сепаратор для разделения многокомпонентной жидкой среды

Формула изобретения

Сепаратор для разделения многокомпонентной жидкой среды, включающий корпус с крышкой, установленный в нем на полом валу барабан, состоящий из обечайки с крышкой и основания, над которым укреплена перегородка с образованием зоны отвода фракций, размещенный в нем напорный диск и укрепленный над ним мембранный дисковый фильтр-элемент, имеющие отводные каналы, тарелкодержатель с пакетом конусообразных тарелок, между которым и стенкой барабана расположено шламовое пространство, неподвижную питающую трубу для подвода разделяемой среды, средство для ее предварительной фильтрации и отводные патрубки разделенных фракций, отличающийся тем, что конусообразные тарелки укреплены на тарелкодержателе большим основанием вверх и под крышкой барабана расположена кольцевая камера с напорным диском для отвода крупнодисперсной твердой фракции, сообщенная со шламовым пространством, а напорный диск в основании служит для отвода тонкодисперсной твердой фракции, при этом барабан снабжен установленными концентрично питающей трубе цилиндрическими мембранными фильтрами для отделения жидкой фазы, содержащейся в разделяемой среде, причем средство для предварительной фильтрации жидкой среды состоит из конусообразного обтекателя, нижняя часть которого размещена в выходном отверстии питающей трубы, а верхняя прикреплена к стенке кольцевой камеры, и установленного неподвижно внутри тарелкодержателя мембранного фильтра, образованного цилиндроконическими обечайками, расположенными с кольцевыми зазорами со стенкой тарелкодержателя и обтекателя для протока разделяемой среды и ее фильтрации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологическому оборудованию, предназначенному для разделения многокомпонентных жидких сред, например суспензий или эмульсий, на фракции в поле действия центробежных и вихревых подъемных сил, и может быть использовано в пищевой промышленности", при производстве медпрепаратов, в частности антибиотиков и витаминов, в биотехнологии, нефтехимии и других перерабатывающих отраслях промышленности.

Известен сепаратор для разделения многокомпонентной жидкой среды, включающий корпус с крышкой, размещенный в нем на полом валу барабан, состоящий из обечайки с крышкой и основания, в нижней части которого над его днищем расположена перегородка, образующая зону отвода разделенных фракций, размещенный в ней напорный диск для вывода тяжелой фракции и канал в полом валу для отвода легкой фракции, тарелкодержатель с пакетом тарелок, средство для подвода разделяемой жидкой среды, установленное на крышке корпуса, и привод барабана (SU 1346256, кл. B 04 B 1/08, 1987).

Недостаток его заключается в том, что он не разделяет жидкую среду более чем на три фракции, одна из которых газообразная, не извлекает из нее тонкодисперсную твердую фазу и не обеспечивает осветление (фильтрацию) фугата, что ограничивает его функциональные технологические возможности и сферу промышленного применения.

Ближайшим техническим решением к предложенному является сепаратор для разделения многокомпонентной жидкой среды, включающий корпус с крышкой, установленный в нем на полом валу барабан, состоящий из обечайки с крышкой и основания, над которым укреплена перегородка с образованием зоны отвода фракций, размещенный в нем напорный диск и укрепленный над ним мембранный дисковой фильтрэлемент, имеющие отводные каналы, тарелкодержатель с пакетом конусообразных тарелок, между которым и стенкой барабана расположено шламовое пространство, неподвижную питающую трубу для подвода разделяемой среды, средство для ее предварительной фильтрации и отводные патрубки разделенных фракций (RU 2124949 C1, B 04 B 1/08, 20.01.99).

Средство для фильтрации поступающей на разделение среды выполнено в виде расположенной в корпусе кольцевой камеры с отводным патрубком фильтрата, внутренняя стенка которой представляет собой фильтрэлемент и образует с обечайкой барабана проточный кольцевой канал для фильтрации и подвода среды в пакет тарелок со стороны шламового пространства.

Размещенный в зоне отвода фракций напорный диск служит для отвода тяжелой твердой фракции.

Конусообразные тарелки в пакете установлены большим основанием вниз.

Недостаток известного сепаратора заключается в том, что он не обеспечивает разделение твердого компонента жидкой среды на мелкодисперсную и крупнодисперсную фракции. Это не позволяет увеличить число разделенных фракций среды и тем самым снижается его разделяющая способность.

Технический результат изобретения заключается в увеличении количества фракций, выделяемых из среды, путем разделения ее твердого компонента на две фракции, и расширении таким образом области применения сепаратора.

