PL181377B1 - Sposób i urzadzenie do periodycznego rozdzielania czastek stalych od cieczypoprzez odsrodkowa sedymentacje PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób periodycznego rozdzielania czastek stalych od cieczy poprzez odsrodkowa sedymentacje, w którym zawiesin rozdzielanych cieczy i czastek wprowadza sie do komory wloto- wej obrotowego rozdzielajacego wirnika z pojemnikiem i powo- duje sie obrót zawiesiny cieczy i czastek poprzez obrót pojemni- ka, znamienny tym, ze zawiesine cieczy i czastek przeprowadza sie przy zasadniczo laminarnym przeplywie przez wiele sasiadu- jacych ze soba promieniowo i na obwodzie, równoleglych kana- lów usytuowanych osiowo w pojemniku (18), przy czym czastki przeprowadza sie przez kanaly przy liczbie g mniejszej niz 500, korzystnie mniejszej niz 100 i przerywa sie dostarczanie zawiesi- ny czastek i cieczy i obracanie pojemnika (18), kiedy stezenie czastek w oczyszczonej, oddzielonej cieczy przewyzsza zadana wartosc, po czym otwiera sie czlon drenazowy i odprowadza sie osadzone czastki zebrane na scianach kanalów wirnika (12). 3. Urzadzenie do periodycznego rozdzielania czastek stalych od cieczy poprzez odsrodkowa sedymentacje, zawierajace pojemnik zamontowany obrotowo wokól pionowej osi, majacy komore wlotowa zawiesiny do rozdzielenia z wlotem i polaczona z nia usytuowana osiowo komore rozdzielania z elementami z powierzchnia osadzania, oraz polaczona z wylotem komory rozdzielania komore wylotowa cieczy pozbawionej czastek osadu z wylotem cieczy oraz komore zbierajaca czastek oddzielonych z wylotem czastek, znamienne tym, ze elementy z powierzchnia osadzania maja postac zestawu usytuowanych w kierunku osio- wym, równoleglych elementów rurowych (46,46'), które sa ulozone obok siebie, a w wylocie czastek jest umieszczony okre- sowo otwierany czlon drenazowy. F ig . 1 PL PL PL

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy poprzez odśrodkową sedymentację. Wynalazek dotyczy zwłaszcza separatorów odśrodkowych używanych między innymi do oddzielania ekstrakcji drożdży, skrobi kaolinu, oddzielania oleju, smaru od ciekłej mieszaniny, oczyszczania i klarowania wysoko wartościowych cieczy, takich jak piwo, wino, olej, a także do oczyszczania przepływów odpadowych i tym podobnych.

Znany sposób prowadzenia bardzo wydajnego oddzielania polega na zwiększeniu pola powierzchni elementów powierzchni osadzania i zmniejszenie głębokości cieczy jak to tylko możliwe za pomocą różnych procesów.

Do realizacji tego sposobu stosuje się urządzenie zawierające wirnik obrotowy wokół pionowej osi, ze stożkowymi płytami wyposażonymi w tak zwane klamry, to jest przekładki odległościowe, które gwarantują ustalone wcześniej, stosunkowo małe odległości pomiędzy płytami, skracając przez to odległość sedymentacji.

Znany jest sposób rozdzielania mieszanin cieczy zawierających ciężkie i stosunkowo lekkie fazy ciekłe z opisu patentowego US-A-3 695 509, który to sposób polega na ciągłym odśrodkowym oddzielaniu na przykład emulsji oleju i wody lub tym podobnych i ciekłej fazy

181 377 poprzez prowadzenie mieszaniny cieczy do górnej komory zbierającej, po czym zapewnia się przepływ mieszaniny przez rurowe kanały przy wysokiej liczbie g rzędu 900-1250 tak, że cięższa faza ciekła (na przykład woda) podczas jej przepływu przez rury podnosi się w nich promieniowo na zewnątrz, a lżejsza faza ciekła (na przykład krople oleju) jest wciskana promieniowo do wewnątrz. Fazy ciekłe rozdzielone w rurowych kanałach są następnie usuwane ciągle z rozdzielacza przy różnych odległościach promieniowych od środka osi obracającego się zbiornika.

Opis patentowy US-A-3 695 509 ujawnia urządzenie do rozdzielania odśrodkowego zawierające zbiornik obrotowy wokół pionowej osi, który to zbiornik ma wlot cieczy do oddzielenia, strefę oddzielania z elementami powierzchni osadzania, komory zbierające górną i dolną, połączone ze strefą oddzielania, wylot cieczy, która została uwolniona od cząstek w strefie oddzielania, oraz wylot, który może być otwierany i zamykany, cząstek oddzielonych, zebranych na elementach powierzchni osadzania. Strefa rozdzielania jest ukształtowana z wielu sąsiednich elementów rurowych ustawionych osiowo i w kształt pierścienia.

