Сепаратор для разделения многофазных жидких неоднородных сред, суспензий и эмульсий, "вихрь"

Предлагаемый сепаратор относится к технологическому оборудованию, предназначенному для разделения многофазных жидких неоднородных сред, суспензий и эмульсий в различных отраслях промышленности на составляющие их фракции в поле действия центробежных (гравитационных) сил, используя сепарирующий микровихревой механизм, микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию. Предлагаемый сепаратор может быть использован в пищевой, микробиологической, нефтехимической, фармацевтической, медицинской, лесной, машиностроительной, электроэнергетической, металлургической, легкой и других отраслях промышленности, а также в строительстве, сельском и коммунальном хозяйствах. Предлагаемый сепаратор для разделения жидких неоднородных суспензий и эмульсий. Он включает в себя корпус с крышкой, размещенный в нем барабан, состоящий из обечайки и основания, в нижней части которого над его днищем укреплена перегородка, образующая зону отвода фракций, в которой размещен напорный диск для вывода тяжелой фракции и осевой канал, выполненный в полом валу, для вывода легкой фракции, средство для фильтрации поступающей на разделение среды в виде расположенной в корпусе кольцевой камеры, с отводным патрубком фильтрата, Под перегородкой основания установлен фильтр в виде диска с осевым каналом отвода фильтрата для фильтрации тяжелой и фильтрации части легкой фракции с тонкодисперсной фазой. В барабане установлен тарелкодержатель с пакетом тарелок. Сепаратор снабжен дополнительной кольцевой камерой с отводным патрубком фильтрата для усиленной фильтрации. Внутренняя стенка каждой камеры представляет собой саморегенерирующийся съемный мембранный фильтроэлемент и образует с обечайкой барабана проточный канал для фильтрации и подвода среды в пакет тарелок со стороны шламового пространства, обечайка выполнена с крышкой-отражателем, в которой выполнено устройство для предварительной фильтрации в виде восьми отверстий. В межтарелочных зазорах расположены регулируемые дроссели для смещения профиля распределения скорости течения жидкости, увеличения и регуляции ее по сечению потока и возбуждения в тонком пристеночном слое гидравлической подъемной силы. Конструкция сепаратора обеспечивает его высокую производительность и разделяющую способность. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. Предлагаемый сепаратор имеет четыре существенных признака: 1. - Находятся две камеры, одна из них, вводится дополнительно для усиленной фильтрации, повышения качества фильтрации, для повышения производительности аппарата за счет прохождения жидкой среды через малую площадь ССМФ.

2. - В обеих камерах, в отводном патрубке, на торцевой поверхности установлены саморегенерирующиеся съемные мембранные фильтроэлементы - ССМФ различной пористости, которые могут заменяться другими ССМФ себе подобными. Микровихревой сепарационный механизм, обеспечивающий саморегенерацию (самоочищение) ССМФ, позволяет осуществить процесс фильтрации жидких многокомпонентных сред без накопления осадков на поверхности мембран, он (осадок) непрерывно удаляется из сепаратора. 3. - В крышке-отражателе в обечайке находятся восемь отверстий - устройство для предварительной фильтрации, позволяющие жидкой среде сразу, без дополнительного прохождения, поступать в регулируемые дроссели, в межтарельчатое пространство и далее. 4. - В межтарелочных зазорах пакета тарелок расположены регулируемые дроссели для регулировки и изменения потока жидкой среды, а также для более быстрого прохождения среды по верхней части сепаратора. Через них среда поступает сразу, без дополнительного прохождения по каналам, в межтарельчатое пространство, в пакет тарелок, где происходит разделение сред. При осуществлении предлагаемого сепаратора использование модульных установок даст повышение его производительности и чистоты фильтрации во много раз больше, чем сепараторы, предложенные ранее. С применением предлагаемого сепаратора: 1. Повышается производительность сепарации и фильтрации в связи с тем, что пропускная способность нововведенных ССМФ возрастает и становится равной их пропускной способности. 2. Отсутствует постоянная мойка ССМФ, так как, происходит их саморегенерация (очищение). Один фильтр можно использовать в течение всего срока работы сепаратора (более десяти лет). ССМФ могут заменяться другими в зависимости от целей. 3.Идет непрерывная загрузка и выгрузка рабочей среды. 4.Процесс выгрузки шлама становится автоматическим. 5.Понижена удельная металлоемкость до 5,5 кг/м. кубумаг. 6. Удельный расход энергии понижен до 0,35 Квт/м.куб. 7-Раазделение многокомпонентной жидкой среды на несколько компонентов от пяти и более одновременно. А при использовании сепаратора в модульных установках (от двух и более) в десятки раз больше. 8-Совмещение процессов фильтрации и сепарации, микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ: ССМФ САМОРЕГЕНЕРИРУЮЩИЕСЯ СЪЕМНЫЕ МЕМБРАНННЫЕ ФИЛЬТРОЭЛЕМЕНТЫ БИБЛИОГРАФИЯ: Список документов, цитированных в отчете о поиске. Документы, использованные из Роспатента с сайта http://www.rupto.ru : 1. SU 1346256 А, 23.10.87. 2. 2. SU 485774 А, 30.09.75. 3. DE 3127085 А. 27.01.83. 4. GB 2076316 А, 02.12.81 3. RU 1121249 6 В04В 11/02