Этот результат достигается тем, что в предложенном сепараторе, включающем корпус с крышкой, установленный в нем на полом валу барабан, состоящий из обечайки с крышкой и основания, над которым укреплена перегородка с образованием зоны отвода фракций, размещенный в нем напорный диск и укрепленный над ним мембранный дисковой фильтрэлемент, имеющие отводные каналы, тарелкодержатель с пакетом конусообразных тарелок, между которым и стенкой барабана расположено шламовое пространство, неподвижную питающую трубу для подвода разделяемой среды, средство для ее предварительной фильтрации и отводные патрубки разделенных фракций, конусообразные тарелки укреплены на тарелкодержателе большим основанием вверх и под крышкой барабана расположена кольцевая камера с напорным диском для отвода крупнодисперсной твердой фракции, сообщенная со шламовым пространством. Напорный диск в основании служит для отвода тонкодисперсной твердой фракции. Барабан снабжен установленными концентрично питающей трубе цилиндрическими мембранными фильтрами для отделения жидкой фракции от тонкодисперсной твердой фракции и легкой жидкой фракции, содержащейся в разделяемой среде. Средство для предварительной фильтрации, поступающей на разделение жидкой среды, состоит из конусообразного обтекателя, нижняя часть которого размещена в выходном отверстии питающей трубы, а верхняя прикреплена к стенке кольцевой камеры, и установленного неподвижно внутри тарелкодержателя мембранного фильтра, образованного цилиндроконическими обечайками, расположенными с кольцевыми зазорами со стенкой тарелкодержателя и обтекателя для протока разделяемой среды и ее фильтрации.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображен продольный разрез сепаратора.

Сепаратор для разделения многокомпонентной жидкой среды включает корпус 1 с крышкой 2. Установленный в нем на полом валу 3 барабан 4, состоящий из обечайки 5 с крышкой 6 и основания 7, над которым укреплена перегородка 8 с образованием зоны 9 сбора концентрата, размещенный в нем напорный диск 10, служащий для отвода концентрата тонкодисперсной твердой фракции, укрепленный над ним мембранный дисковой фильтрэлемент 11, тарелкодержатель 12 с пакетом конусообразных тарелок 13, укрепленных большим основанием вверх, шламовое пространство 14, расположенное между кромкой пакета и стенкой барабана, установленную по оси барабана неподвижную питающую трубу 15 для подвода разделяемой среды, выходной участок 17 которой расположен в нижней части барабана, средство для предварительной фильтрации среды с конусообразным обтекателем 16, нижняя часть которого размещена в выходном отверстии 17 питающей трубы и патрубки 18, 19, 20 и 21 вывода разделенных фракций.

Под крышкой 6 барабана расположена кольцевая камера 22 с напорным диском 23 для отвода крупнодисперсной твердой фракции, сообщенная со шламовым пространством 14. Барабан снабжен установленными концентрично питающей трубе 15 цилиндрическими мембранными фильтрами 24 и 25 для дополнительного отделения жидкой фазы, содержащейся в отсепарированных фракциях. Мембраны 24 и 25 установлены с образованием между ними кольцевой полости 50 для протока фильтрата к патрубку 20.

Средство для предварительной фильтрации жидкой разделяемой среды содержит обтекатель 16, верхняя часть которого прикреплена к стенке 26 кольцевой камеры 22, и установленную неподвижно внутри тарелкодержателя фильтрационную камеру 27, образованную цилиндроконическими обечайками 28 и 29, выполненными из мембран и образующими кольцевые зазоры 30 и 31 со стенкой тарелкодержателя и обтекателя, для протока разделяемой среды и ее фильтрации.

Мембранный дисковой фильтрэлемент 11 укреплен над напорным диском 10 при помощи цилиндрической обечайки 32 с образованием канала 33, сообщенного с патрубком 34 отвода фильтрата из фильтрационной камеры 27 в полость 50 и отводным патрубком 20. Внутри барабана над пакетом тарелок в зоне вывода из него разделяемой среды после отделения тонкодисперсной твердой фракции расположена напорная камера 35 с торцевой крышкой 36, образованная конической стенкой 37 и цилиндрической стенкой 38, снабженная напорным диском 39 с отводным патрубком 40 для протока среды в кольцевой зазор 30 и ее фильтрации через мембранную обечайку 29 фильтрационной камеры 27. Торцевая крышка 36 камеры 35 образует проточный канал 41, сообщенный с кольцевым зазором 31 устройства предварительной фильтрации разделяемой среды.

Проточный канал 41 служит для подачи разделяемой среды из зоны предварительной фильтрации в зону центробежной сепарации, образованную пакетом конических тарелок 13.

