RU1797970C - Multicomponent mixture separator - Google Patents

Abstract

Использование: дл  разделени  жидких смесей в пищевых отрасл х на компоненты, дл  отделени  адсорбента от масла после процесса отбеливани , дл  очистки сточных вод. Сущность изобретени  в выполнении фильтрующей поверхности в виде капилл рных конических трубок, большим диаметром сообщающихс  с отверсти ми коллектора, концы трубок с меньшим диаметром изогнуты в сторону вращени  барабана по спирали Архимеда и подсоединены к выполненным на поверхности барабана сквозным отверсти м. Устройство снабжено охватывающим барабан кожухом с перегородкой , а барабан - установленными на нижней его части параллельно с зазором обечайки, при этом перегородка расположена в зазоре и раздел ет кожух на сборник фильтрата и сборник осадка. 3 ил.Usage: for separating liquid mixtures in the food industry into components, for separating the adsorbent from the oil after the bleaching process, for wastewater treatment. SUMMARY OF THE INVENTION The embodiment of the filter surface in the form of capillary conical tubes communicating with the collector holes with a large diameter, the ends of the pipes with a smaller diameter are bent in the direction of rotation of the drum in a spiral of Archimedes and connected to through holes made on the surface of the drum. The device is equipped with a casing enclosing the drum with a partition, and the drum mounted on its lower part in parallel with the clearance of the shell, while the partition is located in the gap and divides the casing into teams leachate collection and sludge. 3 ill.

Description

(Л(L

СWITH

Изобретение относитс  к технике раз- делени  жидких смесей в пищевых отрасл х промышленности на компоненты методом ультрафильтрации и может быть использс)- вано дл  отделени  адсорбента от масла послЈ процесса отбеливани  в масло-жировой промышленности, дл  очистки сточных вод предпри тий МЖП, а также дл  сгущени  f-юлока, пахты, сыворотки в молочной промышленности, желчи - в м сной промышленности ..--- The invention relates to techniques for the separation of liquid mixtures in food industries into components by ultrafiltration and can be used) to separate the adsorbent from oil after the bleaching process in the oil-fat industry, for the treatment of wastewater from MF enterprises, as well as thickening of f-yulok, buttermilk, whey in the dairy industry, bile - in the meat industry ..---

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности разделени  за счет исключени  мертвых зон фильтрующей поверхности .The aim of the invention is to increase the separation efficiency by eliminating the dead zones of the filter surface.

На фиг. 1 изображено устройство, фрон- разрез: на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фигЛ -сечение Б-Б на фиг. 1.In FIG. 1 shows a device, front section: in FIG. 2 - section aa in FIG. 1; on figl-section BB in fig. 1.

Устройство состоит из неподвижного трубопровода 1, трубчатого коллектора 2, установленного с возможностью вращени .The device consists of a fixed pipeline 1, a tubular manifold 2 mounted for rotation.

цилиндрического барабана 3, шкива 4, подшипников 5, кожуха 6, отверстий 7, ультра- фильтрационных конусообразных трубок 8, патрубка отвода концентрата 9, конусообразных направл ющих обечаек 10 и.11, сборника концентрата 12, сборника водыcylindrical drum 3, pulley 4, bearings 5, casing 6, holes 7, ultrafiltration cone-shaped tubes 8, outlet pipe of concentrate 9, cone-shaped guide shells 10 and 11, concentrate collector 12, water collector

13. конической раздел ющей перегородки13. conical dividing partition

14. патрубка отвода воды 15, нитей 16 (на; пример, из капрона), зпоксидной смолы 17.14. a branch pipe of water drain 15, threads 16 (for example, from kapron), zpoksina 17.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

Исходное сырье, например, желчь, подаетс  от источника (на чертежах не показан ) по неподвижному трубопроводу 1 внутрь вращающегос  трубчатого коллектора 2. Трубчатый коллектор 2 выполнен заодно с цилиндрическим барабаном 3 и проходит внутри него по оси. Привод во вращение трубчатого коллектора 2 и укрепленного на нем цилиндрического барабана 3 осуществл етс  от электродвигател  (наFeedstock, for example bile, is supplied from a source (not shown in the drawings) through a fixed pipe 1 to the inside of the rotating tubular manifold 2. The tubular manifold 2 is integral with the cylindrical drum 3 and extends axially inside it. The rotation of the tubular collector 2 and the cylindrical drum 3 mounted on it is driven by an electric motor (on

