接管11，含有待分离颗粒的流体可通过该进料管输入。第一腔室21具有一溢流排出管32，该管连接于一共用的溢流排出口连接管12，经清洁的流体可通过该溢流排出口连接管排出。第三腔室22具有一底流排出管34，该管连接于一共用的底流排出口连接管13，基本上分离的颗粒可通过该底流排出口连接管排出。

在该分离装置中，有一叠(在图1中从顶部到底部看)五个分离单元，它们各包括一第一腔室21、一第二腔室20和一第三腔室22。诸旋风式分离器7设置成使它们的纵向方向平行于装置的纵轴线。进入第一腔室21和第三腔室22的流体立即朝侧向分别被排入共用连接管12和13。

各腔室由基本呈环形或部分呈圆筒形的构件形成，这些构件彼此叠置，并在它们之间设有0型环形式的密封件43。可以叠置的构件的数量实际上是不受限制的，因为每个腔室均有自己的连接管路，并且不存在构成限制的共用壳体。

为了使腔室之间的压力差的力可被吸收，在第一和第三腔室21和22中设置压力环6。位于底座构件1与罩盖构件5之间的构件通过夹持螺栓10被夹持于一起。在它们的底段，夹持螺栓10以这样一种方式连接于底座构件1，即它们能在径向方向上枢转。夹持螺栓10的顶端通过螺母44固定于罩盖构件的凸缘45所形成的开口槽中。

在拆开该分离装置时，拧开螺母44，而后可将夹持螺栓10在径向方向上朝外枢转出槽。然后，可以拆下罩盖构件5、位于它下面的板2、旋风式分离器支承件4以及腔室构件3。

在拆开过程中，旋涡溢流管14可作为一单独的单元与板2一起拆下，因而可以接近所有相关的旋风式分离器7以便检查。由于没有死区，各腔室21、22可以彻底清空，因而清洗也非常容易。与现有的径向设置旋风式分离器的情况相比，在腔室20中每单位容积可以装多得多的(轴向设置)旋风式分离器。叠置的、具体说是呈圆筒的结构所能够承受的进料压力比目前传统的设计更高(例如为20巴)，这对于某些产品的操作是有益的：对于相同的尺寸，该分离装置具有更高的能力和／或提高的分离效率。

由于在进料管30和排出管32、34中设置了阀或关闭件(例如，用示意方式表示的，进料管30中的关闭阀31a、排出管32中的关闭阀31b和排出管34中的关闭阀31c)，因而可以单独地对各分离单元的第一腔室21、第二腔室20、第三腔室22和旋风式分离器7组进行清洗，不再需要为了清洗而关闭整个分离装置。

以上所描述和附图所示的各个腔室20、21和22的竖直配置并非是必需的；倾斜或水平的配置也是可以的。而且，一个第一分离单元的第一腔室21并不一定要邻接于另一个分离单元的第三腔室22，腔室的叠置还可以选择成这样的方式，即一个分离单元的第一腔室21或第三腔室22分别邻接于另一个分离单元的第一腔室21或第三腔室22。

图4和5更详细地示出了板2。板2具有一中心孔，用于连接一提升孔眼或类似件，围绕该中心孔设置有一组287个孔48的图案，供相同数量的旋风式分离器装设。槽49使相应的压力环6定心。

图6表示一第二腔室20、旋风式分离器7和一进料管30a的细节。在一端，旋风式分离器本体14b具有一环形缘14c，旋涡溢流管14a的一互补部分保持于该环形缘中。旋风式分离器本体14b基本呈锥形，并具有一凸缘14d。含有待分离颗粒的流体可以通过一进料口14e被压出腔室20而进入旋风式分离器7a。旋风式分离器7a用密封件50封装在板2与旋风式分离器支承件4之间。含有待分离颗粒的流体从进料管30a输入腔室20。在远离腔室20的一端，进料管呈圆形，在朝向腔室20的一端，该管基本呈卵形或椭圆形，该卵形或椭圆形的纵轴线延伸于腔室20的圆周方向上。

图7表示本发明的一分离装置，它具有旋风式分离器7a、板2、旋风式分离器支承件4、腔室构件3、带有凸缘45的罩盖构件5、底座构件1、压力环6、进料管30和溢流排出管32以及底流排出管34，它们在某些地方没有示出。

