Результат интеллектуальной деятельности: ФИЛЬТРУЮЩАЯ ЦЕНТРИФУГА

Изобретение относится к области механического разделения суспензий в пищевых, химических и других производствах с помощью центробежных машин.

Известна фильтрующая центрифуга, включающая неподвижный корпус с приемниками фильтрата и осадка и размещенным в нем ротором в виде сита с конической фильтрующей поверхностью, средство регулирования движения суспензии и/или ее осадка по фильтрующей поверхности, выполненное в виде шнека, и промывное устройство, выпускная часть которого направлена на подачу промывной жидкости по кольцу между ребордами шнека, а также привод. (Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги. - М.: «Машиностроение», 1967, с. 388, рис. 168).

Недостатками устройства являются повышенный износ фильтрующей поверхности сита от трения непрерывно движущегося осадка у реборд шнека и под ними, а также плохая промывка осадка, поскольку осадок занимает узкий спиральный объем у реборд шнека и промывная жидкость вытекает из сита сквозь свободную от осадка фильтрующую поверхность и в возникающем при этом безнапорном режиме практически не проникает в плотный осадок и потому не протекает сквозь него. Напорный слой промывной жидкости перед осадком необходим для организации сплошного заполнения его пор потоком промывной жидкости. При его отсутствии промывная жидкость течет в осадке струями или каплями по вырабатываемым в его набранном слое постоянным руслам, в результате чего эффективная промывка становится невозможной. Таким образом, промывное устройство не может обеспечить качественной промывки и сушки, т.к. в этом случае происходит безнапорный режим фильтрации.

Известна также фильтрующая центрифуга, включающая неподвижный корпус с приемниками фильтрата и осадка и размещенным в нем ротором в виде сита с конической фильтрующей поверхностью, состыкованной с кольцевыми непроницаемыми стенками, и средства регулирования движения суспензии и/или ее осадка по фильтрующей поверхности, выполненного в виде одного или более дисков, соосных ситу и установленных по ходу движения суспензии или ее осадка за такими стенками, а также привод и питающий патрубок. Диски закреплены неподвижно в сите и друг относительно друга с зазором к его фильтрующей поверхности. (Шкоропад Д.Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических призводств. - М.: Химия, 1987, с. 235, рис. 15-3). Осадок продвигается в зазоре между дисками и фильтрующей поверхностью сита.

Однако в такой центрифуге не может быть организована эффективная промывка осадка, поскольку тот постоянно движется по фильтрующей поверхности сита в виде разрывного потока и промывная жидкость сливается через свободную от осадка фильтрующую поверхность. При этом скорость осадка меняется в процессе его движения. Вследствие этого отсутствует возможность создания необходимого для промывки напорного слоя промывной жидкости перед осадком, и потому промывное устройство в такой центрифуге неэффективно.

Ближайшим к предлагаемому по совокупности признаков техническим решением, принятым за прототип, является фильтрующая центрифуга, включающая неподвижный корпус с приемниками фильтрата и осадка и размещенным в нем ротором в виде сита с конической фильтрующей поверхностью, состыкованной с кольцевыми непроницаемыми стенками, и средства регулирования движения суспензии и/или ее осадка по фильтрующей поверхности, выполненного в виде одного или более дисков, соосных ситу и установленных по ходу движения суспензии или ее осадка за такими стенками, а также привод и питающий патрубок (Шкоропад Д.Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических призводств. - М.: Химия, 1987, с. 235, рис. 15-3).

Предлагаемым изобретением решается задача получения качественного осадка путем его эффективной промывки в период нахождения на коническом сите.

Указанный технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что фильтрующая центрифуга включает неподвижный корпус с приемниками фильтрата и осадка и размещенным в нем ротором в виде сита с конической фильтрующей поверхностью, состыкованной, по меньшей мере, с одной кольцевой непроницаемой стенкой, и средства регулирования движения суспензии и/или ее осадка по фильтрующей поверхности, выполненного в виде одного или более дисков, соосных ситу и установленных по ходу движения суспензии или ее осадка за такими стенками, а также привод и питающий патрубок. При этом фильтрующая центрифуга имеет промывное устройство, выпускная часть которого направлена на подачу промывной жидкости между, по меньшей мере, одной кольцевой непроницаемой стенкой и диском, имеющим максимальный радиус больше и наименьший радиус меньше наибольшего радиуса этой кольцевой непроницаемой стенки и установленным с возможностью принудительного необходимого для него осевого смещения во время работы центрифуги от привода, дополненного устройством этого смещения в заданный для него период времени.

Выполнение промывного устройства указанным образом позволяет регулировать время фильтрации, промывки и сушки осадка. В нем реализуется эффективная промывка всей массы осадка в течение заданного времени за счет обеспечения возможности создания кольцевого напорного слоя промывной жидкости на внутренней свободной поверхности осадка. При наличии заявляемых форм кольцевой непроницаемой стенки и дисков, создающих возможность организации напорной фильтрации, становится целесообразным и эффективным применение промывного устройства.

Сущность изобретения схематично показана на фиг. 1-7.

На фиг. 1. изображен схематический общий вид варианта фильтрующей центрифуги с однократной промывкой; на фиг. 2. - вырез ротора по фиг. 1 с положением устройства регулирования в режиме промывки осадка; на фиг. 3 - вырез ротора с периферийной конической отбортовкой диска; на фиг. 4 - вырез ротора по фиг. 1 с положением устройства регулирования в режиме сброса осадка после промывки; на фиг. 5 - схематический общий вид варианта фильтрующей центрифуги с двойной промывкой осадка; на фиг. 6 - вырез ротора по фиг. 5 с тремя дисками, разделяющими зоны набора осадка с его первичным разделением и двойной промывки осадка; на фиг. 7 - иллюстрация работы центрифуги по фиг. 5 с одновременной сушкой первично набранного осадка и вторичной промывкой ранее набранного. На них штриховыми линиями показаны следы границы кольцевого слоя осадка и промывной жидкости, стрелками со сплошной линией - направление движения суспензии, фильтрата и промывной жидкости, стрелками с пунктирной линией -направление движения осадка.