XIXi

ю XIyu xi

ЧЭChe

XI оXi o

чертежах не показам) через шкив 4. Трубчатый коллектор 2 вращаетс  в подшипниках 5, укрепленных в кожухе 6. Исходна  смесь распредел етс  отверсти ми 7 по трубкам 8. Трубки 8 закреплены, таким образом, одним широким концом в трубчатом коллекторе 2, а узким концом в цилиндрическом барабане 3, причем на фиг.2 видно, что трубки 8 изогнуты по кривым - спирал м Архимеда в направлении траектории движени  жидкости в них при возможности свободного истечени  жидкости. Трубки 8 изготовлены из таких материалов как полиамид, ацетилцеллюлоза и прочих материалов, используемых дл  изготовлени  капилл рных фильтров при ультрафильтрации. Селективный слой располагаетс  внутри капилл ров . Дл  креплени  капилл рных трубок 8. по концам может использоватьс  эпрксид- на  смола. Диаметры капилл рных трубок 8 выбираютс  в зависимости от загр зненности исходной жидкости механическими примес ми в пределах пор дка от 0,6 до 2,0 мм. Конусность капилл рной трубки 8 определ етс  зависимостью Р - посто нна .где Р - давление в капилл рной трубке.not shown) through the pulley 4. The tubular manifold 2 rotates in bearings 5 mounted in the casing 6. The initial mixture is distributed by holes 7 through the tubes 8. The tubes 8 are thus fixed with one wide end in the tubular manifold 2, and a narrow end in a cylindrical drum 3, and FIG. 2 shows that the tubes 8 are bent along the curves of Archimedes spirals in the direction of the trajectory of the fluid in them, with the possibility of free flow of fluid. Tubes 8 are made of materials such as polyamide, cellulose acetate and other materials used for the manufacture of capillary filters during ultrafiltration. A selective layer is located inside the capillaries. An epoxy resin may be used at the ends to secure the capillary tubes 8. The diameters of the capillary tubes 8 are selected depending on the contamination of the initial liquid with mechanical impurities within the order of 0.6 to 2.0 mm. The taper of the capillary tube 8 is determined by the dependence P is constant. Where P is the pressure in the capillary tube.

Таким образом, исходна  жидкость с посто нным давлением проходит через капилл рные трубки 8 и выбрасываетс  под действием центробежных сил и гидростатического давлени  внутрь кожуха 6, стекает по его стенкам вниз и отводитс  как готовый продукт через патрубок 9. При прохождении желчи через капилл рные трубки 8 часть воды проходит через капилл ры в стенках трубок 8, т.е. осуществл етс  процесс ультрафильтрации . Образующийс  при этом слой концентрационного уплотнени  сухих веществ на внутренней поверхности трубки 8 посто нно перемещаетс  под действием центробежных сил вдоль трубки 8, освобожда  поверхность ультрафильтрации и выбрасываетс  внутрь кожуха 6, т.е. получаетс  концентрат, а чиста  вода стекает по внутренней поверхности вращающегос  барабана 3 вниз под действием сил гравитации. Барабан 3 имеет в нижней части направл ющие обечайки 10 и 11. За счет направл ющей обечайки 10 концентрат попадает в сборник 12, а за счет направл ющей обечайки 11 вода попадает в сборник 13. чему способствует раздел юща  перегородка 14, расположенна  в зазоре между обечайками 10 и 11.Чиста  вода отводитс  из сборника 13 через патрубок 15, Дл  увеличени  прочности капилл рных трубок 8 к ним приклеены капроновые нити 16с помощью эпоксидной смолы 17,Thus, the initial liquid with constant pressure passes through the capillary tubes 8 and is ejected by centrifugal forces and hydrostatic pressure into the casing 6, flows down its walls and is discharged as a finished product through the nozzle 9. When bile passes through the capillary tubes 8 part of the water passes through the capillaries in the walls of the tubes 8, i.e. an ultrafiltration process is in progress. The resulting layer of concentration compaction of solids on the inner surface of the tube 8 is constantly moving under the action of centrifugal forces along the tube 8, releasing the ultrafiltration surface and is ejected into the casing 6, i.e. concentrate is obtained, and pure water flows down the inner surface of the rotating drum 3 under the influence of gravitational forces. The drum 3 has at the bottom of the guiding shells 10 and 11. Due to the guiding shell 10, the concentrate enters the collector 12, and due to the guiding shell 11, water flows into the collector 13. This is facilitated by the partition wall 14 located in the gap between the shells 10 and 11. Pure water is discharged from the collector 13 through the nozzle 15. To increase the strength of the capillary tubes 8, kapron filaments 16 are glued to them using epoxy resin 17,