Takie odśrodkowe rozdzielacze są jednak drogie w wytwarzaniu, ponieważ wymagane są ścisłe normy bezpieczeństwa w celu zabezpieczenia przed uszkodzeniem, które mogą być spowodowane dużą ilością energii zmagazynowanej w wysoko obrotowych wirnikach, które generują obroty rzędu tysięcy liczby g. Ponadto zużywają one duże ilości energii podczas pracy. We wlocie występuje ryzyko turbulentnego przepływu i kruszenia cząstek, kiedy ciecz ma być przyspieszona. Także w szczelinach pomiędzy powierzchniami zestawu płyt oddzielających występuje ryzyko przepływu turbulentnego, który zmniejsza wydajność rozdzielania. Opróżnianie osadu przy wysokich prędkościach obrotowych zaburza oddzielanie i opróżnianie to często jest niecałkowite. Opróżnianie osadu często wymaga użycia dużych ilości energii i powoduje ryzyko zatykania. W końcu, osad może być uszkodzony podczas opróżniania.

Według wynalazku, sposób nieciągłego rozdzielania cząstek stałych od cieczy poprzez odśrodkową sedymentację, polega na tym, że zawiesinę rozdzielanych cieczy i cząstek wprowadza się do komory wlotowej obrotowego rozdzielającego wirnika z pojemnikiem i powoduje się obrót zawiesiny cieczy i cząstek poprzez obrót pojemnika.

Sposób według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiesinę cieczy i cząstek przeprowadza się przy zasadniczo laminamym przepływie przez wiele sąsiadujących ze sobą promieniowo i na obwodzie, równoległych kanałów usytuowanych osiowo w pojemniku, przy czym cząstki przeprowadza się przez kanały przy liczbie g mniejszej niż 500, korzystnie mniejszej niż 100 i przerywa się dostarczanie zawiesiny cząstek i cieczy i obracanie pojemnika, kiedy stężenie cząstek w oczyszczonej, oddzielonej cieczy przewyższa zadaną wartość, po czym otwiera się człon drenażowy i odprowadza się osadzone cząstki zebrane na ścianach kanałów wirnika.

Pojemnik poddaje się wibracji po odprowadzeniu z innego osadu.

Według wynalazku, urządzenie do periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy poprzez odśrodkową sedymentację, zawiera pojemnik zamontowany obrotowo wokół pionowej osi, mający komorę wlotową zawiesiny do rozdzielenia z wlotem i połączoną z nią, usytuowaną osiowo komorę rozdzielania z elementami z powierzchnią osadzania, oraz połączoną z wylotem komory rozdzielania komorę wylotową cieczy pozbawionej cząstek osadu z wylotem cieczy oraz komorę zbierającą cząstek oddzielonych z wylotem cząstek.

Urządzenie według wynalazku, charakteryzuje się tym, że elementy z powierzchnią osadzania mają postać zestawu usytuowanych w kierunku osiowym, równoległych elementów rurowych, które są ułożone obok siebie, a w wylocie cząstek jest umieszczony okresowo otwierany człon drenażowy.

Komora wlotowa jest usytuowana powyżej elementów rurowych, zaś komora zbierająca i komora wylotowa są usytuowane poniżej elementów rurowych.

Elementy rurowe są usytuowane w dwóch współśrodkowych komorach rozdzielania, które są oddzielone od siebie za pomocą szczelnej dla cieczy pośredniej ściany, a komora wlotowa zawiesiny oraz komora wylotowa cieczy są usytuowane powyżej elementów rurowych, przy czym komora wlotowa zawiesiny jest połączona z usytuowaną od wewnątrz dodatkową komorą rozdzielania z elementami rurowymi, zaś komora wylotowa cieczy jest

181 377 połączona z promieniowo zewnętrzną komorą rozdzielania z elementami rurowymi. Komora zbierająca poniżej elementów rurowych w pojemniku stanowi komorę zawracania przepływu cieczy do rozdzielenia.

Elementy rurowe mają średnicę około 2-10 mm, korzystnie około 3 mm. Elementy rurowe mają ścianki o grubości około 0,2 mm. Elementy rurowe mają przekrój poprzeczny o kształcie okrągłym lub wielokątny. Elementy rurowe są z tworzywa sztucznego, zwłaszcza polipropylenu.

Elementy rurowe mają gęstość bliską gęstości rozdzielanej zawiesiny cząstek w cieczy. Elementy rurowe są spójnie połączone w pierścieniową kasetę elementów rurowych. Elementy rurowe są podtrzymywane przez dolną płytę zawierającą konstrukcję sieciową o drobnych oczkach.

Pojemnik jest zamontowany obrotowo w podporze nośnej na obrotowym wale połączonym, na którym osadzony jest pojemnik, przy czym wlot zawiesiny jest usytuowany w wale wirnika.

Człon drenażowy zawiera selektywnie wyjmowalny czop umieszczony w dnie komory zbierającej. Człon drenażowy zawiera zawór kulowy usytuowany w ścianie bocznej komory zbierającej. Zawór kulowy zawiera element dociskający wymuszający otwarte położenie, przy czym zawór kulowy jest zamontowany ruchomo przeciwnie do zwrotu siły elementu dociskającego w kierunku działania siły odśrodkowej.

W innym wariancie, człon drenażowy stanowi dolna płyta komory zbierającej, która jest zamontowana ruchomo w kierunku osiowym pomiędzy położeniem zamkniętym, w którym szczelnie styka się z boczną ścianą wirnika i położeniem otwartym oddalonym od bocznej ściany.

Korzystnie, pojemnik jest połączony z wibratorem.

