RU88292U1 - Фильтрующая центрифуга - Google Patents

Abstract

Фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, установленный внутри него ротор, и размещенное внутри ротора кольцо, отличающаяся тем, что кольцо жестко закреплено на верхней части корпуса и имеет равномерно перфорированную боковую поверхность, при этом отношение радиуса кольца к радиусу ротора постоянно по высоте и составляет ! ! где r и R - соответственно радиусы кольца и ротора.

Description

Техническое решение относится к устройствам для разделения неоднородных систем, обладающих неньютоновскими свойствами, методом центробежного фильтрования и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки шламов и структурированных промышленных стоков, эффективная вязкость которых уменьшается под действием сдвиговых напряжений.

Известны конструкции промышленных центрифуг, состоящих из корпуса, перфорированного ротора с закрепленным на его боковой поверхности фильтровальным материалом и устройством для удаления осадка в виде шнека, ножа, скребка, струны, диска, поршня и т.п., установленного внутри ротора. (Соколов В.И. Центрифугирование. - М.: Химия, 1976. - С.312-350).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится низкая производительность, особенно при фильтровании высоковязких неньютоновских и структурированных жидкостей. Даже при удаленном осадке скорость фильтрования мала из-за отсутствия значительных сдвиговых напряжений во вращающемся вместе с ротором слоем фильтруемой жидкости, а значит, эффективная вязкость остается большой, от которой в обратной зависимости находятся скорость фильтрования и производительность в целом.

Известна конструкция центрифуги для обезвоживания навоза, содержащая корпус, расположенный в нем конусообразный перфорированный ротор, вибратор с приводом, патрубки для подачи навоза и слива жидкой фазы и средство для регенерации в виде крыльчатки, размещенное в зазоре между корпусом и боковой поверхностью ротора и закрепленное на валу, установленным коаксиально валу ротора, при этом крыльчатка связана с приводом вибратора (авт. св. СССР 1395376, В04В 3106, 1988 г).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится снижение производительности из-за недостаточной регенерирующей способности крыльчатки удалять частицы тонкодисперсной фазы с боковой перфорированной поверхности ротора, а также сложность конструкции и эксплуатации, связанная с работой вибратора и привода. Кроме того, установка крыльчатки с внешней стороны ротора не создает сдвиговых напряжений внутри слоя неньютоновской жидкости, вращающегося вместе с ротором, и не уменьшает эффективную вязкость такой неньютоновской жидкости. Это так же снижает производительность центрифуги.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, установленный внутри нее ротор и два электрода, один из которых размещен внутри ротора и состоящий из радиальных ребер, установленных с зазором относительно стенки последнего и жестко соединенных в верхней части кольцами, при этом вторым электродом является стенка ротора (авт. св. 1007740, В04В 3100, 1983 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая скорость фильтрации высоковязких неньютоновских жидкостей из-за отсутствия значительных сдвиговых напряжений между стенкой ротора и радиальными ребрами электрода, размещенного внутри ротора, так как он вращается с той же угловой скоростью, что и ротор. Это не приводит к уменьшению эффективной вязкости неньютоновской фильтруемой жидкости, а значит, не увеличивает скорость фильтрования, что снижает производительность центрифуги. Кроме того, применение известной конструкции ограничено жидкостями, которые при электролизе образуются пузырьки газовой фазы.

Техническим результатом предлагаемой конструкции фильтрующей центрифуги является увеличение производительности за счет снижения эффективной вязкости неньютоновской жидкости при увеличении сдвиговых напряжений в ее слое, находящемся на стенке ротора.

Поставленный технический результат достигается тем, что в фильтрующей центрифуге, содержащей корпус, установленный внутри него ротор, и размещенное внутри ротора кольцо, при этом кольцо жестко закреплено на верхней части корпуса и имеет равномерно перфорированную боковую поверхность, при этом отношение радиуса кольца к радиусу ротора постоянно по высоте и составляет

где r и R - соответственно радиусы кольца и ротора.

Равномерная перфорация боковой поверхности кольца позволяет вытекать через отверстия перфорации избытку фильтруемой жидкости, которая собирается в зазоре между вращающемся ротором и неподвижным кольцом, когда она поднимается под действием центробежной силы по стенке ротора, и стекать этой жидкости снова вниз под действием силы тяжести, а затем снова вовлекаться центробежной силой в режим вращения и фильтрования.

Жесткое закрепление кольца на верхней части корпуса позволяет ему оставаться неподвижным с образованием кольцевого зазора между вращающейся стенкой ротора и кольца, в котором фильтруемая неньютоновская жидкость подвергается сдвиговым напряжениям, что приводит к снижению ее эффективной вязкости, а значит увеличению скорости фильтрования и производительности.

