RU2050939C1

RU2050939C1 - Device for centrifugal separation of liquid and solid phases

Info

Publication number: RU2050939C1
Authority: RU
Inventors: А.В. Долгов; А.А. Арнольд; А.Ю. Шустров; Ю.А. Маценко
Original assignee: Научно-производственная фирма "Адро Лтд"
Priority date: 1992-02-17
Filing date: 1992-02-17
Publication date: 1995-12-27

Abstract

FIELD: separation of materials. SUBSTANCE: device has sleeve 5 mounted on shaft 6 and filtering unit mounted on shaft 4. The filtering unit is constructed as inlet disk 1 and outlet disk 2 rigidly interconnected by way of fastening members 3 made up as spiral guides. The filtering unit is enclosed by sleeve 5 over periphery. Outlet disk 2 has openings positioned at the same distance from the axis of the filtering unit. The inlet disk has the central opening. EFFECT: enhanced efficiency. 8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к процессам отделения твердых частиц от жидкой фазы, таким как рафинирование расплавов или отделение шламов от растворов. The invention relates to metallurgy, in particular to processes for separating solid particles from a liquid phase, such as refining melts or separating sludge from solutions.

Проблема эффективного разделения твердой и жидкой фаз имеет важное значение как в пиро- так и в гидрометаллургии. В пирометаллургии необходимость разделения фаз, в первую очередь, относится к процессам рафинирования, когда необходимо отделить от расплава твердые нерастворимые частицы. В гидрометаллургии процессы разделения фаз сопутствуют практически всем переделам. The problem of efficient separation of solid and liquid phases is important in both pyro- and hydrometallurgy. In pyrometallurgy, the necessity of phase separation primarily relates to refining processes, when it is necessary to separate solid insoluble particles from the melt. In hydrometallurgy, phase separation processes accompany almost all redistributions.

Известно фильтрующее устройство для рафинирования расплавленного металла, состоящее из полого фильтрующего барабана, установленного над ним подающего желоба и приемного желоба, расположенного внутри фильтрующего барабана [1] Расплав, подвергаемый рафинированию, по подающему желобу из плавильного агрегата подается на фильтрующий барабан, на котором очищается от примесей и попадает на приемный желоб. Фильтр-остатки, задержавшиеся на фильтрующем барабане, удаляются с последнего при его вращении специальным устройством. A filtering device for refining molten metal is known, consisting of a hollow filter drum, a supply chute installed above it and a receiving chute located inside the filter drum [1] The melt subjected to refining is fed through the feed chute from the smelting unit to the filter drum, on which it is cleaned of impurities and enters the receiving chute. Filter residues that linger on the filter drum are removed from the latter when it is rotated by a special device.

Недостатками данного устройства являются низкая скорость процесса, высокое содержание металлической составляющей в фильтр-остатках. Кроме того, высока вероятность пролива расплавленного металла мимо приемного желоба. The disadvantages of this device are the low speed of the process, the high content of the metal component in the filter residues. In addition, there is a high likelihood of molten metal spilling past the inlet chute.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является устройство для разделения суспензий, включающее корпус, перфорированный стакан, фильтрующий узел на валу, состоящий из двух элементов в виде дисков, жестко закрепленных между собой с зазором, имеющих на внешних сторонах лопатки, патрубок ввода суспензии, расположенный внутри вала выше плоскости нижнего элемента, и патрубок вывода жидкой фазы [2] Суспензия по патрубку ввода суспензии подается в полость фильтрующего узла, проходит между дисками, очищаясь от взвеси на перфорированном стакане, и выходит из корпуса по патрубку вывода жидкой фазы. The closest to the invention in technical essence and the achieved results is a device for separating suspensions, including a housing, a perforated cup, a filter unit on the shaft, consisting of two elements in the form of disks, rigidly fixed to each other with a gap, having on the outer sides of the blade, the input pipe suspension located inside the shaft above the plane of the lower element, and the outlet pipe of the liquid phase [2] Suspension through the inlet pipe of the suspension is fed into the cavity of the filter unit, passes between the disks, cleaning moving away from the suspension on a perforated glass, and leaves the housing through the nozzle of the output of the liquid phase.

Недостатком такого устройства является низкая скорость фильтрации вследствие создания на обечайке плотного намывного слоя, а также низкая эффективность процесса разделения из-за возможного проскока частиц взвеси сквозь пористый стакан. The disadvantage of this device is the low filtration rate due to the creation of a dense alluvial layer on the shell, as well as the low efficiency of the separation process due to the possible breakthrough of suspended particles through a porous glass.