由上述构件所形成的诸分离单元最好由一双作用活塞缸装置60夹持于一起，该活塞缸装置可借助一手动泵61或一发动机装置而使板62在双箭头的方向上移动，以改变“×”所示位置之间的距离。板62连接有可以绕销64枢转的拉杆65。拉杆65在远离于板62的端部各具有一塞栓66，它支承在罩盖构件5的凸缘45上。

图7表示通过将拉杆65绕销64径向朝外枢转而以受控制的方式打开和关闭该分离装置的两种不同的方案。

在该图的右侧，拉杆65通过底座构件1的一凸缘中的一径向槽引导，并且拉杆65由槽中所设置的一压缩弹簧67沿径向方向朝分离装置驱动。拉杆65上有一倾斜突起68a，同时与该突起相对地，在底座构件1的侧壁上有一互补的倾斜突起68b。由于活塞缸装置60的缩回，板62朝底座构件1移动，突起68a和68b彼此接触起来，拉杆65克服压缩弹簧67所施加的力而径向朝外枢转；分离装置便可以打开。当使板62相对于底座构件1沿相反方向移动时，压缩弹簧67将拉杆65径向朝内推回—到突起68a和68b允许的程度—直至塞栓66与罩盖构件5接触起来；分离装置便被关闭。这样，便提供了对拉杆移动的机械控制。

在图7的左侧，拉杆65具有一突起69，它具有一销70，该销固定于一引导块72的一个槽71中。由于活塞缸装置60的缩回，板62朝底座构件1移动，销70在槽71中朝上移动。由于槽71呈一个角度引导离开分离装置，因而拉杆65在该径向移动过程中朝外枢转；分离装置便可打开。当使板62相对于底座构件1沿相反方向移动时，销70在槽71中的引导使得拉杆65径向朝内移动，直至塞栓66与罩盖构件5接触起来；分离装置便被关闭。这就提供了机械控制拉杆移动的另一种手段。

图8、9和10表示本发明分离装置81、82、83和84的一级联管路，各分离装置分别包括一进料口连接管81a、82a、83a和84a，一底流排出口连接管81b、82b、83b和84b，一溢流排出口连接管81c、82c、83c和84c，以及一泵装置81d、82d、83d和84d。该分离装置的级联管路在例如分离装置83所在位置还可以包括多个相同类型的分离装置，它们以类似的方式彼此连接成级联结构。

从一个容器(未更详细地示出)处，管子97将含杂质的流体输送到泵装置81d。进料口连接管81a通过管子85连接于泵装置81d。底流排出口连接管81b通过管子86连接于泵装置82d。溢流排出口连接管81c排出含低浓度颗粒的溢流流体。进料口连接管82a通过管子87连接于泵装置82d。底流排出口连接管82b通过管子88连接于泵装置83d。溢流排出口连接管82c通过管子98连接于泵装置81d，或将溢流流体通过一容器(未更详细地示出)输送到管子97。进料口连接管83a通过管子89连接于泵装置83d。底流排出口连接管83b通过管子90连接于泵装置84d。溢流排出口连接管83c通过管子91连接于泵装置82d。进料口连接管84a通过管子92连接于泵装置84d。溢流排出口连接管84c通过管子93连接于泵装置83d。此外，泵装置84d还连接有一用于供给清洗水的管子。诸分离装置81—84由一框架95支承，该框架仅用示意的方式表示。

分离装置81—84的级联管路的操作如下。泵装置81d通过引导至进料口连接管81a的管子85将含颗粒的流体输送至分离装置81。从分离装置81，具有高浓度颗粒的底流流体通过底流口连接管81b和管子86输送至泵装置82d。具有低浓度颗粒的溢流流体也从分离装置83通过溢流排出口连接管83c和管子91输送至泵装置82d。来自分离装置81的底流流体与来自分离装置83的溢流流体的混合物由泵装置82d通过管子87和进料口连接管82a输送至分离装置82。以类似的方式，泵装置83d通过底流排出口连接管82b和管子88接纳来自分离装置82的底流流体，并通过溢流排出口连接管84c和管子93接纳来自分离装置84的溢流流体。泵装置83d将两种流体通过管子89和进料口连接管83a输送至分离装置83。泵装置84d通过底流排出口连接管83b和管子90接纳来自分离装置83的底流流体，并通过管子94接纳清洗水，该清洗水流由泵装置84d通过管子92和进料口连接管84a输送至分离装置84。最后，已通过级联管路的所有级、因而其中颗粒浓度非常高的底流流体流出底流排出口连接管84b。

