RU174979U1

RU174979U1 - CENTRIFUGAL EXTRACTOR

Info

Publication number: RU174979U1
Application number: RU2017105862U
Authority: RU
Inventors: Виктор Сергеевич Скачков
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2017-11-14

Abstract

Полезная модель относится к массообменным аппаратам химической технологии для проведения процесса жидкостной экстракции, в частности к центробежным экстракторам для использования преимущественно в химической, радиохимической, гидрометаллургической и фармацевтической отраслях промышленности.Техническим результатом является увеличение производительности транспортирующего устройства и экстрактора.Технический результат достигается в центробежном экстракторе, содержащем корпус со смесительной камерой с входными патрубками и камерами сбора разделенных фаз с выходными патрубками, привод, закрепленный на приводным валу ротор с крышкой с переливной кромкой, диском с переточными отверстиями, разделительной камерой, каналами с переливной кромкой, мешалкой и транспортирующим устройством, выполненным в виде размещенных на нижнем фланце ротора под углом к оси его вращения профилированных желобов в виде изогнутых трубок, за счет того, что ось трубок изогнута по цилиндрической винтовой линии - спирали, входной торец трубок размещен в плоскости оси вращения ротора, а трубки жестко закреплены в отверстии фланца аксиально симметрично относительно этой оси. Кроме того, ось спирали совпадает с осью вращения ротора, а диаметр D окружности проекции спирали на плоскость, перпендикулярную ее оси, угол α наклона к этой плоскости прямой линии, касательной к спирали, шаг Н спирали, наружный диаметр d трубок и их количество N удовлетворяют соотношениям: π×D×sin(α)/(N×d) ≥ 1 и α=arctg(H/(π×D)). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.The invention relates to chemical mass transfer apparatus for carrying out a liquid extraction process, in particular to centrifugal extractors for use mainly in the chemical, radiochemical, hydrometallurgical and pharmaceutical industries. The technical result is an increase in the productivity of the conveying device and the extractor. The technical result is achieved in a centrifugal extractor, comprising a housing with a mixing chamber with inlet nozzles and cam frames for collecting the separated phases with output nozzles, a drive mounted on the drive shaft, a rotor with a cover with an overflow edge, a disk with overflow holes, a separation chamber, channels with an overflow edge, a stirrer and a conveying device made in the form of angles placed on the lower flange of the rotor the axis of rotation of the profiled grooves in the form of curved tubes, due to the fact that the axis of the tubes is curved along a cylindrical helix - spiral, the inlet end of the tubes is placed in the plane of the axis of rotation of the rotor, and the tube and rigidly fixed in the hole of the flange axially symmetrically about this axis. In addition, the axis of the spiral coincides with the axis of rotation of the rotor, and the diameter D of the circumference of the projection of the spiral onto a plane perpendicular to its axis, the angle α of inclination to this plane of a straight line tangent to the spiral, the pitch H of the spiral, the outer diameter d of the tubes and their number N satisfy to the relations: π × D × sin (α) / (N × d) ≥ 1 and α = arctg (H / (π × D)). 1 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к массообменным аппаратам химической технологии для проведения процесса жидкостной экстракции, в частности к центробежным экстракторам для использования преимущественно в химической, радиохимической, гидрометаллургической и фармацевтической отраслях промышленности.The utility model relates to mass transfer apparatus of chemical technology for carrying out a liquid extraction process, in particular to centrifugal extractors for use primarily in the chemical, radiochemical, hydrometallurgical and pharmaceutical industries.

Известен центробежный экстрактор (авторское свидетельство SU №548291 А1, МПК B01D 11/04, опубл. 28.02.1977), содержащий корпус со смесительной камерой с входными патрубками и камерами сбора разделенных фаз с выходными патрубками, привод, ротор с мешалкой и транспортирующим устройством, выполненным в виде профилированных желобов, преимущественно цилиндрической формы, размещенных на нижнем торце ротора и установленных под углом к оси его вращения. Желоба образуют несколько черпаков с заостренными кромками нижних торцов.A centrifugal extractor is known (copyright certificate SU No. 548291 A1, IPC B01D 11/04, publ. 02/28/1977), comprising a housing with a mixing chamber with inlet nozzles and chambers for collecting separated phases with outlet nozzles, a drive, a rotor with a stirrer and a conveying device, made in the form of profiled gutters, mainly of cylindrical shape, placed on the lower end of the rotor and installed at an angle to the axis of its rotation. The troughs form several scoops with pointed edges of the lower ends.