Выполнение трубок капилл рными обусловлено необходимостью создани  компактного аппарата, что согласуетс  с тенденци ми зарубежной фильтрационной техники. Капилл рные (из тонких трубок) фильтры более компактны, чем пластинчатые .The execution of capillary tubes is due to the need to create a compact apparatus, which is consistent with the trends of foreign filtration technology. Capillary (from thin tubes) filters are more compact than plate filters.

Выбор материала трубок обусловлен назначением аппарата по процессу в нем реа- лизуемому - ультрафильтраци , отсюда выбор материала фильтрующего элемента.The choice of tube material is determined by the purpose of the apparatus according to the process implemented in it - ultrafiltration, hence the choice of material of the filter element.

Выбор диаметра капилл рных трубок обусловлен технологическими причинами. В сырье: сточных водах масложировых заво- дов, масла после отбеливани , молоке, пахте , сыворотке и желчи возможно наличие механических частиц от 0,6 до 2 мм. Дл  того, чтобы трубки не засор лись, они в наименьшем своем сечении не должны быть меньше размера встречающихс  в сырье частиц , т.е. 0,6-2 мм. Этими размерами обусловлены диаметры трубок.The choice of the diameter of the capillary tubes is due to technological reasons. In raw materials: wastewater from oil and fat plants, oil after bleaching, milk, buttermilk, whey and bile, mechanical particles from 0.6 to 2 mm may be present. In order to prevent the tubes from becoming clogged, they should not be smaller than the particles found in the raw material, i.e. 0.6-2 mm. These dimensions are due to the diameters of the tubes.

Выполнение трубок конусообразными обусловлено следующими соображени ми. Предположим, что жидкость с содержащимис  в ней частицами попадает с некоторой скоростью V во вращающийс  канал и приобретает вращательное движение. На частицы будет действовать сила F m oЈ R, где т- масса частицы; w- углова  скорость вращени ; R - рассто ние от центра вращени  до частицы.The conical shape of the tubes is due to the following considerations. Suppose that a fluid with particles contained in it enters with a certain velocity V into a rotating channel and acquires a rotational motion. The force F m oЈ R, where m is the mass of the particle, will act on the particles; w is the angular velocity of rotation; R is the distance from the center of rotation to the particle.

Поскольку частицы перемещаетс  по каналу , то R увеличиваетс , следовательно, возрастает F, воздействующа  на частицу и заставл юща  двигатьс  частицу (при свободном истечении)ускоренно.As the particles move along the channel, R increases, therefore, F increases, acting on the particle and causing the particle to move (at free flow) accelerated.

Дл  того, чтобы процесс ультрафильтра- ции протекал по всей длине фильтротрубки не должно быть разрыва потока, т.е. соблюдаетс  уравнение неразрывности струйки, т.е. . . . In order for the ultrafiltration process to proceed along the entire length of the filter tube, there should be no flow discontinuity, i.e. the trickle continuity equation is observed, i.e. . . .

Q - FiYi F2Y2,Q - FiYi F2Y2,

где Q - расход жидкости;where Q is the fluid flow rate;

F-поперечное сечение трубки тока;F-cross section of the current tube;

Vi и Va - скорости течени  жидкости в соответствующих сечени х трубки. Так как скорость возрастает по мере удалени  частиц жидкости от оси вращени  под действием центробежной силы дл  сохранени  сплошности потока необходимо постепенное уменьшение F - сечени  пото- ка, т.е. трубка дл  сохранени  неразрывности потока должна быть конусообразной.Vi and Va are fluid flow rates in respective sections of the tube. Since the velocity increases as the fluid particles move away from the axis of rotation under the action of centrifugal force, in order to maintain the continuity of the flow, it is necessary to gradually decrease the F - cross section of the flow, i.e. the tube must be tapered to maintain continuity of flow.

