RU183944U1

RU183944U1 - CENTRIFUGAL EXTRACTOR

Info

Publication number: RU183944U1
Application number: RU2018118056U
Authority: RU
Inventors: Виктор Сергеевич Скачков
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2018-10-09

Abstract

Полезная модель относится к конструкциям центробежных экстракторов для системы жидкость-жидкость, в частности содержащей осадки, преимущественно в составе многоступенчатого противоточного аппарата для применения в гидрометаллургической, химической, фармацевтической промышленности.The utility model relates to designs of centrifugal extractors for a liquid-liquid system, in particular containing precipitation, mainly as part of a multi-stage countercurrent apparatus for use in the hydrometallurgical, chemical, pharmaceutical industries.

Техническим результатом является упрощение конструкции центробежного экстрактора, повышение его производительности и эффективности массопередачи за счет конструктивных дополнений и изменений элементов корпуса. Технический результат достигается в центробежном экстракторе, содержащем корпус с двумя кольцевыми коллекторами для сбора тяжелой и легкой фаз с дном коллекторов, снабженным сливными отверстиями, размещенным под коллекторами распределителем с дном и наружной стенкой, образующими вместе с дном коллекторов и радиальными перегородками четыре проточные камеры, две из которых отборные камеры размещены диаметрально противоположно, сообщаются с коллекторами через сливные отверстия и снабжены выводными патрубками, а другие две приемные камеры размещены между отборными камерами, снабжены вводными патрубками и сообщаются с размещенной под ними камерой смешения с дном, в которой установлена с зазором с помощью радиальных перемычек концентрическая кольцевая перегородка с ребрами, и закрепленный на корпусе узел ротора с приводом, включающим приводной вал, камеру разделения с сепарационной насадкой, устройство вывода разделенных фаз, сообщающееся с коллекторами, мешалку и транспортирующее устройство, размещенные в камере смешения, в котором на нижней кромке кольцевой перегородки без зазора с ней и с зазором с дном камеры смешения закреплено кольцо, снабженное соосным ротору отверстием с диаметром, не меньшим диаметра мешалки, размещенной выше отверстия кольца с зазором с ним, вводные и выводные патрубки выполнены в виде труб, оси и диаметры которых совпадают для тяжелой входной и выходной фаз и легкой входной и выходной фаз, и эти две оси патрубков тяжелой и легкой фаз размещены параллельно друг другу по разные стороны от перпендикулярной им вертикальной оси корпуса, верхняя кромка кольцевой перегородки расположена выше дна коллекторов, а высота H₁ размещения над отверстием в кольце дна распределителя больше высоты Н₂ размещения транспортирующего устройства в соотношении: H₁/H₂>ρ_т/ρ_л>1, где ρ_т и ρ_л - плотности тяжелой и легкой фаз соответственно. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.The technical result is to simplify the design of a centrifugal extractor, increase its productivity and mass transfer efficiency due to structural additions and changes to the housing elements. The technical result is achieved in a centrifugal extractor containing a housing with two annular collectors for collecting heavy and light phases with a collector bottom, equipped with drain holes, a distributor with a bottom and an outer wall located under the collectors, forming four flow chambers together with the collector bottom and radial partitions, two of which selective chambers are placed diametrically opposite, communicate with the collectors through drain holes and are equipped with outlet pipes, and the other two receiving pipes The chambers are located between the selective chambers, equipped with inlet pipes and communicate with a mixing chamber with a bottom located under them, in which a concentric annular partition with ribs is mounted with a gap with the help of radial jumpers, and a rotor assembly with a drive, including a drive shaft, and a separation chamber fixed to the housing with a separation nozzle, a device for outputting the separated phases communicating with the collectors, an agitator and a conveying device located in the mixing chamber, in which on the lower edge of the annular cross without a gap with it and with a gap with the bottom of the mixing chamber, a ring is fixed, equipped with a hole coaxial to the rotor with a diameter not smaller than the diameter of the mixer, placed above the ring opening with a gap with it, the inlet and outlet pipes are made in the form of pipes, the axes and diameters of which coincide for the heavy inlet and outlet phases and the light inlet and outlet phases, and these two axis of the nozzles of the heavy and light phases are parallel to each other on opposite sides of the vertical axis of the housing perpendicular to them, the upper edge of the annular partition is located laid above the bottom of the collectors, and the placement height H ₁ above the hole in the bottom of the distributor is greater than the height H _{2 of the} placement of the conveying device in the ratio: H ₁ / H ₂ > ρ _t / ρ _l > 1, where ρ _t and ρ _l are heavy and light phases respectively. 6 c.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к жидкостной экстракции, а именно к конструкциям центробежных экстракторов для системы жидкость-жидкость, преимущественно в составе многоступенчатого аппарата для проведения противоточного экстракционного процесса, в частности с использованием жидкостей, содержащих или образующих при контактировании осадки, и может быть использована в гидрометаллургической, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.The utility model relates to liquid extraction, namely, to designs of centrifugal extractors for a liquid-liquid system, mainly as part of a multi-stage apparatus for conducting a countercurrent extraction process, in particular using liquids containing or forming precipitates upon contact, and can be used in hydrometallurgical, chemical, pharmaceutical and other industries.

Из уровня техники известен центробежный экстрактор (см. Авторское свидетельство СССР №955580, SU, А, МПК B01D 11/04, опубликован 23.08.1988, Бюл. 31), содержащий корпус с карманами для сбора разделенных фаз, смесительную камеру с перемешивающим устройством, установленным на валу, камеру разделения и устройства для ввода фаз, в нижней части смесительной камеры которого установлена перегородка с центральным отверстием цилиндроконической формы, основание конуса которого направлено вверх. Перемешивающее устройство выполнено в виде диска с конусообразными лопастями, нижние кромки которых параллельны кромкам отверстия, и установлено с возможностью вертикального перемещения.A centrifugal extractor is known from the prior art (see USSR author's certificate No. 955580, SU, A, IPC B01D 11/04, published 08/23/1988, Bull. 31), comprising a housing with pockets for collecting the separated phases, a mixing chamber with a mixing device, mounted on a shaft, a separation chamber and a phase input device, in the lower part of the mixing chamber of which a partition is installed with a central hole of a cylindrical shape, the base of the cone of which is directed upwards. The mixing device is made in the form of a disk with cone-shaped blades, the lower edges of which are parallel to the edges of the hole, and installed with the possibility of vertical movement.