Недостатком экстрактора является трудоемкость выполнения профилированных желобов при вальцовке тонкостенной обечайки на нижнем торце ротора и ограничение их поперечного сечения, обусловленное технологией изготовления, что снижает производительность устройства и удорожает конструкцию.The disadvantage of the extractor is the complexity of the profiled grooves when rolling thin-walled shell on the lower end of the rotor and the limitation of their cross-section due to the manufacturing technology, which reduces the productivity of the device and increases the cost of construction.

Известен центробежный экстрактор (см. книгу: Кузнецов Г.И., Пушков А.А., Косогоров А.В. «Центробежные экстракторы ЦЭНТРЭК», РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М., 2000 г., с. 28, рис. 1.13, с. 33), содержащий корпус со смесительной камерой с входными патрубками и камерами сбора разделенных фаз с выходными патрубками, привод, закрепленный на приводном валу ротор с крышкой с переливной кромкой, диском с переточными отверстиями, разделительной камерой, каналами с переливной кромкой, мешалкой и транспортирующим устройством. Устройство выполнено с использованием шнека в виде соприкасающихся без зазора многозаходной винтовой и цилиндрической обечаек, образующих в нижней части несколько черпаков, транспортирующих эмульсию при вращении и заглублении ниже ее свободной поверхности снизу из смесительной камеры вверх внутрь ротора.Known centrifugal extractor (see book: Kuznetsov G.I., Pushkov A.A., Kosogorov A.V. "Centrifugal extractors TSENTREK", RCTU named after D.I. Mendeleev. - M., 2000, p. 28, Fig. 1.13, p. 33), comprising a housing with a mixing chamber with inlet nozzles and separation phase collection chambers with outlet nozzles, a drive mounted on a drive shaft with a rotor with a cover with overflow edge, a disk with overflow holes, a separation chamber, channels with overflow edge, stirrer and conveying device. The device is made using a screw in the form of multi-helical helical and cylindrical shells adjoining without a gap, forming several scoops in the lower part, transporting the emulsion during rotation and deepening below its free surface from the bottom of the mixing chamber upward into the rotor.

Недостатком экстрактора является трудоемкость и материалоемкость выполнения винтовой обечайки шнека при изготовлении ее из цилиндрической заготовки, например, методом точения на токарном станке, что удорожает конструкцию.The disadvantage of the extractor is the complexity and material consumption of the screw shell of the screw during its manufacture from a cylindrical workpiece, for example, by turning on a lathe, which increases the cost of the design.

Наиболее близким по совокупности технических признаков к предложенному является принятый за прототип центробежный экстрактор (патент на изобретение RU 2064321 С1, МПК B01D 11/04, опубл. 27.07.1996), содержащий корпус с размещенными в нем смесительной камерой с входными патрубками и камерами сбора разделенных фаз с выходными патрубками, привод, закрепленный на приводным валу ротор с крышкой с переливной кромкой, диском с переточными отверстиями, разделительной камерой, каналами с переливной кромкой, мешалкой и транспортирующим устройством, выполненным в виде установленных на нижнем фланце ротора и развернутых под углом к оси его вращения профилированных желобов в виде изогнутых трубок. Трубки установлены с возможностью разворота, их входной торец размещен в приосевой зоне ротора, а выходной - в периферийной.The closest technical feature to the proposed one is the centrifugal extractor adopted for the prototype (patent for invention RU 2064321 C1, IPC B01D 11/04, publ. 07.27.1996), containing a housing with a mixing chamber placed in it with inlet pipes and collection chambers separated phases with outlet pipes, a drive mounted on a drive shaft, a rotor with a cover with overflow edge, a disk with overflow holes, a separation chamber, channels with overflow edge, a stirrer and a conveying device, are made a rotor mounted on the lower flange, and deployed at an angle to the axis of rotation of profiled grooves in the form of curved tubes. The tubes are installed with the possibility of a turn, their inlet end is located in the axial zone of the rotor, and the outlet in the peripheral one.