W innej odmianie wynalazku, urządzenie do periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy poprzez odśrodkową sedymentację, charakteryzuje się tym, że elementy z powierzchnią osadzania mają postać równoległych kanałów ukształtowanych w kierunku osiowym obok siebie w korpusie umieszczonym w pojemniku, a w wylocie cząstek jest umieszczony okresowo otwierany człon drenażowy.

Pojemnik jest połączony z wibratorem.

Według obecnego wynalazku urządzenie do odśrodkowego rozdzielania eliminuje w każdym przypadku większość wad znanych odśrodkowych rozdzielaczy i może spełniać dobrze wymagania efektywnego rozdzielania zarówno przepływów przetwarzanych jak i odpadowych. Mianowicie, jest w stanie rozdzielać małe cząstki stałe o gęstości bliskiej fazy ciekłej przy średnich prędkościach, to jest o liczbie g poniżej 100, odznacza się mniejszymi wymaganiami inwestycyjnymi niż obecne urządzenia o podobnej wydajności, jest bardziej niezawodne i nie powoduje zatrzymań z powodu na przykład zapychania. Ponadto jest do niego łatwy dostęp, jest zwarte i proste do instalowania, a otrzymany w nim osad ma wysoki stopień suchości. Można je poddawać pasteryzacji w temperaturze nieco poniżej 100°C i można je myć bez rozmontowywania.

Dużą zaletą sposobu i urządzenia według wynalazku jest to, że jest zapewniony laminamy przepływ zawiesiny, który w połączeniu z rozsądną liczbą g, zapewnia większą wydajność rozdzielania przy mniejszej objętości instalacji.

Przez usytuowanie bardzo dużej liczby osiowo skierowanych elementów rurowych w komorze rozdzielania, które mają stosunkowo małą średnicę i grubość ściany, uzyskuje się bardzo duży obszar oddzielania a jednocześnie zapewnia się zasadniczo laminamy przepływ przez kanały przepływowe, gdzie odległość osadzania do ścian elementów rurowych jest mała, co oznacza, że osad jest wydzielany efektywnie na ścianach, nawet przy rozsądnej liczbie obrotów na minutę (liczbie g).

Sposób i urządzenie według obecnego wynalazku może być stosowane do rozdzielania od cieczy stosunkowo trudniej oddzielających się cząstek, takich jak cząstki stałe o gęstości bliskiej gęstości cieczy, poprzez sedymentację cząstek w strefie rozdzielania za pomocą średnich sił odśrodkowych. Sposób według wynalazku jest więc periodycznym procesem rozdzielania, w którym oddzielone cząstki są gromadzone i wydzielane na ściankach kanałów

181 377 rurowych w strefie rozdzielania, zaś ciecz (odciek), która jest pozbawiona cząstek wypływa z rozdzielacza. Kiedy stężenie cząstek w odcieku zaczyna wzrastać i przewyższa ustaloną wartość wskutek zapchania kanałów rurowych osadem wydzielonych cząstek, dopływ mieszaniny cieczy i cząstek i obroty zbiornika są zatrzymywane w celu usunięcia osadu ze ścian elementów rurowych za pomocą grawitacji, z lub bez przepłukiwania, a potem opróżnia się osad przez oddzielny otwierany wylot szlamu.

W związku z tym, że rurowe elementy w urządzeniu według obecnego wynalazku są wykonane z tworzywa sztucznego, zwłaszcza polipropylenu lub tym podobnych, cały zestaw elementów powierzchni oddzielania cząstek może być wyjątkowo niedrogi i łatwy, ponieważ mogą być zastosowane elementy rurowe prostego, niedrogiego typu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przykład wykonania urządzenia do periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy, w przekroju wzdłużnym, fig. la - urządzenie z fig. 1 wyposażone w podkładkę kierującą wlotowy przepływ do strefy rozdzielania, fig. 2 - urządzenie z fig. 1 w przekroju wzdłuż linii A-A na fig. 1, fig. 2a - część pierwszego przykładu wykonania wiązki elementów rurowych strefy rozdzielania urządzenia z fig. 2, w powiększonym przekroju poprzecznym, fig. 2b - część drugiego przykładu wykonania wiązki elementów rurowych strefy rozdzielania urządzenia z fig. 2, w powiększonym przekroju poprzecznym, fig. 2c w powiększonej skali przykład wykonania, w którym elementy z powierzchnią rozdzielania są ukształtowane poprzez wiele przyległych osiowych kanałów w obrotowym korpusie, fig. 3 - drugi przykład wykonania urządzenia do periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy, w przekroju wzdłużnym, fig. 4 - trzeci przykład wykonania urządzenia do periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy, w przekroju wzdłużnym, fig. 5 - przykład wykonania zmodyfikowanej części wylotowej urządzenia do rozdzielania według wynalazku, fig. 6a i 6b przedstawiają korzystne konstrukcje wylotowego otworu osadu, które są zamykane poprzez siły odśrodkowe w urządzeniu według wynalazku, i fig. 7 przedstawia inną konstrukcję wylotu osadu urządzenia do rozdzielania według wynalazku.