Недостатком указанного центробежного экстрактора является низкая производительность, обусловленная тем, что ввод растворов в донную зону смесительной камеры через вертикальные подводящие патрубки в направлении снизу вверх увеличивает гидравлическое сопротивление в каналах транспортировки растворов, как в корпусе экстрактора, так и в трубопроводах межступенчатых перетоков при объединении нескольких экстракторов в многоступенчатый аппарат для проведения противоточного экстракционного процесса, что приводит к переполнению карманов растворами и появлению не сепарационных взаимных уносов фаз.The disadvantage of this centrifugal extractor is the low productivity due to the fact that the introduction of solutions into the bottom zone of the mixing chamber through the vertical supply pipes in the direction from bottom to top increases the hydraulic resistance in the solution transport channels, both in the extractor body and in the interstage transfer pipelines when several extractors are combined into a multi-stage apparatus for conducting a counter-current extraction process, which leads to overflow of the pocket in the solution and not the appearance of mutual entrainment separation of phases.

Наиболее близким к предложению заявителя по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату является центробежный экстрактор (см. Авторское свидетельство СССР №1156293, SU, А1, МПК B01D 11/04, опубликован 23.11.1990, Бюл. 43), содержащий корпус с кольцевыми коллекторами для сбора фаз и вводными-выводными патрубками, узел ротора с приводом и мешалкой и камеру смешения, в котором под коллекторами установлен кольцевой распределитель, разделенный радиальными перегородками на две отборные камеры, сообщающиеся с коллекторами, и две приемные камеры, сообщающиеся со смесительной камерой, и кольцевой концентрической перегородкой, установленной в камере смешения с помощью радиальных перемычек, верхняя кромка которой расположена выше дна распределителя, а нижняя кромка выполнена с внутренней отбортовкой. Кольцевые коллекторы выполнены в виде трех концентрических обечаек с дном, снабженным сливными отверстиями, с закрепленным на наружной обечайке посадочным фланцем. Вводные патрубки закреплены перпендикулярно цилиндрической стенке распределителя, а выводные - тангенциально. На посадочном фланце закреплен соосно корпусу съемный фланец узла ротора с приводом, включающим, соосные ротору приводной вал, камеру разделения с сепарационной насадкой, устройство вывода разделенных фаз, сообщающееся с коллекторами, мешалку и транспортирующее устройство, размещенные в камере смешения.The closest to the applicant’s offer in terms of the set of technical features and the technical result achieved is a centrifugal extractor (see USSR author's certificate No. 1156293, SU, A1, IPC B01D 11/04, published 11/23/1990, Bull. 43), containing a housing with ring collectors for collecting phases and inlet-outlet pipes, a rotor assembly with a drive and an agitator and a mixing chamber in which an annular distributor is installed under the manifolds, separated by radial partitions into two selective chambers communicating with the manifolds, and two receiving chambers in communication with the mixing chamber and an annular concentric baffle mounted in the mixing chamber using radial jumpers, the upper edge of which is located above the bottom of the distributor, and the lower edge is made with internal flanging. The annular collectors are made in the form of three concentric shells with a bottom equipped with drain holes, with a mounting flange fixed to the outer shell. The inlet nozzles are fixed perpendicular to the cylindrical wall of the distributor, and the outlet ones tangentially. On the landing flange, a removable flange of the rotor assembly with a drive, coaxial to the rotor of the drive shaft, a separation chamber with a separation nozzle, a device for separating the separated phases communicating with the collectors, a mixer and a transporting device located in the mixing chamber, is fixed coaxially with the housing.

Недостатком данного центробежного экстрактора является несоосность вводных и выводных патрубков, что усложняет соединение соседних экстракторов по стыкам патрубков в многоступенчатый аппарат для проведения противоточного экстракционного процесса. Это вынуждает изготавливать и использовать дополнительные изогнутые трубопроводы межступенчатых перетоков и увеличивает гидравлическое сопротивление в переточных каналах, что в итоге уменьшает производительность за счет переполнения коллекторов растворами, а также усложняет и удорожает конструкцию. Отверстия в дне распределителя, через которые приемные камеры сообщаются с камерой смешения, также увеличивают гидравлическое сопротивление в каналах транспортировки растворов в корпусе. Размещение ребер в кольцевой концентрической перегородке по всей ее высоте и без зазора с ней увеличивает объем застойных зон в камере смешения, что уменьшает эффективность массопередачи целевого компонента в эмульсии фаз. Закрепление выводных патрубков тангенциально цилиндрической стенке распределителя в ее отверстиях усложняет изготовление их прилегающих кромок и затрудняет последующую герметизацию их стыка, например, с помощью сварки, с последующим контролем сварного шва в труднодоступном месте с острым углом прилегающих поверхностей.The disadvantage of this centrifugal extractor is the misalignment of the inlet and outlet pipes, which complicates the connection of adjacent extractors at the joints of the pipes in a multi-stage apparatus for conducting a countercurrent extraction process. This forces to manufacture and use additional curved pipelines for interstage flows and increases the hydraulic resistance in the transfer channels, which ultimately reduces productivity due to overflowing of collectors with solutions, and also complicates and increases the cost of construction. The holes in the bottom of the distributor, through which the receiving chambers communicate with the mixing chamber, also increase the hydraulic resistance in the channels for transporting solutions in the housing. The placement of the ribs in the annular concentric partition along its entire height and without a gap with it increases the volume of stagnant zones in the mixing chamber, which reduces the mass transfer efficiency of the target component in the phase emulsion. Fixing the outlet pipes to the tangentially cylindrical wall of the distributor in its holes complicates the manufacture of their adjacent edges and complicates the subsequent sealing of their joint, for example, by welding, with subsequent control of the weld in a hard-to-reach place with an acute angle of adjacent surfaces.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является упрощение конструкции центробежного экстрактора, повышение его производительности и эффективности массопередачи.The task to which the claimed utility model is directed is to simplify the design of a centrifugal extractor, increase its productivity and mass transfer efficiency.

Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью, является упрощение конструкции и повышение производительности центробежного экстрактора за счет уменьшения гидравлического сопротивления в каналах транспортировки растворов в корпусе и его вводных и выводных патрубках в том числе путем исключения отверстий в дне распределителя и необходимости применения вспомогательных переточных трубопроводов межступенчатых перетоков при объединении нескольких ступеней в один многоступенчатый аппарат, а также повышение эффективности массопередачи за счет исключения застойных зон в камере смешения.The technical result achieved by the claimed utility model is to simplify the design and increase the efficiency of the centrifugal extractor by reducing the hydraulic resistance in the channels for transporting solutions in the housing and its inlet and outlet nozzles, including by eliminating holes in the bottom of the distributor and the need for auxiliary transfer pipelines for interstage flows when combining several steps into one multi-stage apparatus, as well as increasing the efficiency mass transfer due to the exclusion of stagnant zones in the mixing chamber.

Технический результат достигается тем, что заявлен центробежный экстрактор, содержащий корпус с двумя кольцевыми коллекторами для сбора тяжелой и легкой фаз с дном коллекторов, снабженным сливными отверстиями, размещенным под коллекторами распределителем с дном и наружной стенкой, образующими вместе с дном коллекторов и радиальными перегородками четыре размещенные вокруг вертикальной оси корпуса проточные камеры, две из которых отборные камеры размещены диаметрально противоположно, сообщаются с коллекторами через сливные отверстия и снабжены выводными патрубками, а другие две приемные камеры размещены между отборными камерами, снабжены вводными патрубками и сообщаются с размещенной под ними камерой смешения с дном, в которой установлена с зазором с помощью радиальных перемычек концентрическая кольцевая перегородка с ребрами, и закрепленный на посадочном фланце соосно корпусу съемный фланец узла ротора с приводом, включающим соосные ротору приводной вал, камеру разделения с сепарационной насадкой, устройство вывода разделенных фаз, сообщающееся с коллекторами, мешалку и транспортирующее устройство размещенные в камере смешения, в котором на нижней кромке кольцевой перегородки без зазора с ней и с зазором с дном камеры смешения закреплено кольцо, снабженное соосным ротору отверстием с диаметром, не меньшим диаметра мешалки, размещенной выше отверстия кольца с зазором с ним, вводные и выводные патрубки выполнены в виде труб, оси и диаметры которых совпадают для тяжелой входной и выходной фаз и легкой входной и выходной фаз, и эти две оси патрубков тяжелой и легкой фаз размещены параллельно друг другу по разные стороны от перпендикулярной им вертикальной оси корпуса, верхняя кромка кольцевой перегородки расположена выше дна коллекторов, а высота H₁ размещения над отверстием в кольце дна распределителя больше высоты Н₂ размещения транспортирующего устройства в соотношении H₁/H₂>ρ_т/ρ_л>1, где ρ_т и ρ_л - плотности тяжелой и легкой фаз соответственно.The technical result is achieved by the fact that the claimed centrifugal extractor containing a housing with two annular collectors for collecting heavy and light phases with a collector bottom, equipped with drain holes, a distributor with a bottom and an outer wall located under the collectors, forming four placed together with the collector bottom and radial partitions flow chambers around the vertical axis of the casing, two of which selective chambers are placed diametrically opposite, communicate with the collectors through drain holes and equipped with outlet pipes, and the other two receiving chambers are located between the selected chambers, equipped with inlet pipes and communicate with a mixing chamber with a bottom located under them, in which a concentric annular partition with ribs is installed with a gap with the help of radial jumpers, and is coaxially mounted on the landing flange the housing is a removable flange of the rotor assembly with a drive including a drive shaft coaxial with the rotor, a separation chamber with a separation nozzle, a device for outputting the separated phases, communicating with the collectors, an agitator and a transporting device located in the mixing chamber, in which a ring is provided on the lower edge of the annular partition without a gap with it and with a gap with the bottom of the mixing chamber, equipped with a hole coaxial to the rotor with a diameter not smaller than the diameter of the mixer located above the ring opening with a gap with it , the inlet and outlet pipes are made in the form of pipes, the axes and diameters of which coincide for the heavy input and output phases and the light input and output phases, and these two axes of the heavy and light phases are parallel to each other uh huh on different sides perpendicular to them vertical axis of the housing, the upper edge of the annular partition is situated above the bottom of reservoir, and the height H ₁ placed over an opening in the ring of the distributor bottom is greater than height H ₂ accommodation of the conveying device in a ratio of H ₁ / H _2> ρ _m / ρ _l > 1, where ρ _t and ρ _l are the densities of the heavy and light phases, respectively.

Наружная стенка распределителя в зоне вводных и выводных патрубков выполнена плоской и расположена перпендикулярно их осям. Мешалка снабжена изогнутыми лопастями, например, турбинного или пропеллерного типа, формирующими при ее вращении принудительный отвод эмульсии фаз от отверстия кольца внутри кольцевой перегородки в направлении к периферии или вверх соответственно, уменьшающий давление эмульсии фаз в нем. Ребра кольцевой перегородки размещены в зоне транспортирующего устройства с радиальным зазором с ней.The outer wall of the distributor in the area of the inlet and outlet pipes is made flat and located perpendicular to their axes. The mixer is equipped with curved blades, for example, of a turbine or propeller type, forming during its rotation a forced removal of the phase emulsion from the hole of the ring inside the annular partition towards the periphery or upward, respectively, reducing the pressure of the phase emulsion in it. The ribs of the annular partition are placed in the area of the conveying device with a radial clearance with it.