Недостатком экстрактора является малая производительность транспортирующего устройства, обусловленная заглублением в жидкость протяженной по радиусу выступающей ниже фланца части трубок, что провоцирует образование воронки на свободной поверхности жидкости и препятствует подводу эмульсии к входному торцу трубок, размещенному на минимальном радиусе.The drawback of the extractor is the low productivity of the conveying device, due to the deepening of the tube extended along the radius of the portion of the tubes protruding below the flange, which provokes the formation of a funnel on the free surface of the liquid and prevents the emulsion from being supplied to the inlet end of the tubes placed at a minimum radius.

Заявляемая полезная модель обеспечивает достижение технического результата в аспекте увеличения производительности транспортирующего устройства и экстрактора.The inventive utility model ensures the achievement of a technical result in the aspect of increasing the productivity of the conveying device and the extractor.

Технический результат достигается в заявленном центробежном экстракторе, содержащем корпус с размещенными в нем смесительной камерой с входными патрубками и камерами сбора разделенных фаз с выходными патрубками, привод, закрепленный на приводным валу ротор с крышкой с переливной кромкой, диском с переточными отверстиями, разделительной камерой, каналами с переливной кромкой, мешалкой и транспортирующим устройством, выполненным в виде размещенных на нижнем фланце ротора под углом к оси его вращения профилированных желобов в виде изогнутых трубок, за счет того, что ось трубок изогнута по цилиндрической винтовой линии - спирали, входной торец трубок размещен в плоскости оси вращения ротора, а трубки жестко закреплены в отверстии фланца аксиально симметрично этой оси по радиусу и азимутальному углу. Кроме того, ось спирали совпадает с осью вращения ротора, а диаметр D окружности проекции спирали на плоскость, перпендикулярную ее оси, угол α наклона к этой плоскости прямой линии, касательной к спирали, шаг Н спирали, наружный диаметр d трубок и их количество N удовлетворяют соотношениям: π×D×sin(α)/(N×d)≥1 и α=arctg(H/(π×D)).The technical result is achieved in the inventive centrifugal extractor, comprising a housing with a mixing chamber located in it with inlet nozzles and collection chambers for separated phases with outlet nozzles, a drive mounted on a drive shaft rotor with a cover with overflow edge, a disk with overflow holes, a separation chamber, channels with an overflow edge, a stirrer and a conveying device made in the form of profiled gutters in the form of isodes located on the lower flange of the rotor at an angle to the axis of its rotation utyh tubes, due to the fact that the tube axis is bent along a cylindrical helical line - helix, the input end of the tubes disposed in the plane of rotation of the rotor axis, and the tubes rigidly fixed in the hole of the flange is axially symmetrical to this axis along the radius and the azimuthal angle. In addition, the axis of the spiral coincides with the axis of rotation of the rotor, and the diameter D of the circle of projection of the spiral onto a plane perpendicular to its axis, the angle α of inclination to this plane of a straight line tangent to the spiral, the pitch H of the spiral, the outer diameter d of the tubes and their number N satisfy to the relations: π × D × sin (α) / (N × d) ≥1 and α = arctg (H / (π × D)).

Максимальные радиусы выступающей ниже фланца части трубок и их входного торца одинаковы, что уменьшает образование воронки в зоне транспортирующего устройства и увеличивает производительность его и экстрактора.The maximum radii of the part of the tubes protruding below the flange and their inlet end are the same, which reduces the formation of a funnel in the area of the conveying device and increases the productivity of it and the extractor.

На представленной фиг. 1 схематично изображен предлагаемый центробежный экстрактор в разрезе, на фиг. 2 схематично изображена в увеличенном масштабе аксонометрическая проекция транспортирующего устройства в сборе и деталях.In the presented FIG. 1 schematically shows the proposed centrifugal extractor in section, in FIG. 2 is a schematic enlarged view of a perspective view of a conveying device assembly and parts.

