CN1090062C - 固体颗粒与液体间断分离方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体颗粒与液体离心分离方法与装置，装置包括围绕纵轴转动的槽(18)，槽有一带分离面元件的分离区(36)，分离面元件由许多轴向相邻管件或两端敞开的通道(46)组成。本方法的特点在于：使液体主要以层流流过许多轴向平行通道(46)，承受的g数最好不超过100，以便使颗粒离心沉积在通道壁上。

Description

固体颗粒与液体间断分离方法与装置

本发明涉及一种离心沉降间断分离固体颗粒与液体的装置，它包括围绕纵轴转动的槽，该槽有一待分离液体的入口，还有带沉降面元件的分离区，与分离区相通的上下集合室，在分离区有一无颗粒液体出口，还有能开关的出口，用于在沉降面元件上集合的颗粒沉积物。离心分离机的用途其中包括：

  -分离和萃取酵母、淀粉、高岭土等

  -分离油，滑脂等与液体混合物

  -净化和澄清高标准液体，如啤酒，葡萄酒，油类等

  -净化废液

使分离更有效的一种方法是增加分离面元件的面积，尽可能降低液体深度，这可用各种方法做到。最常见的方法是装设转筒，围绕纵轴转动，其锥形板装有通常所说的U形环，即隔离件，保证板间预定相当小的间距，从而缩短沉降距离。

但是，这种离心分离机造价昂贵，因为需要严格的安全标准，防止高速转筒产生数千g数而存储大量能量可能发生猛烈的破坏。此外，在操作时，消耗大量能量，当液体加速时，入口具有颗粒消散和湍流危险，另外，放大面分离板的间隙也有湍流危险，因而降低分离质量。高转速排空沉积物会扰动分离，常常造成排空不彻底。排空沉积物也消耗大量能量，而且有堵塞危险，最后，在排空时可能破坏沉积物。

本发明的主要目的是提出一种离心分离装置，无论如何能消除普通离心机大多数上述不足之处，满足以下过程和废液高效分离的要求：

-能分离小固体颗粒，其密度接***均速度连续液相，即g数低于100。

-投资要求低于目前相同生产能力的离心机。

-能量要求低于目前相同生产能力的机器。

-必须可靠，不能因例如堵塞而停机，即必须具有高度可接近性。

-应紧凑，易于安装。

-沉积物应有高干燥物质比率。

-能耐相当腐蚀的液体。

-在稍低100℃温度下，能巴氏灭菌。

-不用拆卸就能清洗。

因此，要找到一种分离机，具有静态分离机有序层流，配合合理的g数，效率高，安装体积小，分离能力大。

US-A-3695509展示了以前人们所知的一种离心分离机装置，其分离区与本发明的装置一样，由许多相邻轴向管件组成，成环形结构，但是在装置的分离方法和结构方面有着本质上的主要差别。US-A-3695509装置是一种液体混合物连续离心分离装置，混合物含有重液相和相当轻的液相，例如油和水等乳状液，按照图2，液相分离是把液体混合物导入上集合室，此后，混合物在大约900-1250高g数下，流过管状通道，致使在运送时，较重液相(例如水)通过上径向最外层管端，而较轻液相(例如油滴)则径向被压到里面。液相在管状通道里分离，然后，不断从与转动槽中心轴不同的径向距离排出分离机。

但是，本发明方法与装置涉及分离液体与相当难以分离的颗粒，例如固体颗粒，其密度与液体接近，借助中等离心力，把颗粒沉降在分离区，因此，本发明的方法是一种间断分离法，分离的颗粒集合沉积在分离区管状通道壁上，而无颗粒的液体(废液)则流出分离机，当废液中的颗粒浓度由于管状通道被沉积的颗粒沉积物堵塞开始增加，并超过预定值时，则停止液体颗粒混合物流入和槽转动，沉积物靠自重排出管壁，采用冲洗或不用冲洗，然后通过单独的可开启出渣口排空沉积物。US-A-3695509分离机(图2)不能用于，也决不适合用所示管状通道壁沉降的方法分离颗粒。因为没有本方法操作用的排空和出口装置。此外，普通装置操作的高g数(rpm)会产生过高压缩，而破碎颗粒沉积物。