Przedstawione na fig. 1 urządzenie 10 do periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy działa na zasadzie siły odśrodkowej według pierwszego przykładu wykonania wynalazku. Urządzenie 10 zawiera rozdzielający wirnik 12, który jest obrotowo zamontowany na podporze nośnej 14 za pomocą łożyska wałeczkowego 16. Wirnik 12 zawiera szczelny dla cieczy pojemnik 18, który jest ograniczony cylindryczną ścianą 20 i ścianami końcowymi odpowiednio górną 22 i dolną 24. Na wale 26 wirnika 12 jest oparty na górze zamontowany nieobrotowo krążek 28 dla V-kształtnego pasa. Krążek 28 jest połączony za pośrednictwem V-kształtnego pasa napędowo z silnikiem elektrycznym działającym przy zmiennych prędkościach. Para nakrętek blokujących 29a,29b utrzymuje części wirnika na podporze nośnej 14.

Na wale 26 wirnika 12, wewnątrz pojemnika 18, jest zamontowane wypełnienie 30, na przykład z nylonu. Na górze wypełnienie 30, razem z górną ścianą końcową 22, osiowo ogranicza komorę wlotową 32. Na dole wypełnienie 30, razem z dolną ścianą końcową 24, ogranicza dolną komorę zbierającą 34 cząstek. Promieniowo na zewnątrz, pomiędzy wypełnieniem 30 i cylindryczną ścianą 20 jest ukształtowana pierścieniowa komora rozdzielania 36.

Na górnej części wału 26 wirnika znajduje się wlot zawiesiny 38 do rozdzielenia i promieniowe otwory wlotowe 39 łączące wlot zawiesiny 38 z komorą wlotową 32 w pojemniku. W dolnej części wału 26 wirnika 12 znajduje się wylot cieczy 40 oddzielonej fazy ciekłej, połączony z komorą zbierającą 34 cząstek poprzez promieniowe otwory 42. Człon drenażowy osadu, który może być otwierany i zamykany, jest zamontowany w dnie wgłębienia 45 w dolnej ścianie końcowej 24. W tym przykładzie wykonania jest to czop 44.

W komorze rozdzielania 36 są usytuowane elementy z powierzchnią osadzania, do rozdzielania zawiesiny. Elementy rozdzielające są ukształtowane zgodnie z obecnym wynalazkiem poprzez dużą liczbę cienkościennych, ustawionych osiowo elementów rurowych 46 (patrz w szczególności fig. 2). Elementy rurowe 46 korzystnie są z lekkiego materiału, takiego jak tworzywo sztuczne, na przykład PVC lub polipropylen, i mają średnicę mniejszą niż 10 mm, korzystnie około 3 mm. Elementy rurowe 46 są otwarte na obu końcach i są oparte na

181 377 sztywnej dolnej płycie 47 zawierającej konstrukcję sieciową o drobnych oczkach nie przeszkadzającej w przechodzeniu cieczy lub osadu.

Sposób rozdzielania cząstek stałych od cieczy za pomocą opisanego powyżej urządzenia 10 jest następujący. Ciekła zawiesina, która ma być rozdzielona, zwłaszcza zawiesina zawierająca drobne, trudno oddzielane cząstki, o gęstości bliskiej gęstości fazy ciekłej, wpływa do górnej komory zbierającej 32 rozdzielającego wirnika 12 przez wlot 38 i otwory wlotowe 40. Ciekła zawiesina jest tam przyspieszana w ruchu obrotowym razem z pojemnikiem 18. Jej prędkość obrotowa jest dobierana jako stosunkowo niska, tak aby otrzymać liczbę g mniejszą niż 500, korzystnie mniejszą niż 100, a przepływ cieczy przez komorę rozdzielania 36, to jest przez elementy rurowe 46 był dostosowany do prędkości opadania cząstek i prędkości obrotowej wirnika 12 i może być obliczona według prawa Stoke'a lub określona eksperymentalnie. Podczas przechodzenia przez elementy rurowe 46, ciekła zawiesina nadąża całkowicie zgodnie z obrotami pojemnika 18, co zapewnia laminamy przepływ i najlepsze warunki do dobrego rozdzielania. Odległość cząstek do osadzania ich na ścianie elementu rurowego 46 jest mała, co oznacza, że cząstki cieczy są osadzane na ścianach elementów rurowych 46 równomiernie przy stosunkowo średniej prędkości obrotowej (liczba g) i tworzą agregaty lub innego typu osady zależnie od zastosowania, jak będzie to opisane dalej w odniesieniu do dwóch praktycznych przykładów.

Kiedy stopień rozdzielenia wskazuje tendencję do pogarszania się, to jest kiedy stężenie cząstek w odcieku w wylocie cieczy 40 wzrasta, oznacza to, że została osiągnięta pojemność sedymentacyjna wiązki elementów rurowych 46, wskutek czego wlot zawiesiny 38 jest zamykany i obroty wstrzymywane. Kiedy obroty są wstrzymane, a wirnik 12 jest zatrzymany, zagęszczony osad ześlizguje się do komory zbierającej 34, możliwie przy pomocy pozostałej cieczy w pojemniku 18. Człony drenażowe, na przykład w postaci czopów 44 są utrzymywane na tym etapie jako otwarte. Należy zauważyć, że prędkość obrotowa podczas odwirowywania jest dobrana tak, że osad nie jest upakowywany zbyt twardo na ścianach elementów rurowych 46. Dla szczególnych zastosowań jednak może być wymagane przepłukiwanie, na przykład przy podwyższonej temperaturze, lub zastosowanie czyszczenia chemicznego. Opróżnianie osadu może także być ułatwione za pomocą wibratora, takiego jak opisany poniżej z odniesieniem do fig. 5. Podczas etapu opróżniania, ciągły przepływ może być wstrzymany za pomocą zbiornika buforowego (nie pokazany) połączonego z wlotem zawiesiny 38. Etap opróżniania nie trwa dłużej niż kilka minut. W przykładzie pokazanym na fig. 1, ciecz przechodzi przez elementy rurowe 46 w komorze rozdzielania 36 do dołu wskutek grawitacji.