Заявленный центробежный экстрактор (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 с размещенными в нем смесительной камерой 2 с входными патрубками 3 и камерами сбора разделенных тяжелой 4 и легкой 5 фаз с выходными патрубками 6, на съемном фланце 7 подшипниковой опоры 8 которого закреплен привод 9. В опоре 8 установлен приводной вал 10 с закрепленным на нем ротором 11, например, конусной формы, крышкой 12 с концентричного валу переливной кромкой 13, диском 14 с переточными отверстиями 15, разделительной камерой 16, каналами 17 с переливной кромкой 18, мешалкой 19 с лопастями 20, и транспортирующим устройством 21. Устройство 21 выполнено в виде закрепленных, например, с помощью сварки, в отверстии нижнего фланца 22 аксиально симметрично относительно оси вращения ротора 11 под углом к ней профилированных желобов в форме, например, четырех трубок 23, изогнутых по цилиндрической винтовой линии - спирали с заостренным входным торцом 24 и выходным торцом 25. Трубки 23 выполняют функцию насоса погружного типа, транспортирующего при вращении эмульсию из смесительной камеры 2 сквозь отверстия этих трубок внутрь ротора 11. В приосевой зоне трубок 23 закреплена, например, с помощью сварки, втулка 26 с отверстием 27 для крепления мешалки 19. Внутренняя кромка входного торца 24 трубок 23 снабжена округлой фаской, заостряющей наружную кромку, для увеличения производительности.The claimed centrifugal extractor (Fig. 1 and 2) contains a housing 1 with a mixing chamber 2 placed in it with inlet pipes 3 and collection chambers separated by heavy 4 and light 5 phases with output pipes 6, on a removable flange 7 of the bearing support 8 of which the drive 9 is fixed A drive shaft 10 is mounted in a support 8 with a rotor 11 fixed thereon, for example, of a conical shape, a cover 12 with a concentric shaft with an overflow edge 13, a disk 14 with overflow holes 15, a separation chamber 16, channels 17 with an overflow edge 18, and a mixer 19 s blades 20, and the transporting device 21. The device 21 is made in the form of fixed, for example, by welding, in the hole of the lower flange 22 axially symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotor 11 at an angle to it of profiled gutters in the form of, for example, four tubes 23 bent along a cylindrical a helical line — spirals with a pointed inlet end 24 and an outlet end 25. Tubes 23 perform the function of a submersible pump, transporting the emulsion from the mixing chamber 2 through the openings of these tubes into the rotor 11 during rotation. for example, by welding, the sleeve 26 with the hole 27 for attaching the mixer 19 is fixed to the left zone of the tubes. The inner edge of the inlet end 24 of the tubes 23 is provided with a rounded chamfer, sharpening the outer edge, to increase productivity.

Ось спирали совпадает с осью вращения ротора 11, что в максимальной мере способствует подводу эмульсии к входному торцу 24 трубок 23 в смесительной камере 2, увеличивая производительность транспортирующего устройства 21 и экстрактора. Ориентация входного торца 24 трубок 23 в плоскости оси вращения ротора 11 навстречу набегающему потоку жидкости и заостренность его наружной кромки увеличивает динамическое давление в сечении этого торца и, следовательно, расход жидкости через каждую трубку. Диаметр D окружности проекции спирали на плоскость, перпендикулярной ее оси, угол α наклона к этой плоскости прямой линии, касательной к спирали, наружный диаметр d трубок 23 и их количество N удовлетворяют соотношению π×D×sin(α)/(N×d)≥1. Для цилиндрической спирали с шагом Н угол α=arctg(H/(π×D)). Указанное соотношение обеспечивает для предложенной конфигурации трубок 23 их максимально плотную упаковку до соприкосновения друг с другом без увеличения габаритного диаметра D+d выступающей ниже фланца 22 части и, следовательно, максимальную производительность транспортирующего устройства 21. Вальцовка трубок указанной формы производится, например, на токарном станке путем навивки длинной заготовки прямой трубки в спиральную канавку с заданными профилем и шагом на цилиндрическом стержне диаметром D-d, с последующим отрезанием ее спиральных элементов заданной длины и их сборкой, что упрощает изготовление транспортирующего устройства 21.The axis of the spiral coincides with the axis of rotation of the rotor 11, which maximizes the supply of the emulsion to the inlet end 24 of the tubes 23 in the mixing chamber 2, increasing the productivity of the conveying device 21 and the extractor. Orientation of the inlet end 24 of the tubes 23 in the plane of the axis of rotation of the rotor 11 towards the incoming liquid flow and the sharpness of its outer edge increases the dynamic pressure in the cross section of this end and, therefore, the flow rate of the liquid through each tube. The diameter D of the circle of the projection of the spiral onto a plane perpendicular to its axis, the angle α of inclination to this plane of a straight line tangent to the spiral, the outer diameter d of the tubes 23 and their number N satisfy the relation π × D × sin (α) / (N × d) ≥1. For a cylindrical spiral with step H, the angle α = arctan (H / (π × D)). The indicated ratio provides for the proposed configuration of the tubes 23 their maximum tight packing until they touch each other without increasing the overall diameter D + d of the part protruding below the flange 22 and, therefore, the maximum capacity of the conveying device 21. The tubes of this shape are rolled, for example, on a lathe by winding a long blank of a straight tube into a spiral groove with a given profile and pitch on a cylindrical rod with a diameter of Dd, followed by cutting its spiral linen elements of a given length and their assembly, which simplifies the manufacture of the conveying device 21.