Предлагаемый сепаратор относится к технологическому оборудованию, предназначенному для разделения многофазных жидких неоднородных сред суспензий и эмульсий на составляющие их фракции; может быть использовано в различных отраслях промышленности (медицинской, микробиологической, пищевой, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Известны следующие сепараторы для разделения жидких неоднородных сред (SU 485774? Кл. В04 11/02, 1975) и (SU 1345256, кл. В04В 01/08, 1987). Эти сепараторы не разделяют жидкую среду на большое количество фракций и не обеспечивают их фильтрацию, работают с большими угловыми скоростями, большим удельным весом и энергозатратами, их нужно останавливать для разгрузки от шлама.

Наиболее близким аналогом предлагаемому сепаратору является сепаратор для разделения жидких неоднородных сред (RU (11) 2124949 6 В04В 1/08, В04В 11/02), который стал прототипом для предлагаемого сепаратора. Он включает в себя: 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 на нем 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, снабжен средством для фильтрации, поступающей на разделение жидкой неоднородной среды в виде расположенной в корпусе кольцевой камеры с отводным патрубком фильтрата, внутренняя стенка которой представляет собой фильтроэлемент и образует с обечайкой барабана проточный кольцевой канал для фильтрации и подвода жидкой среды в пакет тарелок со стороны шламового пространства. Под перегородкой основания установлен фильтр в виде полого диска с каналами для отвода фильтрата, контрольной фильтрации тонкодисперсной твердой фазы тяжелой и части легкой фракции. В межтарелочных зазорах пакета тарелок расположены дроссели. Указанный сепаратор имеет некоторые недостатки:

1. повышение его производительности и разделяющей способности достигается все еще за счет высоких показателей энерго- и металлоемкости сепаратора, его себестоимости;

2. количество разделяемых фракций не более четырех;

3. мембраны не являются съемными, что не позволяет применять их для различных видов фильтрации;

4. дроссели установлены нерегулируемые, что не дает возможности регулировать и изменять поток среды когда это нужно;

5. жидкая среда проходит большой участок пути, не получив предварительной фильтрации;

6. При использовании одной камеры для фильтра, выход фильтруемой массы недостаточно чист.

Т.О, ставится задача решения всех перечисленных выше проблем, усовершенствования сепаратора, повышения производительности, увеличении количества фракций (от 5 и более), понижения энерго- и металлоемкости уменьшения затрат на него. Предложенный сепаратор решает все эти задачи за счет введения дополнительной камеры, ССМФ (саморегенерирующийся съемный мембранный фильтроэлемент), крышки- отражтеля с восьмью отверстиями, регулируемых дросселей. Технический результат сепаратора заключается в повышении производительности, пропускной способности, разделяющей способности сред на высоком уровне микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации; увеличении количества фракций (от пяти и более), получаемых при совмещении процессов центрифугирования и фильтрации, понижении удельной металлоемкости, энергоемкости, а, следовательно, и себестоимости аппарата.

Для достижения этого результата предлагается сепаратор для разделения жидких неоднородных сред, суспензий и эмульсий. Он включает в себя корпус с крышкой, размещенный в нем барабан, состоящий из обечайки и основания, в нижней части которого над его днищем укреплена перегородка, образующая зону отвода фракций, в которой размещен напорный диск для вывода тяжелой фракции и осевой канал, выполненный в полом валу, для вывода легкой фракции, средство для фильтрации поступающей на разделение среды в виде расположенной в корпусе кольцевой камеры, с отводным патрубком фильтрата. Под перегородкой основания установлен фильтр в виде диска с осевым каналом отвода фильтрата для фильтрации тяжелой и фильтрации части легкой фракции с тонкодисперсной фазой и распложено средство для подводки разделяемой жидкой среды. В барабане установлен тарелкодержатель с пакетом тарелок. Предложенный сепаратор снабжен дополнительной кольцевой камерой с отводным

патрубком фильтрата для усиленной фильтрации. Внутренняя стенка каждой камеры представляет собой ССМФ и образует с обечайкой барабана проточный канал для фильтрации и подвода среды в пакет тарелок со стороны шламового пространства, обечайка выполнена с крышкой-отражателем, в которой выполнено устройство для предварительной фильтрации в виде восьми отверстий. В межтарелочных зазорах расположены регулируемые дроссели для смещения профиля распределения скорости течения жидкости, увеличения и регуляции ее по сечению потока и возбуждения в тонком пристеночном слое гидравлической подъемной силы. При этом, внутренняя стенка является торцевой и саморегенерирующиеся съемные мембранные фильтроэлементы выполнены различной пористости.