Предложенная ориентация и конструкция максимально коротких вводных и выводных патрубков, геометрия их закрепления на стенке распределителя, исключение отверстий дна распределителя в зоне приемных камер, а также обеспечение мешалкой дополнительного разряжения в отверстии кольца уменьшают гидравлическое сопротивление в каналах транспортировки растворов в корпусе и его вводных и выводных патрубках, что увеличивает производительность экстрактора, а также упрощает конструкцию отдельного экстрактора и соединение патрубков соседних экстракторов при их сборке последовательно на одном уровне в многоступенчатый аппарат. Предложенное размещение ребер в кольцевой перегородке уменьшает объем застойных зон и способствует гомогенизации эмульсии в объеме камеры смешения, что увеличивает эффективность массопередачи целевого компонента.The proposed orientation and design of the shortest inlet and outlet pipes, the geometry of their fastening on the wall of the distributor, the exclusion of the holes of the bottom of the distributor in the area of the receiving chambers, and the provision of an additional rarefaction stirrer in the ring opening reduce the hydraulic resistance in the channels for transporting solutions in the housing and its input and output nozzles, which increases the efficiency of the extractor, and also simplifies the design of a separate extractor and the connection of the nozzles of adjacent tractors is assembled sequentially on the same level in a multi-stage unit. The proposed placement of the ribs in the annular partition reduces the volume of stagnant zones and promotes homogenization of the emulsion in the volume of the mixing chamber, which increases the mass transfer efficiency of the target component.

Таким образом, заявленная полезная модель центробежного экстрактора позволяет упростить его конструкцию и увеличить его производительность и эффективность массопередачи.Thus, the claimed utility model of a centrifugal extractor makes it possible to simplify its design and increase its productivity and mass transfer efficiency.

На представленной фиг. 1 схематично изображен предлагаемый центробежный экстрактор полностью в ломаном разрезе А-А фиг. 3, на фиг. 2 схематично изображен разрез Б-Б фиг. 1, на фиг. 3 схематично изображен разрез В-В фиг. 1.In the presented FIG. 1 schematically shows the proposed centrifugal extractor fully in broken section AA of FIG. 3, in FIG. 2 schematically shows a section bB of FIG. 1, in FIG. 3 schematically shows a section BB of FIG. one.

Заявленный центробежный экстрактор (фиг. 1-3) содержит корпус 1 с посадочным фланцем 2 и двумя кольцевыми коллекторами 3 и 4 для сбора тяжелой и легкой фаз соответственно, в виде трех концентрических обечаек с дном 5 коллекторов, снабженным сливными отверстиями 6 и 7, размещенным под коллекторами распределителем 8 с дном 9 и наружной стенкой 10, образующими вместе с дном 5 коллекторов и радиальными перегородками 11 четыре размещенные вокруг вертикальной оси корпуса 1 и изолированные друг от друга проточные камеры, две из которых 12 и 13 отборные камеры размещены диаметрально противоположно, сообщаются с коллекторами 3 и 4 через сливные отверстия 6 и 7 и снабжены выводными патрубками 14 и 15, а другие две приемные камеры 16 и 17 размещены между отборными камерами, снабжены вводными патрубками 18 и 19 и сообщаются с размещенной под ними камерой смешения 20 с дном 21, в которой установлена с зазором 22 с помощью радиальных перемычек 23 концентрическая кольцевая перегородка 24 с ребрами 25.The claimed centrifugal extractor (Fig. 1-3) contains a housing 1 with a mounting flange 2 and two annular collectors 3 and 4 for collecting heavy and light phases, respectively, in the form of three concentric shells with a bottom 5 of the collectors, equipped with drain holes 6 and 7, placed under the collectors, a distributor 8 with a bottom 9 and an outer wall 10, forming together with the bottom 5 of the collectors and radial partitions 11 four flow chambers located around the vertical axis of the housing 1 and isolated from each other, two of which are 12 and 13 are selected chambers they are placed diametrically opposite, communicate with the collectors 3 and 4 through the drain holes 6 and 7 and are equipped with outlet pipes 14 and 15, and the other two receiving chambers 16 and 17 are placed between the selective chambers, are equipped with inlet pipes 18 and 19 and communicate with the pipes located below them a mixing chamber 20 with a bottom 21, in which a concentric annular partition 24 with ribs 25 is installed with a gap 22 by means of radial bridges 23.

На посадочном фланце 2 соосно корпусу 1 закреплен съемный фланец 26 узла ротора 27, например конической формы, с приводом 28, например электродвигателем, включающим, соосные ротору 27, приводной вал 29, камеру разделения 30 с сепарационной насадкой, например, в виде радиальных пластин 31, устройство вывода разделенных фаз, например, в виде трубок 32 с переливом 33 для вывода легкой фазы в коллектор 4, диска 34, жестко закрепленного на валу 29, с переточными отверстиями 35, крышкой 36 с переливом 37 для вывода тяжелой фазы в коллектор 3, образующими гидрозатвор 38 с размещенным в нем неподвижным активатором 39, жестко закрепленным на фланце 26. Приводной вал 29 размещен в подшипниковой опоре 40 и сочленяется муфтой 41 с валом 42 привода 28, закрепленного проставкой 43 на опоре 40. В нижней части ротора 27 закреплены транспортирующее устройство 44, например, в виде черпаков, и лопастная мешалка 45, размещенные в камере смешения 20.On the mounting flange 2, coaxially to the housing 1, a removable flange 26 of the rotor assembly 27, for example, of a conical shape, with a drive 28, for example, an electric motor including, coaxial to the rotor 27, drive shaft 29, a separation chamber 30 with a separation nozzle, for example, in the form of radial plates 31, is fixed , a device for outputting the separated phases, for example, in the form of tubes 32 with an overflow 33 for outputting the light phase to the collector 4, a disk 34 rigidly mounted on the shaft 29, with overflow holes 35, a cover 36 with overflow 37 for outputting the heavy phase to the collector 3, forming a water seal 38 with the fixed activator 39 located therein, rigidly fixed to the flange 26. The drive shaft 29 is placed in the bearing support 40 and articulated by the sleeve 41 with the shaft 42 of the drive 28, fixed by a spacer 43 on the support 40. In the lower part of the rotor 27 the transporting device 44 is fixed, for example, in the form of scoops, and a paddle mixer 45, placed in the mixing chamber 20.