本发明提供了一种通过离心沉降间断分离固体颗粒与液体的装置，包括围绕垂直轴转动的槽，该槽有一待分离液体的入口，分离区带有沉降面元件，与分离区相通的上下集合室，在分离区还有一无颗粒液体的出口以及能开关的出口，用于在沉降面元件上集合的颗粒沉积物，其特征在于：沉降面元件由许多相邻管件组成，它们轴向布置，形成圆环，围绕转动槽中心轴，并且两端敞开。

本发明还提供了一种通过离心沉降间断分离固体颗粒与液体的装置，包括围绕垂直轴转动的槽，带有待分离液体的入口，分离区带有沉降面元件，与分离区相通的上下集合室，在分离区还有一无颗粒液体的出口以及能开关的出口，用于在沉降面元件上集合的颗粒沉积物，其特征在于：沉降面元件由许多转动体的相邻轴向通道壁组成，该通道两端敞开。

本发明还提供了一种通过离心沉降间断分离固体颗粒与液体的方法，其中待分离的液体-颗粒混合物进入转动分离槽入口室，使液体-颗粒混合物与槽一起转动，其特征在于：使后来的液体-颗粒混合物，主要以层流，流过许多圆周径向邻接平行的通道，这些通道轴向布置，共同组成圆环，围绕槽中心轴，两端敞开，液体-颗粒混合物中的颗粒流过通道，承受的g数小于500，最好小于100，靠离心力沉积在通道壁上，而分离净化的液体则导至出口，当净化液体中的颗粒浓度超过预定值时，则停止液体-颗粒混合物流入和分离槽转动，通过可开启出口排空集合在通道壁上的颗粒沉积物。

现参照附图对本发明详述如下。

图1为本发明按照离心原理操作的分离装置第一实施例侧视示意图；

图1a表示图1装置装有垫片控制入口液流到分离区；

图2为图1A-A线分离装置横剖面图；

图2a表示大比例的分离区管或通道横截面第一实施例部分；

图2b表示大比例的分离区管或通道横截面第二实施例部分；

图2c为大比例的一个实施例，其分离面元件由许多转动体上的相邻轴向通道或孔组成；

图3为本发明分离装置第二实施例侧视示意图；

图4为本发明分离装置第三实施例侧视示意图；

图5为本发明分离装置出口部分改进的实施例；

图6a和6b为本发明装置中一个沉积物出口开启设想结构，靠离心力可以关闭；

图7为本发明分离装置沉积物出口另一设想结构。

图1中，10一般表示本发明第一实施例靠离心力工作的装置。装置10包括一分离转筒12，通过滚柱轴承16转动支承和装在支承板14上。转筒12有一不透液槽18，分别被圆筒壁20和上下端壁22和24所限定，还有一垂直转筒轴26，装在上部非转动安装的三角皮带轮28上，后者通过三角皮带(无图示)传动连接变速运转的电动机。用一对锁定螺母29a，29b把转筒部件与支承板14固定一起。

如尼龙等填料30装在槽18内转筒轴26上。在上部，填料与上端壁22一起，轴向限定上集合室32。在下部，填料30与下端壁24一起，轴向限定第二集合室34。填料30与圆筒壁20一起径向朝外限定环形分离室或区36。

在转筒轴26上部，有一入口孔38和径向入口孔29，前者用于待分离的液体，后者连接入口孔38与槽内上集合室32。在转筒轴26下部，有一分离液相用的出口孔40，通过径向孔42，与下集合室34相连。沉积物排放阀44装在下端壁24凹入部45底部，可以开关。

表面形成分离元件布置在环形分离室36。按照本发明，分离元件由许多薄壁轴向管46(特别参见图2)组成。管46最好用轻质材料，如PVC或聚丙烯之类的塑料构成，其直径不超过10mm，最好在3mm左右。管46两端敞开，放在具有自由孔面积的刚性格栅，滤网或细筛47上，不能阻止液体或沉积物流过。

上述装置的工作方式如下：待要分离的上述液体混合物，特别是含有难以分离的微粒混合物，其密度接近液相，通过入口38或入口孔40流入分离转筒12上集合室32。液体混合物从此加速与槽18一起转动。所选择的转速较低，致使g数不超过500，最好低于100，通过分离室36，即管46的液流要适应颗粒下沉速度及分离轴12rpm，能够按照斯托克斯定律计算，或用实验方法测定。液体混合物通过管46时，完全随着槽18转动，这样形成层流和良好分离的最佳条件。到管壁沉降距离很短，这意味着，液体中颗粒将以更为相对的平均转速(g数)沉积在管壁上，按照上述用途形成团粒或其他型式的沉积物，对此将参照两个实际示例描述如下。