Кроме того, сужение в выходном отверстии обеспечивает необходимый дл  ультрафильтрации через стенки подпор жидкости.In addition, the narrowing in the outlet provides the necessary liquid support for ultrafiltration through the walls.

При движении частиц жидкости по трубке в радиальном направлении возрастает окружна  скорость. Одновременно частицы стрем тс  сместитьс  по направлению полного поворотного ускорени  (Кориолисова ускорени ).When the fluid particles move along the tube in the radial direction, the peripheral speed increases. At the same time, the particles tend to shift in the direction of full rotational acceleration (Coriolis acceleration).

Под воздействием центробежной силы и поворотной силы инерции частицы жидкости движутс  по так называемой кривой Архимеда . При выполнении каналов изогнутыми по кривой Архимеда частицы жидкости в трубке будут двигатьс  по своим естественным траектори м, станки трубки будут под одинаковым давлением, т.е. будет более равномерна  нагрузка на трубки и тогда будет более эффективна  работа трубки с точки зрени  ультрафильтрации и более равномерна  механическа  нагрузка, т.е. изогнутость трубки будет соответствовать изогнутости трубки тока жидкости.Under the influence of the centrifugal force and the rotational inertia, the fluid particles move along the so-called Archimedes curve. When the channels are bent along the Archimedes curve, the liquid particles in the tube will move along their natural paths, the tube machines will be under the same pressure, i.e. the load on the tubes will be more uniform and then the tube will work more efficiently from the point of view of ultrafiltration and the mechanical load will be more uniform, i.e. the curvature of the tube will correspond to the curvature of the fluid flow tube.

Название капилл рные трубки - это условное название тонких трубок в технике (в частности, холодильной), начина  с диаметра 0,6 мм.The name capillary tubes is the conventional name for thin tubes in engineering (particularly refrigeration), starting with a diameter of 0.6 mm.

8 предлагаемом аппарате помимо того, что он более компактный, т.к. вмонтирован пучок трубок, процесс течени  жидкости турбулентный. Поскольку скорости выше, пограничный слой тоньше, следовательно накопление осадка у фильтрующего сло  меньше. Вследствие этого он меньше забиваетс  осадком и дольше работает, т.е. сокращаетс  врем  на промывку. Кроме того, в этом аппарате в отличие от прототипа на частицы осадка воздействуют центробежные силы, способству  его смещению к выходному отверстию, что способствует очищению поверхности с одной стороны и транспортировке сло  концентрационного уплотнени , т.е. концентрата в готовую фракцию. Очищение фильтрующей поверхности под действием центробежных сил также способствует сокращению времени на промывку.8 of the proposed device, in addition to being more compact, because a tube bundle is mounted; the fluid flow is turbulent. Since the velocities are higher, the boundary layer is thinner, therefore, the accumulation of sediment in the filter layer is less. As a result, it is less clogged by sediment and works longer, i.e. rinsing time is reduced. In addition, in this apparatus, unlike the prototype, centrifugal forces act on the sediment particles, contributing to its displacement to the outlet, which helps to clean the surface on one side and transport the concentration compaction layer, i.e. concentrate in the finished fraction. Cleaning the filter surface under the influence of centrifugal forces also helps to reduce the time for washing.

Что касаетс  известного аппарата это громоздка  металлоемка  конструкци . Экономически неэффективна , т.к. приводитс  во вращение вс  масса с барабанами, включающим фильтрующие элементы, большой обьем жидкости, корпусом и поддоном.As for the known apparatus, this is a cumbersome metal-consuming construction. It is economically inefficient since the whole mass is rotated with drums including filter elements, a large volume of liquid, a housing and a tray.