В смесительной камере 2 закреплены вертикальные пластины 28 с радиальным зазором с транспортирующим устройством 21 для уменьшения жидкостной воронки в зоне его вращения и увеличения его производительности. В разделительной камере 16 для предотвращения перемешивания эмульсии и увеличения скорости ее расслаивания на составные фазы установлены лопасти 29 аксиально симметрично относительно оси вращения ротора, закрепленные в кольце 30, в резьбовое отверстие которого крепится мешалка 19, прижимая, таким образом, фланец 22 устройства 21 к ротору 11. Вращающий момент передается от привода 9 к валу 10 с помощью муфты 31.In the mixing chamber 2, vertical plates 28 are fixed with a radial clearance with a conveying device 21 to reduce the liquid funnel in the zone of its rotation and increase its productivity. In the separation chamber 16, to prevent mixing of the emulsion and increase the rate of its separation into component phases, blades 29 are mounted axially symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotor, fixed in a ring 30, into the threaded hole of which the stirrer 19 is attached, thus pressing the flange 22 of the device 21 to the rotor 11. The torque is transmitted from the drive 9 to the shaft 10 using the clutch 31.

Центробежный экстрактор работает следующим образом. После включения привода 9 и начала вращения ротора 11 исходные растворы по входным патрубкам 3 подают в смесительную камеру 2, где они перемешиваются мешалкой 19 с лопастями 20 для осуществления массопередачи распределяющегося компонента, и образовавшаяся эмульсия подается транспортирующим устройством 21 внутрь вращающегося ротора 11. В процессе транспортировки эмульсии в разделительной камере 16 снизу-вверх и ее расслаивания между лопастями 29 она приобретает форму кольцевого эмульсионного слоя плотно упакованных капель дисперсной фазы различной формы и объема, разделенных тонким слоем сплошной фазы. С уменьшением толщины этого слоя за счет центробежной силы коалесценция капель ускоряется и образуется второй сплошной слой полностью скоалесцированных капель первоначально дисперсной фазы. Таким образом, в верхней части разделительной камеры 16 в зоне диска 14 образуются три радиально соприкасающихся кольцевых слоя - двух очищенных друг от друга чистых разделенных фаз в приосевой и периферийной зонах разделительной камеры и эмульсионного слоя между ними.Centrifugal extractor works as follows. After turning on the actuator 9 and starting the rotation of the rotor 11, the initial solutions are fed through the inlet pipes 3 to the mixing chamber 2, where they are mixed with a mixer 19 with blades 20 for mass transfer of the distributed component, and the resulting emulsion is fed by the transporting device 21 into the rotating rotor 11. During transportation emulsion in the separation chamber 16 from the bottom up, and its delamination between the blades 29, it takes the form of an annular emulsion layer of densely packed droplets of the dispersed phase ra personal form and volume, separated by a thin layer of the solid phase. With a decrease in the thickness of this layer due to centrifugal force, the coalescence of the droplets accelerates and a second continuous layer of fully coalesced droplets of the initially dispersed phase forms. Thus, in the upper part of the separation chamber 16, in the region of the disk 14, three radially adjoining annular layers are formed — two clean separated phases separated from each other in the axial and peripheral zones of the separation chamber and the emulsion layer between them.