当分离度表现下降趋势，即出口40度液中颗粒浓度增加时，这表示管组件已达到沉降能力，于是入口38关闭，转动停止。当流动中断，转筒12停止时，浓缩的沉积物可能借助于槽内剩余液体向下滑入下集合室34。在这阶段，排放阀44保持开启状态。应当注意，在离心期间选择的rpm不能使沉积物堆积在管壁上太牢固。然而，对某些用途，例如需要用高温或清洁化学品清洗，也可借助振动器加快沉积物排空，这将参照图5描述如下，在排空阶段，可用与入口38连接的缓冲槽(无图示)把连续流保持在其余过程，排空阶段不要长过几分钟。在图1所示实施例中，液体靠自重朝下降方向流过分离室36管46。

图1a为图1分离装置，装有可换式导流垫片49，位于集合室32内。垫片预定在较低流体流量经过装置时，引导流出液流到管组件46径向外部地区，覆盖上述径向内部区段。

图2表示分离转筒12横截面。图2a表示呈环状管46放大比例。根据装置选定尺寸，环形分离室36有数千根管46，管46适宜由需要长度的普通“饮料麦管”构成，这表示，分离元件组件重量很轻，制造成本降低，管46可制成互相密合的环形盒，用合适方式，把各个管46之间空间，如管端部密封起来，以便在需要时防止液体流入管间空间。

图2b表示六角形管46′布置成“蜂窝状”形式的管件另一实施例。组装异形片或板也可获得这种蜂窝状结构。

图2c表示又一供选择的实施例，管件46，46′已换为材料主体50，其中制有许多轴向孔或通道50a，其壁组成沉降面，就象制作管46，46′壁一样。

图3表示本发明分离装置另一实施例，装置基本与图1所示装置一致，但是，分离室36分离方向与重力方向相反。待分离的液体混合物通过入口管48进入转动轴26，再经过径向入口管51进入下集合室34。在集合室34，液体与转筒一起加速和转动，因而，任何较大颗粒均在室34内分离，然后液体朝上升流向进入管46，在通过管46主要层流条件下，沉淀较小难以分离的颗粒。分离的液体然后流入上集合室32，再通过出口孔52流出到转筒轴26上的出口40，在该实施例中，由于沉积物有向管46底部大量沉淀的趋势，故集合在管壁上的沉积物距排空阶段的移动距离较短。

图4为本发明分离装置第三实施例，该装置基本上与上述装置一致，但是分离在管状共轴分离室36和53中进行，两者均如前所述装有分离管件46。外分离室36与内室53分开是通过筒形分离壁54，它向上伸进上集合室，与水平壁部分56一起，把上集合室分成入口室部分58和出口室部分60，在本实施例中，第二封闭集合室34由折流和沉降室组成。从图4可以看出，混合液体通过入口38和径向入口管62进入入口室部分58，然后沿重力方向流过内分离室53，因而出现早期分离物料的第一次分离，然后，液流折进室34，逆重力方向流入外分离室36，由于g数高，使得难以分离的微小颗粒充分分离，然后废液经过转筒轴26上的径向孔64和出口40离开转筒。

当管组件已达到沉降能力，废液颗粒百分率增加时，流动与转动均停止，沉积物由于重力和与塑料管壁摩擦力小而向下滑入室34，沉积物由此可能如上所述或通过其他方法排空，这参照图5-7描述如下。图4双室结构的优点在于：内室53分离出的重大颗粒可承受较低g数，因而堆积的不太牢固，能有效排空。完全排除需要振动和冲洗，与装置入口相连的缓冲槽(无图示)使有可能在其余过程中成为连续流，如果在比较短的排室时间内有这种需要的话。

排空室34沉积物，根据沉积物类型可采用各种方法。图5为一带锥形底部66的实施例。沉积物自流排出，转动停止时，通过出液口40离开装置。可装置振动器68，振动分离转筒12，高效排空沉积物。

图6a为一带球阀70的实施例，它用螺旋弹簧加载装在转筒壁20上。球重和弹簧力要适合，以便在转动时阀靠离心力保持关闭状态，而图60则表示在转速下降时，弹簧力如何将阀开启，从而排出沉积物。