Figura la ukazuje urządzenie 10 do rozdzielania z fig. 1 wyposażone w wymienialną kierującą przepływ podkładkę 49, która jest umieszczona w komorze wlotowej 32. Podkładka 49 jest przeznaczona do stosunkowo małych przepływów cieczy przez urządzenie w celu prowadzenia na zewnątrz przepływu do promieniowego zewnętrznego obszaru wiązki elementów rurowych 46 poprzez przykrycie jej wewnętrznej promieniowo części.

Figura 2 ukazuje rozdzielający wirnik 12 w przekroju poprzecznym. Figura 2a przedstawia elementy rurowe 46 w powiększeniu. Pierścieniowa komora rozdzielania 36 może mieć, zależnie od wymiarów urządzenia 10, kilka tysięcy elementów rurowych 46. Korzystnie, elementy rurowe 46 przypominają słomki do napojów o wymaganej długości. To oznacza, że waga wiązki rozdzielających elementów rurowych jest bardzo mała, a koszt ich wytwarzania niski. Elementy rurowe 46 mogą być wykonane jako spójna pierścieniowa kaseta, która może być szczelnie wypełniona w odpowiedni sposób w obszarach pomiędzy poszczególnymi elementami rurowymi 46, na przykład w końcowej części rur, w celu zapobiegania, jeżeli się tego wymaga, przepływowi cieczy pomiędzy elementami rurowymi 46.

Figura 2b ukazuje alternatywny przykład wykonania elementów rurowych 46' o kształcie sześciennym, ułożonych w postać plastra miodu. Taki plaster miodu może być także otrzymany poprzez zestawienie wyprofilowanych arkuszy lub płyt.

Figura 2c przedstawia dodatkowy alternatywny przykład wykonania elementów z powierzchnią osadzania, które mają postać osiowych kanałów 50a ukształtowanych w korpusie materiału 50. Ściany kanałów 50a tworzą powierzchnie osadzania tak, jak ściany elementów rurowych 46 i 46'.

181 377

Figura 3 ukazuje inny przykład wykonania urządzenia do rozdzielania według wynalazku, które zasadniczo odpowiada temu pokazanemu na fig. 1, ale w którym rozdzielanie odbywa się w kierunku przeciwnym do kierunku sił grawitacji w komorze rozdzielania 36. Ciekła zawiesina do rozdzielania jest wprowadzana przez wlot zawiesiny 48 do wału 26 i jest wprowadzana do komory wlotowej zawiesiny 34 usytuowanej na dole, pełniącej także funkcje komory zbierającej, przez promieniowe wlotowe przewody 51. W kamorze wlotowej 32 następuje przyspieszenie i obracanie cieczy razem z wirnikiem i dlatego większe cząstki mogą być oddzielone w samej komorze wlotowej 34, zanim ciecz dostanie się do elementów rurowych 46 przepływając przez nie do góry w celu osadzenia mniejszych, trudno oddzielanych cząstek podczas zasadniczo laminamych warunków przepływu w elementach rurowych 46. Rozdzielona ciecz przepływa następnie do komory wylotowej cieczy 31 i wypływa przez otwory wylotowe 52 do wylotu cieczy 40 w wale 26 wirnika 12. W tym przykładzie, osad zebrany na ścianach elementów rurowych 46 ma krótki dystans do przemieszczenia się podczas etapu opróżniania, ponieważ osad ma tendencję do osadzania się w dużej ilości przy dnie elementów rurowych 46.

Figura 4 przedstawia trzeci przykład wykonania urządzenia do rozdzielania według wynalazku, które zasadniczo odpowiada temu opisanemu wcześniej, ale w którym rozdzielanie jest prowadzone w komorze rozdzielania 36 i dodatkowej komorze rozdzielania 53 pierścieniowych i usytuowanych współosiowo, z których obie są upakowane elementami rurowymi 46 jak opisano wcześniej. Komora rozdzielania 36 jest oddzielona od dodatkowej komory rozdzielania 53 za pomocą cylindrycznej ściany oddzielającej 54, która rozciąga się do góry do komory wlotowej zawiesiny 58 i, razem z częścią ścienną 56, oddziela komorę wlotową zawiesiny 58 od komory wylotowej cieczy 60. Zamknięta komora zbierająca 34, pełni w tym przykładzie wykonania również funkcję komory zawracania przepływu. Jak można zauważyć na fig. 4, zawiesina jest prowadzona przez wlot zawiesiny 38 i przez promieniowe otwory wlotowe 62 do komory wlotowej zawiesiny 58 i przeprowadzana następnie przez dodatkową komorę rozdzielania 53 w kierunku działania sił grawitacyjnych, przy czym wtedy występuje pierwsze oddzielanie łatwych do oddzielenia materiałów, zanim przepływ cieczy zostanie zawrócony w komorze zbierającej 34 i przeprowadzony przeciwnie do kierunku sił grawitacyjnych w komorze rozdzielania 36. Tam, dzięki wyższej wartości liczby g, ma miejsce główne oddzielanie małych, trudnych do oddzielenia cząstek, zanim odciek opuści wirnik 12 przez komorę wylotową cieczy 60, promieniowe otwory 64 i wylot cieczy 40 w wale 26 wirnika 12.