Цель изобретения повышение скорости и эффективности процесса разделения. The purpose of the invention is to increase the speed and efficiency of the separation process.

Цель достигается тем, что устройство для центробежного разделения твердой и жидкой фаз, содержащее стакан и фильтрующий узел на валу, состоящий из двух элементов в виде дисков, жестко соединенных между собой крепежом для образования полости фильтрующего узла, когда один из элементов закреплен на валу, дополнительно имеет наружный вал, установленный коаксиально имеющемуся, с возможностью веpтикального перемещения относительно друг друга. Стакан выполнен в виде цельного цилиндра, охватывающего с зазором по периметру фильтрующий узел, причем на одном валу закреплен стакан, а на другом фильтрующий узел. Входной элемент фильтрующего узла выполнен в виде диска, а выходной в виде диска с отверстиями, расположенными на равном расстоянии от оси фильтрующего узла. Отношение толщин элементов фильтрующего узла на периферийной части к зазору между стаканом и фильтрующими элементами составляет 0,7-3,5. В случае фильтрации расплавов полость фильтрующего узла расширяется к периферии с углом расширения в 3-30^о. В случае фильтрации растворов полость фильтрующего узла сужается к периферии с углом сужения в 3-30^о. Входной элемент имеет либо одно отверстие по центру диска, либо ряд отверстий, расположенных на равном расстоянии от оси фильтрующего узла. Расстояние, на котором расположены отверстия выходного элемента, больше расстояния, на котором расположены отверстия входного элемента, либо диаметра отверстия по центру диска в 1,05-1,4 раза. Суммарная площадь отверстий выходного элемента фильтрующего узла больше суммарной площади отверстий входного элемента в 1,05-1,3 раза. Крепеж между элементами фильтрующего узла выполнен в виде спиральных направляющих.The goal is achieved in that a device for centrifugal separation of solid and liquid phases, containing a glass and a filter unit on the shaft, consisting of two elements in the form of disks, rigidly interconnected by fasteners to form a cavity of the filter unit, when one of the elements is mounted on the shaft, additionally has an external shaft mounted coaxially to the existing one, with the possibility of vertical movement relative to each other. The glass is made in the form of a solid cylinder, covering the filter assembly with a gap around the perimeter, with a glass mounted on one shaft and a filter assembly on the other. The input element of the filtering unit is made in the form of a disk, and the output element in the form of a disk with holes located at an equal distance from the axis of the filtering unit. The ratio of the thicknesses of the elements of the filter unit on the peripheral part to the gap between the glass and the filter elements is 0.7-3.5. In the case of filtering melts cavity filter assembly expanded to the periphery with the expansion angle of ^about 3-30. In the case of filtration of solutions of the filter assembly cavity tapers narrowing towards the periphery with an angle of ^about 3-30. The input element has either one hole in the center of the disk, or a series of holes located at an equal distance from the axis of the filter unit. The distance at which the holes of the output element are located is greater than the distance at which the holes of the input element are located, or the diameter of the hole in the center of the disk is 1.05-1.4 times. The total area of the holes of the output element of the filtering unit is greater than the total area of the holes of the input element by 1.05-1.3 times. The fixture between the elements of the filter assembly is made in the form of spiral guides.

Соотношение между толщинами элементов фильтрующего узла и зазором между элементами и стаканом обусловливается двумя параметрами: выдавливанием фильтр-остатка через зазор и производительностью фильтрующего узла. The ratio between the thicknesses of the elements of the filter unit and the gap between the elements and the glass is determined by two parameters: extruding the filter residue through the gap and the performance of the filter unit.

При соотношении менее 0,7 возможно выдавливание фильтр-остатка. При соотношении более 3,5 резко снижаются производительность фильтрующего узла и эффективность процесса разделения вследствие уменьшения протока жидкости через зазор между элементом и стаканом. With a ratio of less than 0.7, extrusion of the filter residue is possible. With a ratio of more than 3.5, the performance of the filter unit and the efficiency of the separation process are sharply reduced due to a decrease in the fluid flow through the gap between the element and the glass.