Конструктивно обусловлены значительные полости с заключающейс  в них жидкостью между фильтрующими элементами, что вызывает образование, так называемых мертвых зон, удаленных от фильтрующей поверхности, поэтому процесс неэффективен , т.к. очевиден проток неочищенной жидкости через канал 34 в фильтрат в поддонSignificant cavities with a liquid enclosed in them between the filtering elements are structurally caused, which causes the formation of so-called dead zones remote from the filtering surface; therefore, the process is inefficient, because the flow of untreated liquid through channel 34 into the filtrate into the pan is obvious

40. Развитие поверхности фильтрации в конструкции по пат.США не представл етс  возможным.40. Development of a filtration surface in the structure of US Pat.

В предлагаемой конструкции потокIn the proposed design, the flow

сырь  разбиваетс  трубками на элементарные струйки. Удельный объем, приход щийс  на единицу фильтрующей поверхности уменьшаетс , поэтому эффективность разделени  увеличиваетс . Концентраци the raw material is broken into tubes into elementary streams. The specific volume per unit of the filtering surface decreases, therefore, the separation efficiency increases. Concentration

фильтрата увеличиваетс  за счет повышени  удельной поверхности, приход щейс  на единицу пропускного объема, причем объем жидкости в известной конструкции по ходу течени  увеличиваетс , т.к. сечение потока увеличиваетс , хот  количество протекающей жидкости сокращаетс  за счет отфильтровывани ; скорость течени  падает относительно фильтрующей поверхности , что снижает скорость смены слоевthe filtrate increases due to an increase in the specific surface area per unit flow volume, and the volume of liquid in the known design increases along the flow, because the cross-section of the flow increases, although the amount of flowing fluid is reduced by filtering; the flow rate decreases relative to the filter surface, which reduces the rate of change of layers

жидкости у поверхности фильтрующей стенки и фильтраци  падает.liquid near the surface of the filter wall and the filtration decreases.

В предлагаемой конструкции с точки зрени  гидродинамики процесс более эффективный . Скорость течени  по длинеIn the proposed design from the point of view of hydrodynamics, the process is more efficient. Length flow rate

трубки возрастает, поэтому скорость фильтрации не падает, а возрастает.tube increases, so the filtration rate does not fall, but increases.

Кроме того, в предлагаемой конструкции можно разместить больше фильтрующей поверхности в единице объемаIn addition, the proposed design can accommodate more filter surface per unit volume

аппарата, т.е. получить более компактный аппарат.apparatus, i.e. get a more compact device.

Claims (1)

Формула изобретени  Устройство дл  разделени  многокомпонентной смеси, включающее вращающийс  коллектор с радиальными каналами дл  подачи фильтруемой жидкости на фильтрующую поверхность, размещенную между коллектором и барабаном, вращающимис  одновременно с коллектором,SUMMARY OF THE INVENTION A device for separating a multicomponent mixture, comprising a rotary collector with radial channels for supplying a filtered fluid to a filter surface disposed between the collector and a drum rotating simultaneously with the collector; сборник фильтрата и сборник осадка, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности процесса разделени  за счет исключени  мертвых зон фильтрующей поверхности, фильтрующа filtrate collector and sediment collector, characterized in that, in order to increase the efficiency of the separation process by eliminating the dead zones of the filtering surface, the filtering поверхность выполнена в виде капилл рных конических трубок, большим диаметром сообщающихс  с отверсти ми коллектора, концы трубок с меньшим диаметром изогнуты в сторону вращени  барабана по спирали Архимеда и подсоединены к выполненным на поверхности барабана сквозным отверсти м, устройство снабжено охватывающим барабан кожухом с перегородкой , а барабан - установленными наthe surface is made in the form of conical conical tubes with a large diameter communicating with the holes of the collector, the ends of the pipes with a smaller diameter are bent in the direction of rotation of the drum in a spiral of Archimedes and connected to through holes made on the surface of the drum, the device is equipped with a casing enclosing the drum with a partition, and drum - mounted on нижней .его части параллельно с зазором обечайками, при этом перегородка расположена в зазоре и раздел ет кожух на сборник фильтрата и сборник осадка.the lower part of it in parallel with the gap by the shells, while the partition is located in the gap and separates the casing into the filtrate collector and sediment collector. .г.g р(/гЗp (/ gZ