Kiedy wydajność osadzania wiązki elementów rurowych zostanie osiągnięta i zawartość cząstek w odcieku wzrasta, przepływ i obroty są wstrzymywane, osad, wskutek grawitacji i małego tarcia o ściany elementów rurowych z tworzywa sztucznego, ześlizguje się do dołu do komory zbierającej 34, z której osad może być opróżniony jak opisano wcześniej lub innymi sposobami, które są opisane dalej w odniesieniu do fig. 5-7. Zaletą dwukomorowej konstrukcji z fig. 4 jest to, że większe, cięższe cząstki, które są oddzielane w komorze wewnętrznej rozdzielania 53, są poddawane mniejszym prędkościom obrotowym (liczbie g) i dlatego nie są upakowywane zbyt twardo, aby je skutecznie usuwać. Wibracje lub przepłukiwanie mogą być konieczne dla całkowitego oczyszczenia, a zbiornik buforowy (nie pokazany), połączony z wlotem zawiesiny 38 urządzenia, umożliwia ciągły przepływ w czasie przerwy procesu, jeżeli jest to konieczne podczas stosunkowo krótkiego czasu opróżniania.

Opróżnianie komory zbierającej 34 może być prowadzone różnymi sposobami zależnie od typu osadu. Figura 5 ukazuje przykład wykonania ze stożkowym dnem 66, w którym osad jest usuwany poprzez grawitację i opuszcza urządzenie przez wylot cieczy 40, kiedy obroty ustaną Może być zastosowany wibrator 68 do wibracji wirnika 12 w celu efektywnego usunięcia osadu.

Figura 6a ukazuje przykład wykonania członu drenażowego, który zawiera zawór kulowy 70 obciążony elementem dociskającym, na przykład w postaci sprężyny śrubowej, i zamontowany w ścianie 20 wirnika 12. Masa kulki i siła sprężyny są dobrane tak, że zawór podczas obrotu jest utrzymywany zamknięty za pomocą sił odśrodkowych, przy czym fig. 6b ukazuje, jak siła sprężyny otwiera zawór, kiedy prędkość obrotowa spada, umożliwiając usuwanie osadu.

181 377

Figura 7 przedstawia człon drenażowy zawierający zawór obciążony osiowo sprężyną 74, który może być otwierany ręcznie lub automatycznie za pomocą środków sterujących. Dolna płyta 72 jest w tym przypadku nieobrotowo połączona z wałem 26 wirnika 12 i jest ruchoma osiowo. Dolna płyta 72 jest wyposażona w obudowę dla ściśniętej sprężyny 74 i uszczelnienie 76, które uszczelnia ścianę 20 wirnika 12. Do wspornika 77 sprężyny 74, zamocowanego na wale 26 wirnika 12, są zamontowane dźwignie 78. Uruchamiając dźwignie 78 jak wskazano strzałkami 80 na figurze, siła sprężyny 74, utrzymująca uszczelnienie 76 zamknięte, jest zmniejszona i uszczelnienie 76 jest otwierane, tak że osad może być usunięty. Działanie odśrodkowe, kiedy komora rozdzielania 36 jest wypełniona osadem, musi najpierw być wstrzymane w celu umożliwienia ześlizgnięcia się osadu do dołu do komory zbierającej 34. Człon drenażowy jest następnie otwierany jak opisano powyżej i urządzenie jest uruchamiane tak, że osad wydostaje się wskutek siły odśrodkowej, po czym człon drenażowy jest zamykany, przepływ jest włączany i proces oddzielania jest kontynuowany. Dalej opisano kilka praktycznych przykładów.

Przykład 1

Testowe oddzielanie komórek drożdżowych (drożdże piekarnicze) zostało przeprowadzone w urządzeniu do rozdzielania według opisanego pierwszego przykładu wykonania, pokazanego na fig. 1. Największy promień komory rozdzielania 36 był 150 mm, a najmniejszy promień był 125 mm i była ona zapakowana 2400 rurami z polipropylenu, o średnicy 3,00 mm i grubości 0,2 mm. Wirówka wirowała z prędkością 310 obrotów na minutę, generując tym samym liczbę g około 16 w zewnętrznej części komory rozdzielania.

Drożdże były zmieszane z wodą tak, że uzyskano zawiesinę drożdży 0,9% objętościowo. Zawiesina była pompowana do wirówki za pomocą pompy z wężem, której wydajność mogła być zmieniana poprzez dostosowywanie prędkości obrotowej. Stężenie drożdży było określane poprzez odwirowywanie w wirówce laboratoryjnej przez 1,5 minut przy liczbie g 11000 i odczytywane w wyskalowanych rurach wirówki.

Oddzielanie było przeprowadzane w temperaturze pokojowej około 20°C i wyniki są podane w poniższej tabeli.