Угол изменения полости фильтрующего узла, образованный входным и выходным элементами для различных сред определяется по-разному. При использовании устройства для разделения расплавленных сред полость фильтрующего узла расширяется к периферии для того, чтобы повысить производительность устройства за счет увеличения скорости протока расплава через фильтрующий узел, а кроме того, расширение полости фильтрующего узла к периферии облегчает разгрузку фильтрующего узла. Угол расширения менее 3^о приводит к зарастанию полости фильтрующего узла фильтр-остатками. При угле расширения более 30^о значительно увеличиваются размеры и масса устройства без увеличения его производительности.The angle of change of the cavity of the filter assembly formed by the input and output elements for different media is determined differently. When using a device for separating molten media, the cavity of the filter unit expands to the periphery in order to increase the productivity of the device by increasing the flow rate of the melt through the filter unit, and in addition, the expansion of the cavity of the filter unit to the periphery facilitates the unloading of the filter unit. An expansion angle of less than 3 ^about leads to overgrowth of the cavity of the filtering unit with filter residues. At an angle 30 ^of expansion is significantly increased size and weight of the apparatus without increasing its productivity.

В случае использования устройства на водных суспензиях полость фильтрующего узла должна сужаться к периферии для того, чтобы повысить эффективность разделения за счет более полного отделения жидкости от твердого осадка при отжиме. Угол сужения менее 3^о не позволит повысить степень разделения фаз. При угле более 30^о резко снижается производительность фильтрующего узла без существенного улучшения эффективности разделения.In the case of using the device on aqueous suspensions, the cavity of the filter unit should narrow to the periphery in order to increase the separation efficiency due to a more complete separation of the liquid from the solid precipitate during extraction. A narrowing angle of less than 3 ^about will not allow to increase the degree of phase separation. At an angle ^of more than 30 drops sharply filter assembly performance without significantly improve the separation efficiency.

Для создания направленного потока жидкой фазы через полость фильтрующего узла расстояние от оси для отверстий в выходном элементе фильтрующего узла должно быть больше аналогичного расстояния для отверстий во входном элементе. To create a directed flow of the liquid phase through the cavity of the filter unit, the distance from the axis for the holes in the output element of the filter unit must be greater than the same distance for the holes in the input element.

При соотношении данных расстояний менее 1,05 переток жидкости через полость устройства не обеспечивается, что снижает производительность последнего. При соотношении же более 1,4 существенно уменьшается объем полости фильтрующего узла, который мог быть заполнен фильтр-остатком. Вследствие этого возникает необходимость чаще производить выгрузку фильтр-остатка из устройства, что снижает его общую производительность. When the ratio of these distances is less than 1.05 fluid flow through the cavity of the device is not provided, which reduces the performance of the latter. When the ratio is more than 1.4, the volume of the cavity of the filtering unit, which could be filled with filter residue, is significantly reduced. As a result, there is a need to more often unload the filter residue from the device, which reduces its overall performance.

На фиг. 1 и 3 представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3. In FIG. 1 and 3 show the proposed device; figure 2 section aa in figure 1; in Fig.4 a section bB in Fig.3.

Устройство содержит фильтрующий узел, содержащий входной 1 и выходной 2 элементы, жестко соединенные между собой крепежом 3 и установленные на валу 4. Входной элемент 1 фильтрующего узла имеет форму кольца с образованием зазора между элементом 2 и валом 4 (фиг.1) или же форму диска с рядом отверстий (фиг.2), которые служат заборными окнами фильтрующего узла. Центральное отверстие или расстояние ряда отверстий от оси входного элемента 1 имеет размер d. Выходной элемент 2 фильтрующего узла жестко закреплен на валу 4 и имеет ряд отверстий, расположенных на расстоянии D от оси вращения. Крепеж 3 имеет форму спирально расположенных ребер и жестко фиксирует взаимное расположение входного 1 и выходного 2 элементов фильтрующего узла. Соотношение расстояний d и D находится в пределах 1,05-1,4. Угол изменения полости фильтрующего узла находится в пределах 3-30^о. По периметру элементов 1 и 2 фильтрующего узла располагается цельный стакан 5, размеры которого подобраны таким образом, чтобы соотношение толщины элементов 1 и 2 [L] и расстояния между элементом и стаканом 5 [S] находилось в пределах 0,7-3,5. Стакан закреплен на наружном валу 6, причем валы 4 и 6 имеют возможность осевого перемещения относительно друг друга.The device contains a filter assembly that contains the input 1 and output 2 elements rigidly connected to each other by fasteners 3 and mounted on the shaft 4. The input element 1 of the filter assembly has a ring shape with the formation of a gap between the element 2 and the shaft 4 (Fig. 1) or a disk with a number of holes (figure 2), which serve as intake windows of the filter unit. The central hole or the distance of a series of holes from the axis of the input element 1 has a dimension d. The output element 2 of the filter assembly is rigidly fixed to the shaft 4 and has a number of holes located at a distance D from the axis of rotation. The fixture 3 has the form of spirally located ribs and rigidly fixes the relative position of the input 1 and output 2 elements of the filter assembly. The ratio of the distances d and D is in the range of 1.05-1.4. The angle of change of the cavity of the filter unit is within 3-30 ^about . Along the perimeter of elements 1 and 2 of the filter assembly, there is an integral cup 5, the dimensions of which are selected so that the ratio of the thickness of the elements 1 and 2 [L] and the distance between the element and the cup 5 [S] is in the range of 0.7-3.5. The glass is mounted on the outer shaft 6, and the shafts 4 and 6 have the possibility of axial movement relative to each other.