Выполнение кольца радиусом, отношение которого к радиусу ротора постоянно по высоте позволяет создавать одинаковые сдвиговые напряжения в любом по высоте ротора сечении, что приводит к одинаковой скорости фильтрования, нагрузке на стенке ротора, предотвращает его динамическую разбалансировку, уменьшает время на остановки, ремонт и обслуживание узлов центрифуги, а значит, увеличивает ее производительность.

Увеличение верхнего предела отношения радиусов кольца и ротора сверх указанного в формуле (1) значения приводит к значительным сдвиговым напряжениям и энергозатратам на снижение эффективной вязкости. Кроме того, скорость фильтрования может станет такой большой, что слой фильтрующей неньютоновской жидкости не будет подниматься до верхней части ротора, и он выйдет из динамического равновесия.

Уменьшение нижнего предела отношения радиусов кольца и ротора, указанного в формуле (1), , приводит к недостаточным сдвиговым напряжениям и уменьшению эффективной вязкости, а значит снижению скорости фильтрования и производительности фильтрующей центрифуги.

На фиг.1 показан общий вид фильтрующей центрифуги с коническим ротором, имеющем прямолинейную боковую поверхность, на фиг.2 - с коническим ротором, имеющем криволинейную боковую поверхность. Фильтрующая центрифуга состоит из неподвижного корпуса 1 для приема фугата, внутри которого на валу 2 установлен конический ротор 3. На наружной поверхности ротора 3 закреплена фильтровальная стенка 4. Внутри ротора установлена труба 5 для подачи фильтруемой жидкости. Внутри ротора 3, осесиметрично с ним установлено кольцо 6 имеющее равномерно перфорированную боковую поверхность. Кольцо 6 жестко закреплено на верхней части корпуса 1 стойками 7. В верхней части ротора 6 и кольца 7 с внутренней стороны герметично установлены кольцевые отражатели 8 и 9, чтобы предотвращать перелив неотфильтрованной жидкости из ротора 3 и кольца 6, при этом отношение радиусов кольца к радиусам ротора в любом сечении постоянно и составляет

где r и R - соответственно радиусы кольца и ротора в произвольном сечении; r_н и R_н - соответственно радиусы кольца и ротора в нижней их части; r_в и R_в - соответственно радиусы кольца и ротора в верхней их части.

Для ротора с прямолинейной боковой конической поверхностью (фиг.1) достаточно выполнения пропорции . Тогда для любого сечения по высоте формула (1) соблюдается из геометрического подобия; для ротора с криволинейной боковой конической поверхностью (фиг.2) необходимо в каждом сечении по высоте обеспечивать выполнение размеров по формуле (1). Для слива фильтрата из корпуса 1 в его днище установлен патрубок 10.

Фильтрационная центрифуга работает следующим образом. При вращении вала 2 с угловой скоростью ω вместе с ним вращается ротор 3 с закрепленной на нем фильтровальной сеткой 4. По трубке 5 подают исходную жидкость, обладающую неньютоновскими свойствами, которая под действием центробежной силы поднимается по вращающейся стенке ротора 3, образуя слой жидкости в зазоре между стенкой ротора 3 и неподвижной перфорированной стенкой кольца 6. Часть жидкости, проходя через отверстия перфорированной стенки неподвижного кольца 6 в отсутствии центробежной силы на нем, опускается под действием силы тяжести вниз, и снова вовлекаются во вращение ротора 3. Неньютоновская жидкость, находящаяся в зазоре между вращающейся стенкой ротора 3 и стенкой кольца 6, под действием сдвиговых напряжений в этом зазоре уменьшает свою эффективную вязкость и с большой скоростью фильтруется через фильтровальную стенку 4. Так как для любого сечения отношение радиусов кольца и ротора постоянно, то в любом сечении будут одинаковые сдвиговые напряжения, а значит и эффективная вязкость фильтруемой жидкости. Это приводит к равенству скоростей фильтрации и одинаковой нагрузке на боковую стенку вращающегося ротора 3, что снижает динамические нагрузки на ротор и подшипники, увеличивает срок их службы, а значит, уменьшает время на обслуживание и ремонт в целом и способствует увеличению производительности.

Предлагаемая конструкция фильтрующей центрифуги не сложна в изготовлении. Коническое кольцо с соотношением радиусов, удовлетворяющих условию (1) можно установить уже на действующих промышленных центрифугах, при центробежном фильтровании суспензий, эмульсий, структурированных систем, растворов и расплавов полимеров и других дисперсных жидкостей, обладающих неньютоновскими свойствами, эффективная вязкость которых уменьшается с ростом сдвиговых напряжений.

Claims (1)

1. Фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, установленный внутри него ротор, и размещенное внутри ротора кольцо, отличающаяся тем, что кольцо жестко закреплено на верхней части корпуса и имеет равномерно перфорированную боковую поверхность, при этом отношение радиуса кольца к радиусу ротора постоянно по высоте и составляет

   

   где r и R - соответственно радиусы кольца и ротора.