Вариант фильтрующей центрифуги включает неподвижный корпус 1 с приемниками 2 и 3 фильтра и осадка соответственно (фиг. 1). В корпусе 1 размещен ротор в виде сита с конической фильтрующей поверхностью, показанной в виде колец 4, 5, 6, состыкованных с кольцевыми непроницаемыми стенками 7, 8, 9 (фиг. 2-4, 6, 7). Угол раскрытия конусов колец 4, 5, 6 может быть различен. Центрифуга имеет средство регулирования движения суспензии и/или ее осадка по фильтрующей поверхности 4, 5, 6, выполненно в виде дисков 10, 11, 12, соосных ситу и установленных по ходу движения суспензии или ее осадка за стенками 5, 6, 7 соответственно. При этом каждый диск 10, 11, 12 имеет максимальный радиус r₁ больше и наименьший радиус r₂ меньше наибольшего радиуса r₃ расположенной перед ним кольцевой сплошной стенки 7, 8, 9. Диски 10, 11, 12 могут быть составными и иметь в осевой плоскости профиль произвольной формы, в том числе под наклоном к плоскости вращения, могут быть дополнены по своей периферийной окружности радиуса r₃ конической отбортовкой для улучшения удерживания сохраняемого перед ним осадка и снижения контактного давления на фильтрующую поверхность. Элементы ротора приводятся в движение приводом 13, вращающим ротор с угловой скоростью ω и дополненным устройством 14 необходимого осевого смещения Δ каждого из дисков 10, 11, 12 штоками 15, 16, 17. Величины Δ осевого смещения дисков могут регулироваться в процессе работы центрифуги в заданные для них периоды времени. Центрифуга также имеет промывное устройство для однократной (фиг. 1-4) или двукратной (фиг. 5-7) промывки, выпускные части 18, 19 которого направлены на подачу промывной жидкости между дисками 11, 12 и предстоящими им кольцевыми непроницаемыми стенками 8, 9. Подача суспензии производится по питающему патрубку 20 или 21. Наряду со смещаемыми дисками 10, 11, 12 в центрифуге могут иметься диски, жестко скрепленные с ситом (на фигурах условно не показаны).

Фильтрующая центрифуга работает следующим образом.

Размещенный в корпусе 1 ротор приводят во вращение приводом 13. При отсутствии диска 10 средства регулирования движения суспензии по фильтрующей поверхности диск 11 устройством 14 при помощи штока 16 сдвигают влево к фильтрующей конической поверхности 5 сита (фиг. 2 и фиг. 3). Суспензию подают по питающей трубе 20. Попадая в сито, суспензия фильтруется под действием центробежных сил инерции. При этом на фильтрующей поверхности 4 образуется осадок. Дисперсионная среда вытекает в приемник фильтрата 2, а осадок сползает на фильтрующую поверхность 5 к диску 11, образуя кольцевой объем. По промывному устройству подают промывную жидкость, которая вытекает из его выпускной части 18 и попадает между кольцевой непроницаемой стенкой 8 и диском 11 на внутреннюю поверхность кольцевого объема осадка. Образуемый жидкостью кольцевой напорный слой на внутренней свободной поверхности осадка служит для его промывки по всему объему, что обеспечивает эффективную промывку осадка. С прекращением подачи промывной жидкости она начинает течь в осадке струями и каплями, поскольку ее напорный слой постепенно исчезает. Происходит сушка осадка. Затем устройством 14 при помощи штока 16 смещают диск 11 вправо на величину зазора Δ, и осадок сползает или сбрасывается на фильтрующую поверхность 6, где за счет удара о нее и сползания по ней в условиях действия центробежных сил инерции он дополнительно освобождается от промывной жидкости. Здесь происходит его окончательная сушка (фиг. 4).

При наличии диска 10 и двойной промывки (фиг. 5, 6 и 7) набор и сушку осадка от дисперсионной среды суспензии могут производить одновременно и изолированно от промывок. При этом смещение вправо дисков 10, 11, 12 штоками 15, 16, 17 производится последовательно в разные периоды времени. Величина и время необходимого смещения Δ дисков может быть подобрано индивидуально для каждого в зависимости от параметров процесса. Подача жидкости во второй промывке производится через выпускную часть 19 в пространство между диском 12 и предстоящей ему кольцевой стенкой 9. Сдвинутый влево подвижный диск 10 позволяет столько времени набирать и осушать, а также сдвинутые влево диски 11 и 12 - столько времени его промывать и осушать в роторе, сколько требуется и в заданный для него период времени в зависимости от параметров процесса и конструкции.

Непроницаемая кольцевая стенка совместно с принудительно смещаемым в осевом направлении диском служит для образования напорного кольца промывной жидкости перед осадком, т.е. с целью создания напорной фильтрации, при которой поток фильтрата полностью заполняет поровое пространство. Этим создается возможность обеспечения эффективной промывки осадка. Кроме того, такая конструкция позволяет набирать и эффективно осушать осадок от дисперсионной среды суспензии и промывной жидкости. Таким образом, заявленное устройство обеспечивает получение качественного осадка.