На нижней кромке кольцевой перегородки 24 без зазора с ней и с зазором 46 с дном 21 камеры смешения 20 закреплено, например сваркой, кольцо 47, снабженное соосным ротору 27 отверстием 48 с диаметром, не меньшим диаметра мешалки 45, размещенной выше отверстия 48 с зазором 49 с кольцом 47. Вводные 18 и 19 (фиг.2-3) и выводные 14 и 15 патрубки выполнены в виде труб, оси и диаметры которых совпадают для тяжелой входной 18 в направлении стрелки Г и выходной 14 в направлении стрелки Д фаз и легкой входной 19 в направлении стрелки Е и выходной 15 в направлении стрелки Ж фаз, и эти две оси патрубков тяжелой и легкой фаз размещены параллельно друг другу по разные стороны от перпендикулярной им вертикальной оси корпуса 1, например, на одинаковых расстояниях L (фиг.2).On the lower edge of the annular partition 24 without a gap with it and with a gap 46 with the bottom 21 of the mixing chamber 20 is fixed, for example by welding, a ring 47, provided with a hole 48 coaxial to the rotor 27 with a diameter not smaller than the diameter of the mixer 45, placed above the hole 48 with a gap 49 with a ring 47. Introductory 18 and 19 (Fig.2-3) and outlet 14 and 15 nozzles are made in the form of pipes, the axes and diameters of which coincide for the heavy input 18 in the direction of arrow G and output 14 in the direction of the arrow D phases and light input 19 in the direction of arrow E and output 15 in the direction of arrow F of the phases, and these two axes of the pipes of the heavy and light phases are placed parallel to each other on opposite sides of the vertical axis of the housing 1 perpendicular to them, for example, at equal distances L (Fig. 2).

Высота H₁ (фиг. 1) размещения над отверстием 48 в кольце 47 дна 9 распределителя 8 больше высоты Н₂ размещения транспортирующего устройства 44 в соотношении H₁/H₂>ρ_т/ρ_л>1, где ρ_т и ρ_л - плотности тяжелой и легкой фаз соответственно, например в единицах г/см³, а верхняя кромка кольцевой перегородки 24 расположена на высоте Н₃ от дна 21 камеры смешения 20 выше дна 5 коллекторов 3 и 4, расположенного на высоте Н₄<Н₃. Наружная стенка 10 (фиг. 2-3) распределителя 8 в зоне вводных 18 и 19 и выводных 14 и 15 патрубков выполнена плоской и расположена перпендикулярно их осям, все патрубки размещены на одной высоте Н₅ (фиг. 1) от дна 21 камеры смешения 20 в горизонтальной плоскости, а диаметр D (фиг. 3) и длина всех четырех вводных и выводных патрубков также одинаковы.The height H ₁ (Fig. 1) of the placement above the hole 48 in the ring 47 of the bottom 9 of the distributor 8 is greater than the height H _{2 of the} placement of the transporting device 44 in the ratio H ₁ / H ₂ > ρ _t / ρ _l > 1, where ρ _t and ρ _l - the density of the heavy and light phases, respectively, for example, in units of g / cm ³ , and the upper edge of the annular partition 24 is located at a height of H ₃ from the bottom 21 of the mixing chamber 20 above the bottom 5 of the collectors 3 and 4, located at a height of H ₄ <H ₃ . The outer wall 10 (Fig. 2-3) of the distributor 8 in the area of the inlet 18 and 19 and outlet 14 and 15 of the nozzles is made flat and located perpendicular to their axes, all nozzles are placed at the same height H ₅ (Fig. 1) from the bottom 21 of the mixing chamber 20 in the horizontal plane, and the diameter D (Fig. 3) and the length of all four inlet and outlet pipes are also the same.

Азимутальный угол ϕ (фиг. 2-3) секторов распределителя 8, в которых размещены отборные камеры 12 и 13, не меньше прямого угла - 90°, например, 120°. Мешалка 45 снабжена изогнутыми лопастями, например, турбинного или пропеллерного типа, формирующими при ее вращении принудительный отвод эмульсии фаз от отверстия 48 кольца 47 внутри кольцевой перегородки 24, аналогично рабочему колесу центробежного насоса, в направлении к периферии или вверх соответственно, уменьшая давление эмульсии фаз в нем. Ребра 25 кольцевой перегородки 24 размещены в зоне транспортирующего устройства 44 с радиальным зазором 50 с ней. Камера смешения 20 снабжена жестко закрепленными на ее наружной стенке, например, с помощью сварки и размещенными в горизонтальной плоскости крепежными кронштейнами 51 с отверстиями 52, например, в количестве 4 штук.The azimuthal angle ϕ (Fig. 2-3) of the sectors of the distributor 8, in which the selected chambers 12 and 13 are placed, is not less than a right angle - 90 °, for example, 120 °. The mixer 45 is equipped with curved blades, for example, of a turbine or propeller type, forming during its rotation a forced removal of the phase emulsion from the hole 48 of the ring 47 inside the annular partition 24, similarly to the impeller of a centrifugal pump, towards the periphery or upward, respectively, reducing the pressure of the phase emulsion in him. The ribs 25 of the annular septum 24 are placed in the area of the conveying device 44 with a radial clearance of 50 with it. The mixing chamber 20 is provided with rigidly fixed on its outer wall, for example, by welding and placed in a horizontal plane mounting brackets 51 with holes 52, for example, in the amount of 4 pieces.