Легкая фаза через переливные кромки 18 по каналам 17 выводится из ротора 11 в камеру 5 сбора легкой фазы, и по выходным патрубкам 6 наружу экстрактора. Тяжелая фаза через переточные отверстия 15 транспортируется к оси вращения вала 10 к переливной кромке 13 и выводится из ротора 11 в направлении к периферии в камеру 4 сбора тяжелой фазы и по выходным патрубкам 6 наружу экстрактора.The light phase through the overflow edges 18 through the channels 17 is discharged from the rotor 11 into the chamber 5 for collecting the light phase, and through the outlet pipes 6 to the outside of the extractor. The heavy phase through the transfer holes 15 is transported to the axis of rotation of the shaft 10 to the overflow edge 13 and is discharged from the rotor 11 towards the periphery into the chamber 4 for collecting the heavy phase and through the outlet pipes 6 to the outside of the extractor.

С увеличением расходов исходных растворов увеличивается заглубление транспортирующего устройства 21 под уровень свободной поверхности объема эмульсии в смесительной камере 2 и появляется несепарационный заброс-унос эмульсии непосредственно из смесительной камеры по наружной поверхности ротора 11 в камеру сбора 5 легкой фазы, что ухудшает качество получаемых продуктов и в итоге уменьшает производительность экстрактора. Таким образом, предложенная конструкция транспортирующего устройства 21 обеспечивает его максимальную производительность при минимальном заглублении под уровень свободной поверхности объема эмульсии в смесительной камере 2 за счет максимально плотной упаковки трубок 23, оптимальной ориентации их входного торца 24 и минимального габаритного диаметра D+d той их части, которая выступает ниже фланца 22.With an increase in the cost of the initial solutions, the depth of the transporting device 21 increases to the level of the free surface of the volume of the emulsion in the mixing chamber 2 and a non-separating casting-off of the emulsion appears directly from the mixing chamber along the outer surface of the rotor 11 into the collection chamber 5 of the light phase, which worsens the quality of the products obtained and as a result, reduces the performance of the extractor. Thus, the proposed design of the conveying device 21 ensures its maximum performance with a minimum deepening under the level of the free surface of the volume of the emulsion in the mixing chamber 2 due to the most dense packing of the tubes 23, the optimal orientation of their inlet end 24 and the minimum overall diameter D + d of that part, which protrudes below flange 22.

Изготовленное и испытанное предложенное транспортирующее устройство с двумя трубками увеличило производительность экстрактора в 1,5 раза по сравнению с прототипом при прочих равных условиях.Manufactured and tested, the proposed transportation device with two tubes increased the productivity of the extractor by 1.5 times compared with the prototype, ceteris paribus.

Таким образом, для достижения заявленного технического результата предложено обеспечивающее его достижение техническое решение, совокупность конструктивных признаков которого неизвестна из настоящего уровня техники, обладает новизной по сравнению с выбранным прототипом, технически выполнимо и промышленно применимо, что соответствует критериям, характеризующим полезную модель.Thus, in order to achieve the claimed technical result, a technical solution providing it is proposed, the set of design features of which is unknown from the present prior art, has novelty in comparison with the selected prototype, is technically feasible and industrially applicable, which meets the criteria characterizing the utility model.

Claims

1. A centrifugal extractor comprising a housing with a mixing chamber with inlet nozzles and separation phase collection chambers with outlet nozzles, a drive mounted on the drive shaft, a rotor with a cover with overflow edge, a disk with overflow holes, a separation chamber, channels with overflow edge, a mixer and a conveying device made in the form of mounted on the rotor flange symmetrically about the axis of rotation and at an angle to it profiled grooves in the form of curved tubes, characterized in that the axis cutting curved along a cylindrical helical line - helix, the input end of the tubes disposed in the plane of rotation of the rotor axis, and the tubes rigidly fixed in the hole of the flange.

2. The centrifugal extractor according to claim 1, characterized in that the axis of the spiral coincides with the axis of rotation of the rotor, and the diameter D of the circumference of the projection of the spiral onto a plane perpendicular to its axis, the angle α of inclination to this plane of a straight line tangent to the spiral, the outer diameter d tubes and their number N satisfy the relation α≥arcsin (N × d / (π × D)).