Между перегородкой 8 в основании барабана 4 и поверхностью мембранного дискового фильтрэлемента 11 расположен радиально-кольцевой канал 42, сообщенный с вертикально-кольцевым зазором 30. Проточный канал 42 служит для автономного отвода из вертикально-кольцевого зазора 30 отсепарированных фракций - легкого компонента к центру барабана в кольцевой зазор 43, а частиц тонкодисперсной твердой фракции между стенкой 8 и фильтрэлементом 11 на периферию барабана в зону отвода 9 к напорному диску 10 в кольцевой зазор 45 по каналу 44.

Кольцевой зазор 43 служит для дополнительной фильтрации через мембрану 25 легкого компонента и вывода его концентрата из сепаратора через патрубок 21, а кольцевой зазор 45 для дополнительной фильтрации через мембрану 24 суспензии, содержащей частицы тонкодисперсной твердой фракции и вывода ее уплотненной массы через патрубок 19. Полый вал 3 барабана установлен в подшипниковых опорах 46.

Сепаратор работает следующим образом.

Разделяемая многокомпонентная жидкая среда по питающей трубе 15 подается под напором в кольцевой зазор 31 между обечайкой 28 и обтекателем 16. При движении потока в кольцевом зазоре 31 происходит частичная предварительная фильтрация разделяемой среды через мембрану 28. Фильтрат собирается в полости фильтра 27, из которой через патрубки 34 и 20 по кольцевому зазору 50 отводится из сепаратора. Задержанная мембраной 28 взвешенная фаза непрерывно смывается с ее поверхности вихрями потока, возникающими от вращения обтекателя 16, и под внешним напором вместе с потоком направляется по радиально-кольцевому каналу 41 и через вертикальные каналы 47 поступает в пакет конических тарелок 13, где происходит центробежная сепарация разделяемой среды. В межтарелочных зазорах пакета тарелок относительно тяжелые по удельному весу крупнодисперсные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к периферии барабана его шламового пространства 14, откуда через каналы 48 отсасываются в кольцевую камеру 22 и напорным диском 23 по отводному патрубку 18 удаляются из сепаратора.

Разделяемая жидкая среда, содержащая неотсепарированную мелкодисперсную твердую и легкую фракции, перемещаются в пакете тарелок 13 к центру барабана и по вертикальным каналам 49 поступает в камеру 35, расположенную сверху тарелкодержателя 12, из которой под давлением, создаваемым напорным диском 39, по направляющему патрубку 40 подается в кольцевой зазор 30. Часть жидкости в кольцевом зазоре 30 просачивается через мембрану 29 в полость фильтра 27, откуда в виде фильтрата через патрубок 34 перетекает в кольцевой зазор 50 и по патрубку 20 выводится из сепаратора.

Осевшая на мембране 29 взвешенная фаза вихрями потока и центробежной силой, возникающими в кольцевом зазоре 30 при вращении тарелкодержателя 12, непрерывно смывается с ее поверхности и сбрасывается вертикально вниз к основанию барабана в радиально-кольцевой зазор 42. Легкая жидкая фаза в зазоре 42 смещается в радиальном направлении к центру и поступает в кольцевой зазор 43, где фильтруется через мембрану 25. Фильтрат собирается в кольцевой полости 50 и через патрубок 20 выводится из сепаратора. Осадок, задержанный мембраной 25, выводится из кольцевого зазора 43 через патрубок 21. Поток среды с тонкодисперсной твердой фракцией в канале 42 вращающейся перегородкой 8 отбрасывается в радиальном направлении на периферию барабана к напорному диску 10. При этом в канале 42 некоторое количество жидкости просачивается через мембрану дискового фильтрэлемента 11. Фильтрат собирается в полости 33 и по зазору 50 через патрубок 20 выводится из сепаратора.

Осевшие на мембране дискового фильтрэлемента 11 тонкодисперсные частицы твердой фракции вихрями потока, создаваемыми в канале 42 от вращения перегородки 8, поднимаются с фильтрующей поверхности 11 и центробежной силой отбрасываются в зону 9 сбора концентрата, откуда отсасываются напорным диском 10 и по каналу 44 направляются в кольцевой зазор 45, где часть жидкой фазы под давлением напорного диска 10 просачивается через мембрану 24 в кольцевой зазор 50 и в виде фильтрата через патрубок 20 выводится из сепаратора, а концентрат в виде уплотненной массы тонкодисперсных частиц твердой фракции из кольцевого зазора 45 через патрубок 19 удаляется из сепаратора.

Предложенный сепаратор обеспечивает высокую степень разделения многокомпонентной среды за счет ее предварительной фильтрации, центробежной сепарации и вторичной фильтрации отсепарированных фракций, увеличивает до четырех количество извлекаемых из жидкой среды компонентов, разделяет частицы твердой фракции на тонко- и крупнодисперсные составляющие, обеспечивает уплотнение их концентрированной массы, что значительно расширяет сферу его технологического применения в различных отраслях промышленности.