Центробежный экстрактор работает следующим образом. После запуска привода 28 исходные растворы по вводным патрубкам 18 тяжелой фазы и 19 легкой фазы подают в приемные камеры 16 и 17, откуда они под действием силы веса сливаются в зазор 22, транспортируются по зазору 46 через отверстие 48 к мешалке 45 в смесительной камере 20, где они перемешиваются для осуществления массопередачи целевого компонента, и образовавшаяся эмульсия подается транспортирующим устройством 44 внутрь вращающегося ротора 27. В процессе транспортировки эмульсии снизу-вверх в роторе 27 и ее расслаивания в разделительной камере 30 между пластинами 31 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 роторе 27 под диском 34 образуются три радиально соприкасающихся кольцевых слоя - двух очищенных друг от друга чистых разделенных фаз в приосевой и периферийной зонах ротора и эмульсионного слоя между ними.Centrifugal extractor works as follows. After starting the drive 28, the initial solutions are fed through the inlet pipes 18 of the heavy phase and 19 of the light phase into the receiving chambers 16 and 17, from where they are merged into the gap 22 under the influence of the force of weight, transported through the gap 46 through the opening 48 to the mixer 45 in the mixing chamber 20, where they are mixed for mass transfer of the target component, and the resulting emulsion is conveyed by the transporting device 44 into the rotating rotor 27. In the process of transporting the emulsion from the bottom to the top in the rotor 27 and its delamination in the separation chamber 30 dy plates 31 it takes the form of annular emulsion layer of densely packed droplets of the dispersed phase of different shape and volume, separated by a thin layer of the continuous 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 rotor 27 under the disk 34, three radially adjoining annular layers are formed — two clean separated phases separated from each other in the axial and peripheral zones of the rotor and the emulsion layer between them.

Легкая фаза через перелив 33 выводится по трубке 32 из ротора 27 в коллектор 4 сбора легкой фазы, сливается через отверстие 7 в отборную камеру 13 и выводится наружу экстрактора по выходному патрубку 15 или в совмещенный с ним входной патрубок легкой фазы соседнего экстрактора. Тяжелая фаза через переточное отверстие 35 поступает в гидрозатвор 38, транспортируется к оси вращения вала 29 к переливному отверстию 37, выводится из ротора 27 в направлении к периферии в коллектор 3 сбора тяжелой фазы, сливается через отверстие 6 в отборную камеру 12 и выводится наружу экстрактора по выходному патрубку 14 или в совмещенный с ним входной патрубок тяжелой фазы соседнего экстрактора. Осадок за счет центробежной силы транспортируется по конической поверхности ротора 27 к переточному отверстию 35, взмучивается неподвижным активатором 39 и выводится далее с потоком тяжелой фазы через переливное отверстие 37 из ротора 27 и далее по выходному патрубку 14 наружу экстрактора. Таким образом, закрепление последовательно нескольких соседних экстракторов в многоступенчатый аппарат с помощью крепежных кронштейнов на одной горизонтальной плоскости и герметизация стыков их соответствующих совмещенных патрубков для одноименных фаз, например, сваркой, позволяет осуществить в нем экстракционный противоточный процесс.The light phase through the overflow 33 is discharged through a tube 32 from the rotor 27 to the collector 4 for collecting the light phase, is discharged through the hole 7 into the selection chamber 13 and discharged outside the extractor through the outlet pipe 15 or into the inlet of the light phase of the adjacent extractor combined with it. The heavy phase through the overflow hole 35 enters the hydraulic lock 38, is transported to the axis of rotation of the shaft 29 to the overflow hole 37, is discharged from the rotor 27 towards the periphery to the collector 3 of the collection of the heavy phase, is drained through the hole 6 into the selection chamber 12 and is discharged outside the extractor by the output pipe 14 or in the combined inlet pipe of the heavy phase of the adjacent extractor. Sludge due to centrifugal force is transported along the conical surface of the rotor 27 to the transfer hole 35, winds up with a fixed activator 39 and is then removed with the heavy phase flow through the overflow hole 37 from the rotor 27 and further through the outlet pipe 14 to the outside of the extractor. Thus, sequentially securing several adjacent extractors in a multi-stage apparatus using mounting brackets on one horizontal plane and sealing the joints of their respective combined pipes for the same phases, for example, by welding, allows for an extraction countercurrent process to be carried out in it.

Экспериментально установлено, что примененная в прототипе отбортовка нижней кромки кольцевой перегородки 24 в виде ее загиба к оси под прямым углом к образующей до образования отверстия заданного малого диаметра не может быть выполнена, в связи с появлением гофров на поверхности отбортовки или разрыва материала перегородки, что предопределяет необходимость ее замены на вспомогательное кольцо 47 с отверстием 48. Для обеспечения мешалкой 45 кроме перемешивания еще и разряжения в отверстии 48 кольца 47 необходимо обеспечить примерное равенство их диаметров. Однако, при одновременном уменьшении диаметров мешалки 45 и отверстия 48 увеличивается гидравлическое сопротивление отверстия 48, а при одновременном увеличении их диаметров уменьшается размер капель дисперсной фазы в эмульсии, что в обоих случаях приводит к уменьшению производительности. Экспериментально установлено, что величина их диаметров имеет промежуточное значение, например, равное 30% от диаметра перегородки 24, который в свою очередь примерно равен диаметру, на котором размещены переточные отверстия 35 диска 34.It was experimentally established that the flanging used in the prototype of the lower edge of the annular partition 24 in the form of its bend to the axis at right angles to the generatrix before the formation of a hole of a given small diameter cannot be performed, due to the appearance of corrugations on the flanging surface or rupture of the material of the partition, which determines the need to replace it with an auxiliary ring 47 with a hole 48. To provide the stirrer 45, in addition to mixing, also a vacuum in the hole 48 of the ring 47, it is necessary to provide an approximate equality about their diameters. However, with a simultaneous decrease in the diameters of the mixer 45 and the hole 48, the hydraulic resistance of the hole 48 increases, and with a simultaneous increase in their diameters, the size of the droplets of the dispersed phase in the emulsion decreases, which in both cases leads to a decrease in productivity. It was experimentally established that their diameters have an intermediate value, for example, equal to 30% of the diameter of the partition 24, which in turn is approximately equal to the diameter on which the transfer openings 35 of the disk 34 are placed.