图7为排空***，由轴向弹簧加载阀组成，借助于控制装置可手动或自动开启。在这种情况下，底板72非转动装在转筒轴26上，可轴向移动，底板带有弹簧套，用于压缩弹簧74和密封件76，将转筒壁20密封起来，杠杆78装在弹簧盘77上，与转筒轴26固定一起。如图中箭头80所示，启动杠杆78，保持密封件76封闭的弹簧力被抵消，密封件开启，从而排空沉积物。当分离室36填满沉积物时，首先必须停止离心机，以便使沉积物向下滑入集合室34。然后如上所述开启阀门，从而使沉积物靠离心力旋出，然后关闭阀门，接入液流，继续分离操作。下面描述一对实际示例。

例1：

按照图1所示第一描述的实施例，在分离装置中进行酵母菌(发面酵母)分离试验。分离室36最大半径150mm，最小半径125mm，装有2400根聚丙烯材料管，其直径3.00mm，材料厚度0.2mm。离心机转速310rpm，这样在沉降室外部产生大约16g数。

酵母与水混合，使得到酵母体积0.9％的悬浮物。悬浮物用软管式泵泵入离心机，调整转速可改变泵的出力能力，用实验室离心机，在11000g数下，离心分离1.5分钟，测定酵母浓度，并在离心机刻度管上读出。

在室温约20℃下进行分离，其结果如下表：流量，升/小时                 23    60    94    132输入液流酵母浓度，％以体积计  0.9   0.9   0.9   0.9输出液流酵母浓度，％以体积计  0.05  0.08  0.15  0.20酵母分离，％                  94    91    84    79

试验后，使机器以大约100升/小时进行工作，当废液中酵母浓度表现增加趋势时，停止流动，逐渐降低rpm。以便使机器缓慢排空分离的液体。当酵母开始离开机器时，把槽置于出口40下面，完全停止转动，为了排空剩余酵母，打开沉降室34底部24上的两个10mm排放塞，使所有酵母浓缩物能够排出。收集的酵母浓缩物进行分析，达到酵母体积含量大约60％。拆开机器时，只发现少量酵母留在管内，这表示当机器在上述g数下工作时，沉积物能够轻而易举地排出分离室。

例2：

如图4所示，在装有两个同心环形分离室36，53的分离装置中进行相应的酵母分离试验。外室36尺寸与例1一样，内室52最大半径117mm，最小半径75mm装有与上例相同型式2800根管，内分离室53最高g数为12。当rpm升到420rpm时，除最后抽样外，机器均以相同rpm运转。

分离结果列于下表：试验A输入流量，升/小时               23    38   60    132输入液流酵母浓度，％以体积计    1.0   1.0  1.0   1.0输出液流酵母浓度，％以体积计    0.00  0.02 0.025 0.20酵母分离，％                    100.0 98.0 97.5  80.0试验B转数/分                       310    310    310    310    310    420输入流量，升/小时             23     38     60     94     132    132输入液流酵母浓度，％以体积计  1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5输出液流酵母浓度，％以体积计  0.00   0.01   0.02   0.05   0.15   0.06酵母分离，％                  100.0  99.3   98.7   96.7   90.0   96 0试验B分离结果主要检验试验A的结果，即得到很好的分离，生产能力约达50.6升/小时，当rpm由310增加到420rpm或外分离室36中16增加到22g数时，得到明显改善，最高生产能力为132升/小时，另外还显示，在有两个分离室36，53和高rpm条件下，即使停止转动，酵母浓缩物也能从室34排空。

在本发明范围内，可以改变分离装置一些零部件的结构。例如表面形成管件或通道的横截面可以是另外的形状，不同于本文所述和示出的，如多角形或椭圆形。固体填充物30可用空心体代替。进出口可制成合适的同一尺寸，从而减少装置中的压降。

Claims (23)

1.通过离心沉降间断分离固体颗粒与液体的装置，包括围绕垂直轴转动的槽(18)，该槽有一待分离液体的入口(38，48)，分离区(36)带有沉降面元件，与分离区(36)相通的上下集合室(38，58，60或34)，在分离区(36)还有一无颗粒液体的出口(40)以及能开关的出口(44，70)，用于在沉降面元件上集合的颗粒沉积物，其特征在于：沉降面元件由许多相邻管件(46)组成，它们轴向布置，形成圆环，围绕转动槽(18)中心轴，并且两端敞开。

2.按照权利要求1的装置，其特征在于：下集合室(34)一方面组成待分离的液体室，另一方面组成管壁上沉积的颗粒，即沉积物出口室，而上集合室(32)则组成无颗粒液体出口室，该液体向上流过管件(46)。