На фигуре 1 схематично изображен продольный разрез сепаратора; на фигуре 2 - тарелка с дросселем. Предложенный сепаратор для разделения жидких неоднородных сред, суспензий и эмульсий включает цилиндрический корпус 1 с крышкой 2, размещенный в нем барабан 3, состоящий из обечайки 4 с крышкой-отражателем 5, в которой находятся восемь отверстий для прохождения фракции сразу через регулируемые дроссели 26 в пакет тарелок 13, что меняет направление потока жидкостей, и основания 6, в нижней части которого над его днищем 7 укреплена перегородка 8, образующая зону отвода фракций, размещенный в ней напорный диск 9 для вывода тяжелой фракции и канал 10 в полом валу 11 для отвода легкой фракции, тарелкодержатель 12 с пакетом конических тарелок 13, средство для подвода разделяемой жидкой среды, содержащее напорную камеру 14 с накручивающимся колпаком, с входным патрубком 15, которая (камера 14) имеет саморегенерирующиеся съемные мембранные фильтроэлементы ССМФ19-а различной пористости и выходной патрубок 18-а и раскручивающими ребрами 16, закрепленными на крышке 5 барабана, и средство для фильтрации, поступающей на разделение среды в виде расположенной в корпусе кольцевой камеры 17 с отводным патрубком 18-6 фильтрата, внутренняя стенка которой представляет собой саморегенерирующийся съемный мембранный фильтроэлемент ССМФ19-б и образует с обечайкой 4 барабана проточный кольцевой канал 20 для фильтрации и подвода среды в пакет тарелок со стороны шламового пространства 21. Под перегородкой 8 основания 6 барабана установлен фильтр 22 с каналами 23 отвода фильтрата, служащий для фильтрации тонкодисперсной твердой фазы тяжелой и части легкой фракции и выполненный в виде диска, имеющего фильтрующую торцевую 24 и боковую 25 поверхности. Перегородка 8 снабжена отверстиями 29 для протока легкой фракции в осевой канал 10, отверстиями 30 для подачи тонкодисперсной фазы на поверхность 22 с

ССМФ 24, и отверстиями 31 для прохода концентрата тяжелой фракции из шламового пространства 21 к напорному диску 9.

Обечайка 4 барабана и саморегенерирующиеся съемные мембранные фильтроэлементы ССМФ19а и ССМФ19-б кольцевой камеры 17 выполнены цилиндрическими. Для увеличения фильтрующей поверхности они могут быть выполнены коническими или сферическими.

Конические тарелки 13, установленные в барабане предложенного сепаратора снабжены регулируемыми дросселями 26 (фигура 2-тарелка с дросселем), выполненным в виде плоской шайбы, жестко соединенной с верхней частью тарелки и образующей с ней горизонтальные каналы 36 и вертикальные 28 для прохода легкой фракции к оси вращения и каналы 27 для прохода тонкодисперсной фазы тяжелой фракции.

В нижней части корпуса 1 имеется патрубок 32 для отвода фильтрата три из ССМФ 22, патрубок 33 для отвода тяжелой фракции из осевого канала 10. Патрубок 34 для выхода легкой фракции. Привод барабана включает полый вал 11, установленный в подшипниковых опорах 35, ременную передачу и электродвигатель (на чертеже не изображены).

Предложенный сепаратор работает следующим образом.

Жидкая неоднородная среда, например, молоко, по входному патрубку 15 поступает в напорную камеру 14 с накручивающимся колпаком, и раскручивающими ребрами 16 направляется на ССМФ 19-а. Часть жидкой среды проходит через ССМФ 19-а, и через выходной патрубок 18-а отводится из сепаратора (первый фильтрат). Технологический эффект разделения жидкой среды достигается за счет совмещения процессов сепарации и фильтрации в пространстве между коаксиально расположенными поверхностями 4 и ССМФ 19-а и ССМФ19-б, одна из которых (саморегенерирующаяся съемная мембраннофильтрующая 19-а, 19-б) закреплена неподвижно, а другая 4 вращается, возбуждая в тонком слое вихри вращения, которые непрерывно освобождают поверхность фильтрации от задержанных ею частиц дисперсной фазы. Не прошедшая через фильтр другая часть жидкой среды вместе с осадком частиц дисперсной фазы смытых вихрем вращения с поверхности ССМФ 19-а, направляется в крышку - отражатель-5 через ее отверстия в регулируемые дроссели-26 и в пакет тарелок-13. В пакете тарелок- 13 за счет центробежной силы идет разделение жидкости на фракции легкой жировой и тяжелой тонкодисперсной. Далее этот поток выводится через зазоры между тарелкодержателем и обечайкой и попадает на ССМФ 19-б, затем через отводной патрубок 18-б выводятся (фильтрат два).