Выполнение вводных 18 и 19 и выводных 14 и1 5 патрубков в виде труб, оси и диаметры которых совпадают для тяжелой входной и выходной фаз и легкой входной и выходной фаз и размещение их параллельно друг другу по разные стороны от перпендикулярной им вертикальной оси корпуса 1 упрощает соединение соседних ступеней в многоступенчатый аппарат. Выполнение наружной стенки 10 распределителя 8 в зоне вводных 18 и 19 и выводных 14 и 15 патрубков плоской и расположение ее перпендикулярно их осям упрощает закрепление всех патрубков, например, сваркой, и контроль сварного шва. Выполнение диаметра D и длины всех четырех вводных 18 и 19 и выводных 14 и 15 патрубков одинаковыми и размещение их осей на одинаковом расстоянии от оси корпуса на одной высоте позволяет сделать их максимально короткими, уменьшает их гидравлическое сопротивление и упрощает изготовление и сборку экстракторов в многоступенчатый аппарат.The implementation of the inlet 18 and 19 and the outlet 14 and 1.5 pipes in the form of pipes, the axes and diameters of which coincide for the heavy inlet and outlet phases and light inlet and outlet phases and placing them parallel to each other on different sides from the vertical axis of the housing 1 perpendicular to them simplifies the connection adjacent steps in a multi-stage apparatus. The execution of the outer wall 10 of the distributor 8 in the area of the inlet 18 and 19 and outlet 14 and 15 of the nozzles is flat and its location perpendicular to their axes simplifies the fixing of all nozzles, for example, by welding, and the control of the weld. The implementation of the diameter D and the lengths of all four inlet 18 and 19 and outlet 14 and 15 nozzles are the same and placing their axes at the same distance from the axis of the housing at the same height allows them to be made as short as possible, reduces their hydraulic resistance and simplifies the manufacture and assembly of extractors in a multi-stage apparatus .

Размещение над дном 21 на высоте Н₃ верхней кромки кольцевой перегородки 24 большим высоты Р₄ дна 5 коллекторов предотвращает возможное перетекание входных фаз через эту кромку сверху при большом расходе фаз и заполнении ими всего сечения вводных патрубков 18 и 19 и уменьшение в связи с этим эффективности массообмена.The placement above the bottom 21 at the height H _{3 of the} upper edge of the annular partition 24 with a large height P _{4 of the} bottom 5 of the collectors prevents possible overflow of the input phases through this edge from above with a high flow rate of the phases and filling of the entire cross section of the inlet pipes 18 and 19 with them and thus reducing the efficiency mass transfer.

Размещение над отверстием 48 в кольце 47 на высоте H₁ дна 9 распределителя 8 большим высоты Н₂ размещения транспортирующего устройства 44 в соотношении H₁/H₂>ρ_т/ρ_л>1, где ρ_т и ρ_л - плотности тяжелой и легкой фаз соответственно, необходимо для обеспечения транспортировки легкой фазы под действием силы веса из приемной камеры 17 через отверстие 48.The placement above the hole 48 in the ring 47 at a height H _{1 of the} bottom 9 of the distributor 8 is greater than the height H _{2 of the} placement of the transporting device 44 in the ratio H ₁ / H ₂ > ρ _t / ρ _l > 1, where ρ _t and ρ _l are heavy and light densities phases, respectively, is necessary to ensure the transportation of the light phase under the action of a weight force from the receiving chamber 17 through the hole 48.

Экспериментально установлено, что обе фазы, в особенности легкая фаза, в кольцевых коллекторах 3 и 4 вспениваются и в процессе последующей транспортировки постепенно освобождаются от диспергированного воздуха. Для предотвращения переполнения коллекторов 3 и 4 вспененными фазами сечение сливных отверстий 6 и 7 необходимо увеличивать, например, за счет увеличения свыше 90° азимутального угла ϕ секторов распределителя 8, в которых размещены отборные камеры 12 и 13. Однако при этом одновременно уменьшается сечение приемных камер 16 и 17 и увеличивается их гидравлическое сопротивление, что в итоге предопределяет выбор промежуточного значения, например, ϕ=120°.It was experimentally established that both phases, in particular the light phase, foam in the annular collectors 3 and 4 and gradually free from dispersed air during subsequent transportation. To prevent overflow of the collectors 3 and 4 with foamed phases, the cross section of the drain holes 6 and 7 must be increased, for example, by increasing the azimuth angle ϕ of the sectors of the distributor 8, in which the selective chambers 12 and 13 are located, over 90 °. However, at the same time, the cross section of the receiving chambers is reduced 16 and 17 and their hydraulic resistance increases, which ultimately determines the choice of an intermediate value, for example, ϕ = 120 °.

Мешалка 45 снабжена изогнутыми лопастями, например, турбинного или пропеллерного типа, формирующими при ее вращении принудительный отвод эмульсии фаз от отверстия 48 кольца 47 внутри кольцевой перегородки 24, аналогично рабочему колесу центробежного насоса, в направлении к периферии или вверх соответственно, уменьшающий давление эмульсии фаз в нем, что облегчает опорожнение приемных камер 16 и 17. Пропеллерный тип мешалки 45 обеспечивает возникновение под транспортирующим устройством 44 фонтанирующей в виде возвышения поверхности эмульсии, что уменьшает его заглубление и предотвращает возникновение несепарационного уноса эмульсии по наружной поверхности ротора 27 в коллектор 4 легкой фазы.The mixer 45 is equipped with curved blades, for example, of a turbine or propeller type, forming during its rotation a forced removal of the phase emulsion from the hole 48 of the ring 47 inside the annular partition 24, similarly to the impeller of a centrifugal pump, in the direction of the periphery or upward, respectively, reducing the pressure of the phase emulsion in it, which facilitates the emptying of the receiving chambers 16 and 17. The propeller type of the mixer 45 provides the emergence under the conveying device 44 gushing in the form of elevation of the surface of the emulsion, h This reduces its deepening and prevents the occurrence of non-separating entrainment of the emulsion along the outer surface of the rotor 27 into the collector 4 of the light phase.