3.按照权利要求1的装置，其特征在于：上集合室(32)组成待分离的液体入口室，而下集合室(34)则组成出口室，一方面用于无颗粒液体，该液体向下流过管件(46)，另一方面，用于沉积在管壁上的颗粒，即沉积物。

4.按照权利要求1的装置，其特征在于：管件布置成两个同心环形结构，用不透液中间壁(54)彼此分开，管件(46)上面的上集合室分成入口室部分(58)和出口室部分(60)，入口室部分(58)与管件(46)径向内环形结构(53)相通，而外室部分(60)则与管件(46)径向外环形结构(36)相通。

5.按照权利要求4的装置，其特征在于：在槽(18)管件(46)下面的下集合室(34)一方面组成待分离液体用的折流室，另一方面组成沉积在管壁上的颗粒沉积物用集合排空室。

6.按照权利要求1-5之一的装置，其特征在于：管件(46)直径约2-10mm。

7.按照权利要求6的装置，其特征在于：管件(46)的直径约3mm。

8.按照权利要求7的装置，其特征在于：管件(46)壁厚约0.2mm。

9.按照权利要求6-9之一的装置，其特征在于：管件(46)为圆形或多角形横截面形状。

10.按照权利要求6-9之一的装置，其特征在于：管件(46)用塑料，如聚丙烯制成。

11.按照权利要求6-10之一的装置，其特征在于：管件(46)密度接近要分离的液体密度。

12.按照权利要求6-11之一的装置，其特征在于：管件(46)互相密合接入管件环形盒。

13.按照权利要求6-12之一的装置，其特征在于：管件(46)支承在细网眼结构的底板(47)上。

14.按照权利要求1-13之一的装置，其特征在于：槽(18)回转装在转动轴(26)上面覆盖的支承板(14)上，上述轴与槽非转动连接，上有入口孔(38)，用于待分离的液体。

15.按照权利要求1-14之一的装置，其特征在于：为构成沉积物出口，槽(18)有一底件(72)，在对着槽的侧向限制壁(20)的密封关闭位置与隔开侧向限制壁(20)的开启位置之间可轴向移动。

16.按照权利要求1-14之一的装置，其特征在于：沉积物出口阀(70)装在槽(18)侧向限制壁(20)上，靠离心力可以关闭。

17.按照权利要求1-16之一的装置，其特征在于：设置振动装置(68)，振动槽(18)，加速排空通过离心分离集合的沉积物。

18.通过离心沉降间断分离固体颗粒与液体的装置，包括围绕垂直轴转动的槽(18)，带有待分离液体的入口(38，48)，分离区(36)带有沉降面元件，与分离区(36)相通的上下集合室(分别为32和34)，在分离区(36)还有一无颗粒液体的出口(40)以及能开关的出口(44)，用于在沉降面元件上集合的颗粒沉积物，其特征在于：沉降面元件由许多转动体(50)的相邻轴向通道(50a)壁组成，该通道(50a)两端敞开。

19.通过离心沉降间断分离固体颗粒与液体的方法，其中待分离的液体-颗粒混合物进入转动分离槽(18)入口室(32；34；58)，使液体-颗粒混合物与槽一起转动，其特征在于：使后来的液体-颗粒混合物，主要以层流，流过许多圆周径向邻接平行的通道(46，50a)，这些通道轴向布置，共同组成圆环，围绕槽中心轴，两端敞开，液体-颗粒混合物中的颗粒流过通道(46，50a)，承受的g数(g-number)小于500，最好小于100，靠离心力沉积在通道壁上，而分离净化的液体则导至出口(40)，当净化液体中的颗粒浓度超过预定值时，则停止液体-颗粒混合物流入和分离槽转动，通过可开启出口(44，70)排空集合在通道壁上的颗粒沉积物。

20.按照权利要求19的方法，其特征在于：液体混合物穿过通道(46，50a)，按垂直向上方向进入。

21.按照权利要求19的方法，其特征在于：液体混合物穿过通道(46；50a)，按垂直向下方向进入。

22.按照权利要求19的方法，其特征在于：液体混合物垂直向下进入通道(46)径向内组(53)，然后再垂直向上流过通道(46)径向外组(36)，即串联沿重力方向和重力相反方向。

23.按照权利要求19-22之一的方法，其特征在于：在从槽排空沉积物时，使槽振动。

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