Claims (16)

1．一种从含颗粒流体中分离出颗粒的分离单元，该分离单元包括：

若干彼此平行而紧邻的细长旋风式分离器(7)，每个具有一进料口(14e)、一溢流排出口(40)和一底流排出口(41)；

一第一腔室(21)，旋风式分离器(7)的溢流排出口(40)开口进入该腔室；

一第二腔室(20)，其中设置旋风式分离器(7)，该第二腔室含有旋风式分离器的进料口(14e)；以及

一第三腔室(22)，旋风式分离器(7)的底流排出口(41)开口进入该腔室，

第一、第二和第三腔室(21，20，22)沿旋风式分离器(7)的纵向方向看是叠置的。

2．如权利要求1所述的分离单元，其特征在于，第一、第二和第三腔室(21，20，22)基本呈圆筒形。

3．如权利要求1或2所述的分离单元，其特征在于，叠置是沿竖直方向。

4．如上述任一项权利要求所述的分离单元，其特征在于，第一腔室(21)在其邻接于另一腔室的区域以外具有至少一个溢流腔室排出口(32)。

5．如上述任一项权利要求所述的分离单元，其特征在于，第二腔室(20)在其邻接于另一腔室的区域以外具有至少一个旋风式分离器腔室进料口(30)。

6．如上述任一项权利要求所述的分离单元，其特征在于，第三腔室(22)在其邻接于另一腔室的区域以外具有至少一个底流腔室排出口(34)。

7．一种从含颗粒流体中分离出颗粒的分离装置，它包括若干如上述任一项权利要求所述的分离单元。

8．如权利要求7所述的分离装置，其特征在于，这些分离单元沿旋风式分离器(7)的纵向方向看是叠置的。

9．如权利要求8所述的分离装置，其特征在于，这些分离单元的叠置是沿竖直方向。

10．如权利要求7或8所述的分离装置，其特征在于，这些分离单元的第一腔室(21)各具有至少一个溢流腔室排出口(32)，这些分离单元的第二腔室(20)各具有至少一个旋风式分离器腔室进料口(30)，这些分离单元的第三腔室(22)各具有至少一个底流腔室排出口(34)，各个分离单元的旋风式分离器腔室进料口、溢流腔室进料口和底流腔室进料口分别通过一进料口邻接管(11)、一溢流排出口连接管(12)和一底流排出口连接管(13)彼此连接。

11．如权利要求10所述的分离装置，其特征在于，各个分离单元的每组旋风式分离器腔室进料口(30)、溢流腔室排出口(32)和底流腔室排出口(34)基本设置成一条线。

12．如权利要求10或11所述的分离装置，其特征在于，在每个分离单元的旋风式分离器腔室进料口(30)、溢流腔室排出口(32)和底流腔室排出口(34)与进料口连接管(11)、溢流排出口连接管(12)和底流排出口连接管(13)之间分别装有一阀(31a，31b，31c)。

13．如权利要求8—12的任一项所述的分离装置，其特征在于，叠置的诸分离单元通过拉杆(10；65)压于一起。

14．如权利要求13所述的分离装置，其特征在于，拉杆(10；65)设置在腔室(20，21，22)的外部。

15．如权利要求14所述的分离装置，其特征在于，拉杆(10；65)在拆开分离装置时可枢转离开分离装置。

16．从含颗粒流体中分离出颗粒的方法，使用若干如权利要求10所述的分离装置，将来自一第一分离装置(81，82，83)的一底流排出口连接管(81b，82b，83b)的流体输送到一第二分离装置(82，83，84)的进料口连接管(82a，83a，84a)，将来自第二分离装置(82，83，84)的溢流排出口连接管(82c，83c，84c)的流体输送到第一分离装置(81，82，83)的进料口连接管(81a，82a，83a)。

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