Przepływ, 1/godz	23	60	94	132
Stężenie drożdży w przepływie wlotowym % objętościowy	0,9	0,9	0,9	0,9
Stężenie drożdży w przepływie wylotowym % objętościowy	0,05	0,08	0,15	0,20
Oddzielenie drożdży,%	94	91	84	79

Po teście, zapewniono pracę urządzenia przy 100 litrach na godzinę. Kiedy stężenie drożdży w odcieku wskazywało tendencję wzrostową przepływ zatrzymywano, a obroty na minutę stopniowo zmniejszano, tak że urządzenie powoli opróżniano z oddzielonej cieczy. Kiedy drożdże zaczynały opuszczać urządzenie, pod wylotem cieczy 40 umieszczono pojemnik i obroty wstrzymano całkowicie. W celu usunięcia pozostałych drożdży, dwa zawory drenażowe w postaci czopów 44 w dnie 24 komory zbierającej 34 zostały otwarte, tak że cały koncentrat drożdży mógłby być usunięty. Zebrany koncentrat drożdży poddano analizie i stwierdzono, że zawiera około 60% objętościowo drożdży. Urządzenie zdemontowano i znaleziono tylko nieznaczne ilości drożdży pozostałe w rurach, co wskazywało, że osad mógł być łatwo usuwany z komory rozdzielania, kiedy urządzenie pracuje przy powyżej wskazanej liczbie g.

Przykład 2

Podobny test oddzielania drożdży prowadzono w urządzeniu do rozdzielania, wyposażonym w dwie współśrodkowe pierścieniowe komory rozdzielania 36, 53, jak pokazano na fig. 4. Komora rozdzielania 36 miała te same wymiary jak w Przykładzie 1, a największy promień dodatkowej komory rozdzielania 52 był 117 mm, zaś najmniejszy promień był 75 mm i była ona upakowana 2800 elementami rurowymi tego samego typu jak we wcześniejszym przykładzie. Najwyższa wartość liczby g w dodatkowej komorze rozdzielania 53 wyno10

181 377 siła 12. Urządzenie pracowało przy tych samych obrotach na minutę oprócz końcowego pobierania próbek, kiedy prędkość kątowa wzrastała do 420 obrotów na minutę.

Wyniki rozdzielania są podane w następujących tabelach:

Test A

Przepływ wlotowy, 1/godz	23	38	60	132
Stężenie drożdży w przepływie wlotowym % objętościowy	1,0	1,0	1,0	1,0
Stężenie drożdży w przepływie wylotowym % objętościowy	0,00	0,02	0,025	0,20
Oddzielenie drożdży, %	100	98,0	97,5	80,0

TestB

Prędkość kątowa, obr/min	310	310	310	310	310	310
Przepływ wlotowy, 1/godz	23	38	60	94	132	132
Stęż, drożdży w przepływie wlot.,% obj.	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
Stęż, drożdży w przepływie wylot.,% obj.	0,00	0,01	0,02	0,05	0,15	0,06
Oddzielenie drożdży, %	100,0	99,3	98,7	96,7	90,0	96,0

Wyniki rozdzielania z Testu B weryfikują zasadniczo wyniki Testu A, to jest potwierdzają że uzyskano bardzo dobre rozdzielenie aż do pojemności 50,6 litra/godz. i że uzyskano zdecydowane polepszenie przy wysokich przepływach 132 1/godz., kiedy prędkość kątowa była zwiększona od 310 do 420 obrotów na minutę lub od 16 do 22 g w zewnętrznej komorze rozdzielania 36. To wskazuje także, że nawet przy dwóch komorach rozdzielania 36,53 i wyższej prędkości kątowej, koncentrat drożdży może być łatwo usuwany z komory zbierającej 34, kiedy obroty są wstrzymywane.

W zakresie obecnego wynalazku są możliwe zmiany konstrukcji różnych części składowych urządzenia do rozdzielania. Na przykład, zarys przekroju poprzecznego rurowych elementów tworzących powierzchnię osadzania lub kanałów może mieć inny kształt niż tutaj opisany i pokazany, na przykład wielokątny lub owalny. Stałe wypełnienie 30 może być zastąpione korpusem pustym w środku. Wloty i wyloty mogą mieć te same wymiary, przez co zmniejsza się spadek ciśnienia w urządzeniu.

Claims (23)

1. Sposób periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy poprzez odśrodkową sedymentację, w którym zawiesinę rozdzielanych cieczy i cząstek wprowadza się do komory wlotowej obrotowego rozdzielającego wirnika z pojemnikiem i powoduje się obrót zawiesiny cieczy i cząstek poprzez obrót pojemnika, znamienny tym, że zawiesinę cieczy i cząstek przeprowadza się przy zasadniczo laminamym przepływie przez wiele sąsiadujących ze sobą promieniowo i na obwodzie, równoległych kanałów usytuowanych osiowo w pojemniku (18), przy czym cząstki przeprowadza się przez kanały przy liczbie g mniejszej niż 500, korzystnie mniejszej niż 100 i przerywa się dostarczanie zawiesiny cząstek i cieczy i obracanie pojemnika (18), kiedy stężenie cząstek w oczyszczonej, oddzielonej cieczy przewyższa zadaną wartość, po czym otwiera się człon drenażowy i odprowadza się osadzone cząstki zebrane na ścianach kanałów wirnika (12).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pojemnik (18) poddaje się wibracji po odprowadzeniu z niego osadu.