В пакете тарелок 13 тяжелая фракция под действием центробежной силы отбрасывается на периферию шламового пространства основания барабана и по каналам 31 поступает к напорному диску 9, с помощью которого концентрат выводится из барабана через патрубок 33. Часть жидкой среды из межтарелочного потока, содержащая тонкодисперсную фазу тяжелой фракции и легкая фракция, содержащая жировую фазу, поступает в пакет тарелок 13, имеющих регулирующиеся дроссели 26, с помощью которох в тонком пристеночном слое возбуждается поле циркуляции скорости и гидравлическая подъемная сила. В каждом межтарелочном пространстве под действием центробежного разделяющего эффекта и гидравлической подъемной силы жидкая среда расслаивается на поток легкой (жировой) и тяжелой (тонко дисперсной) фракции. Легкая фракция (жир) из межтарелочного пространства по каналам 28 через отверстия 29 поступает в осевой канал 10 и через патрубок 34 выводится из барабана. Тонко дисперсная фаза тяжелой фракции из межтарелочного пространства по каналам 27 через отверстие 30 в перегородке 8 поступает на торцевую поверхность 24 с ССМФ 22. Фильтрат из полого пространства в ССМФ 22 по каналам 23 через патрубок 32 выводится из барабана сепаратора. Отфильтрованный осадок тонкодисперсной твердой фазы тяжелой фракции под действием вихревой подъемной силы, возникающей в пространстве между неподвижной поверхностью 24 ССМФ 22 и поверхностью вращающейся перегородки 8, непрерывно "снимается" с торцевой поверхности 24 с ССМФ 22, поднимается к вращающейся перегородке 8, с поверхности которой под действием центробежной силы отбрасывается на периферию основания 6 барабана, откуда напорным диском 9 отсасывается и через патрубок 33 выводится из сепаратора. Использование предложенного сепаратора позволяет: повысить производительность, пропускную способность, повысить разделяющую способность сред, увеличить количество фракций от пяти и более, уменьшить габариты сепаратора, металлоемкость, энергозатраты на процесс работы и себестоимость. Предложенный сепаратор применяется в топливно-энергетической промышленности для регенерации отработанного трансформаторного масла. Утилизация отработанного трансформаторного масла представляет собой серьезную проблему для энергетической отрасли промышленности. С помощью процесса микрофильтрации на ССМФ было очищено отработанное трансформаторное масло от взвешенных веществ и воды. Показатели чистоты трансформаторного масла доведены до требуемых нормативов. Применение сепаратора позволяет повысить чистоту регенерированного трансформаторного масла с 14-го до 5-го класса, уменьшить влагосодержание с 3000 г/т до 5 г/т и существенно поднять электрическое сопротивление масла с 0 до 45,5 кВ/см.

1. Сепаратор для разделения жидких неоднородных суспензий и эмульсий, включающий в себя корпус с крышкой, размещенный в нем барабан, состоящий из обечайки и основания, в нижней части которого над его днищем укреплена перегородка, образующая зону отвода фракций, в которой размещен напорный диск для вывода тяжелой фракции и осевой канал, выполненный в полом валу, для вывода легкой фракции, средство для фильтрации поступающей на разделение среды в виде расположенной в корпусе кольцевой камеры, с отводным патрубком фильтрата, при этом под перегородкой основания установлен фильтр в виде диска с осевым каналом отвода фильтрата для фильтрации тяжелой и фильтрации части легкой фракции с тонкодисперсной твердой фазой, при этом в барабане установлен тарелкодержатель с пакетом тарелок и расположено средство для подвода разделяемой жидкой среды, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной кольцевой камерой с отводным патрубком фильтрата для усиленной фильтрации, внутренняя стенка каждой камеры представляет собой саморегенерирующийся съемный мембранный фильтроэлемент и образует с обечайкой барабана проточный канал для фильтрации и подвода среды в пакет тарелок со стороны шламового пространства, обечайка выполнена с крышкой - отражателем, в которой выполнено устройство для предварительной фильтрации в виде восьми отверстий, а в межтарелочных зазорах пакета тарелок барабана расположены регулируемые дроссели.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что внутренняя стенка является торцевой.

3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что саморегенерирующиеся съемные мембранные фильтроэлементы выполнены различной пористости.