Размещение ребер 25 кольцевой перегородки 24 в зоне транспортирующего устройства 44 с радиальным зазором 50 с ней устраняет застойные зоны и образование воронки под ним, и способствует гомогенизации эмульсии в объеме камеры смешения 20, что увеличивает его производительность и эффективность массопередачи целевого компонента в эмульсии.Placing the ribs 25 of the annular partition 24 in the area of the conveying device 44 with a radial clearance of 50 with it eliminates the stagnant zones and the formation of a funnel under it, and promotes homogenization of the emulsion in the volume of the mixing chamber 20, which increases its productivity and mass transfer efficiency of the target component in the emulsion.

Жесткое закрепление на наружной стенке камеры смешения 20 в зоне ее дна 21 крепежных кронштейнов 51 с отверстиями 52, размещенными в горизонтальной плоскости, позволяет надежно закрепить экстрактор или многоступенчатый аппарат на месте монтажа от возможного самопроизвольного перемещения в процессе работы за счет вибраций от вращения ротора 27.Rigid fastening on the outer wall of the mixing chamber 20 in the area of its bottom 21 of the mounting brackets 51 with holes 52 located in the horizontal plane, allows you to securely fix the extractor or multi-stage device at the installation site from possible spontaneous movement during operation due to vibration from rotation of the rotor 27.

Экспериментально установлено, что примененное в прототипе закрепление ротора 27 большого размера непосредственно на валу 42 привода 28 приводит к его поломке, так как его вал и подшипники не выдерживают больших радиальных и осевых нагрузок от вращения заполненного растворами ротора 27. Это предопределяет необходимость использовать подшипниковую опору 40.It was experimentally established that the fastening of the large rotor 27 directly on the shaft 42 of the drive 28 used in the prototype leads to its breakdown, since its shaft and bearings cannot withstand large radial and axial loads from rotation of the rotor 27 filled with solutions. This makes it necessary to use the bearing support 40 .

Полезная модель промышленно применима, так как в настоящее время она прошла стендовые испытания, подтвердившие достижение нового технического результата - упрощение конструкции и увеличение производительности и эффективности массопередачи. Конкретные конструктивные признаки заявленного экстрактора реально осуществимы и не противоречат применению в промышленных условиях.The utility model is industrially applicable, since at present it has passed bench tests, confirming the achievement of a new technical result - simplifying the design and increasing productivity and mass transfer efficiency. Specific design features of the claimed extractor are feasible and do not contradict the application in an industrial environment.

Таким образом, заявлено техническое решение указанной выше задачи, совокупность 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, the claimed technical solution to the above problem, the totality of the features of which is unknown from the present prior art, is novel in comparison with the selected prototype, technically feasible and industrially applicable, which meets the criteria characterizing the utility model.

Claims

1. A centrifugal extractor containing a housing with two annular collectors for collecting heavy and light phases with a bottom equipped with drain holes, a distributor with a bottom and an outer wall placed under the collectors, forming four flow chambers arranged around the vertical axis of the housing along with the collectors bottom and radial partitions , two of which selective chambers are placed diametrically opposite, communicate with the collectors through drain holes and are equipped with outlet pipes, and the other two receiving chambers placed between the selective chambers, provided with inlet pipes and communicate with a bottom-mounted mixing chamber, in which a concentric annular partition with ribs is mounted with a gap with the help of radial jumpers, and a removable flange of the rotor assembly with a drive including coaxial bearings mounted on the mounting flange coaxially to the housing a rotor drive shaft, a separation chamber with a separation nozzle, a device for outputting the separated phases communicating with the collectors, a mixer and a transporting device placed in the chamber with interferences, characterized in that on the lower edge of the annular partition without a gap with it and with a gap with the bottom of the mixing chamber, a ring is fixed, equipped with a hole coaxial to the rotor with a diameter not smaller than the diameter of the mixer located above the hole of the ring with a gap with it, inlet and outlet pipes made in the form of pipes, the axes and diameters of which coincide for the heavy inlet and outlet phases and the light inlet and outlet phases, and these two axes of the nozzles of the heavy and light phases are placed parallel to each other on different sides from the vertically perpendicular to them the housing’s axis, the upper edge of the annular partition is located above the bottom of the collectors, and the placement height H ₁ above the hole in the distributor’s bottom ring is greater than the transport device’s placement height H ₂ in the ratio: H ₁ / H ₂ > ρ _t / ρ _l > 1, where _t and ρ _l - the density of the heavy and light phases, respectively.

2. The centrifugal extractor according to claim 1, characterized in that the outer wall of the distributor in the area of the inlet and outlet pipes is made flat and is perpendicular to their axes.

3. The centrifugal extractor according to claim 1, characterized in that the diameter and length of all four inlet and outlet pipes are the same, they are placed at the same height in the horizontal plane, and their axes are spaced from the body axis at the same distance.

4. The centrifugal extractor according to claim 1, characterized in that the azimuthal angle of the sectors of the distributor in which the selective chambers are located is not less than a right angle of 90 °.

5. The centrifugal extractor according to claim 1, characterized in that the mixer is equipped with curved blades, for example of a turbine or propeller type, forming during its rotation a forced removal of the phase emulsion from the ring opening inside the annular partition towards the periphery or upward, respectively, reducing the pressure of the phase emulsion in him.

6. The centrifugal extractor according to claim 1, characterized in that the ribs of the annular partition are located in the area of the conveying device with a radial clearance with it.

7. The centrifugal extractor according to claim 1, characterized in that the mixing chamber is provided with rigidly fixed to it from the outside, for example, by welding and horizontal mounting brackets with holes.