3. Urządzenie do periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy poprzez odśrodkową sedymentację, zawierające pojemnik zamontowany obrotowo wokół pionowej osi, mający komorę wlotową zawiesiny do rozdzielenia z wlotem i połączoną z nią usytuowaną osiowo komorę rozdzielania z elementami z powierzchnią osadzania, oraz połączoną z wylotem komory rozdzielania komorę wylotową cieczy pozbawionej cząstek osadu z wylotem cieczy oraz komorę zbierającą cząstek oddzielonych z wylotem cząstek, znamienne tym, że elementy z powierzchnią osadzania mają postać zestawu usytuowanych w kierunku osiowym, równoległych elementów rurowych (46,46’), które są ułożone obok siebie, a w wylocie cząstek jest umieszczony okresowo otwierany człon drenażowy.

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że komora wlotowa (32) jest usytuowana powyżej elementów rurowych (46, 46’), zaś komora zbierająca (34) i komora wylotowa są usytuowane poniżej elementów rurowych (46,46’).

5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że elementy rurowe (46, 46’) są usytuowane w dwóch współśrodkowych komorach rozdzielania (36, 53), które są oddzielone od siebie za pomocą szczelnej dla cieczy pośredniej ściany (54), a komora wlotowa zawiesiny (58) oraz komora wylotowa cieczy (60) są usytuowane powyżej elementów rurowych (46,46’), przy czym komora wlotowa zawiesiny (58) jest połączona z usytuowaną od wewnątrz dodatkową komorą rozdzielania (53) z elementami rurowymi (46, 46’), zaś komora wylotowa cieczy (60) jest połączona z promieniowo zewnętrzną komorą rozdzielania (36) z elementami rurowymi (46,46’).

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że komora zbierająca (34) poniżej elementów rurowych (46, 46’) w pojemniku (18) stanowi komorę zawracania przepływu cieczy do rozdzielenia.

7. Urządzenie według zastrz. 3 albo 4, albo 5, albo 6, znamienne tym, że elementy rurowe (46,46’) mająśrednicę około 2-10 mm.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że elementy rurowe (46, 46’) mają średnicę około 3 mm.

9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że elementy rurowe (46, 46’) mają ścianki o grubości około 0,2 mm.

10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że elementy rurowe (46) mają przekrój poprzeczny o kształcie okrągłym.

11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że elementy rurowe (46’) mają przekrój poprzeczny o kształcie wielokątnym.

12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że elementy rurowe (46, 46’) są z tworzywa sztucznego, zwłaszcza polipropylenu.

181 377

13. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że elementy rurowe (46, 46’) mają gęstość bliską gęstości rozdzielanej zawiesiny cząstek w cieczy.

14. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że elementy rurowe (46, 46’) są spójnie połączone w pierścieniową kasetę elementów rurowych.

15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że elementy rurowe (46, 46’) są podtrzymywane przez dolną płytę (47) zawierającą konstrukcję sieciową o drobnych oczkach.

16. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że pojemnik (18) jest zamontowany obrotowo w podporze nośnej (14) na obrotowym wale (26), na którym osadzony jest pojemnik (18), przy czym wlot zawiesiny (38) jest ukształtowany w wale (26) wirnika (12).

17. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że człon drenażowy zawiera selektywnie wyjmowalny czop (44) umieszczony w dnie (24) komory zbierającej (34).

18. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że człon drenażowy zawiera zawór kulowy (70) usytuowany w ścianie bocznej (20) komory zbierającej (34).

19. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że człon drenażowy stanowi dolna płyta (72) komory zbierającej (34), która jest zamontowana ruchomo w kierunku osiowym pomiędzy położeniem zamkniętym, w którym szczelnie styka się z boczną ścianą (20) wirnika (12) i położeniem otwartym oddalonym od bocznej ściany (20).

20. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że zawór kulowy (70) zawiera element dociskający wymuszający otwarte położenie, przy czym zawór kulowy (70) jest zamontowany ruchomo przeciwnie do zwrotu siły elementu dociskającego w kierunku działania siły odśrodkowej.

21. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że pojemnik (18) jest połączony z wibratorem (68).

22. Urządzenie do periodycznego rozdzielania cząstek stałych od cieczy poprzez odśrodkową sedymentację, zawierające pojemnik zamontowany obrotowo wokół pionowej osi, mający komorę wlotową zawiesiny do rozdzielenia z wlotem i połączoną z nią usytuowaną osiowo komorę rozdzielania z elementami z powierzchnią osadzania, oraz połączoną z wylotem komory rozdzielania komorę wylotową cieczy pozbawionej cząstek osadu z wylotem cieczy oraz komorę zbierającą cząstek oddzielonych z wylotem cząstek, znamienne tym, że elementy z powierzchnią osadzania mają postać równoległych kanałów (50a) ukształtowanych w kierunku osiowym obok siebie w korpusie (50) umieszczonym w pojemniku (18), a w wylocie cząstek jest umieszczony okresowo otwierany człon drenażowy.

23. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że pojemnik (18) jest połączony z wibratorem (68).