Устройство для центробежного разделения твердой и жидкой фаз работает следующим образом. A device for centrifugal separation of solid and liquid phases works as follows.

Фильтрующий узел, состоящий из входного 1 и выходного 2 элементов, с перекрывающим щель между элементами фильтрующего узла стаканом 5 опускается в объем перерабатываемого материала и приводится во вращение. Поступающая жидкая фаза, имеющая взвешенные твердые частицы, заполняет объем фильтрующего узла устройства и под действием центробежной силы выходит из полости фильтрующего узла через отверстия выходного элемента 2, а также через щели между элементами 1, 2 и стаканом 5. Твердые включения задерживаются в полости фильтрующего узла, образуя тем самым намывной фильтрующий слой, задерживающий вновь поступающие твердые частицы. После того, как полость фильтрующего узла заполнится фильтр-остатками из задержанных твердых частиц, устройство выводится из объема перерабатываемого материала и путем ускоренного вращения отжимается от оставшейся в полости фильтрующего узла жидкости. При сдвигании стакана 5 в вертикальном направлении щель между элементами 1 и 2 фильтрующего узла открывается, и фильтр-остатки под действием центробежной силы выгружается из устройства. Стакан 5 возвращается в исходное положение, и устройство вновь готово к работе. The filtering unit, consisting of input 1 and output 2 elements, with a glass 5 covering the gap between the elements of the filtering unit, is lowered into the volume of the processed material and rotated. The incoming liquid phase having suspended solids fills the volume of the filter unit of the device and, under the action of centrifugal force, leaves the cavity of the filter unit through the openings of the output element 2, as well as through the gaps between the elements 1, 2 and the glass 5. Solid inclusions are retained in the cavity of the filter unit , thereby forming an alluvial filtering layer, delaying newly arriving solid particles. After the cavity of the filter unit is filled with filter residues from the trapped solid particles, the device is removed from the volume of the processed material and by accelerated rotation is squeezed from the remaining liquid in the cavity of the filter unit. When the cup 5 is shifted in the vertical direction, the gap between the elements 1 and 2 of the filter assembly opens, and the filter residues are discharged from the device under the action of centrifugal force. The glass 5 is returned to its original position, and the device is again ready for use.

П р и м е р конкретного исполнения устройства для центробежного разделения твердой и жидкой фаз. Представленное на фиг.1 устройство предназначено для рафинирования расплавов легкоплавких цветных металлов, а на фиг.2 для разделения суспензий на водной основе. Example of a specific embodiment of a device for centrifugal separation of solid and liquid phases. Presented in figure 1, the device is intended for refining melts of low-melting non-ferrous metals, and in figure 2 for the separation of suspensions on a water basis.

Claims

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ, включающее фильтрующий узел, выполненный в виде входного и выходного дисков, один из которых закреплен на валу, входной диск выполнен с центральным отверстием, а сами диски жестко соединены между собой крепежом для образования полости фильтрующего узла, и стакан, охватывающий с зазором по периметру фильтрующий узел, отличающееся тем, что дополнительно имеет наружный вал, установленный коаксиально основному с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга, стакан выполнен в виде цельного цилиндра, охватывающего с зазором по периметру фильтрующий узел, причем на одном валу закреплен стакан, а на другом валу фильтрующий узел, выходной диск выполнен с отверстиями, расположенными на равном расстоянии от оси фильтрующего узла. 1. DEVICE FOR CENTRIFUGAL SEPARATION OF SOLID AND LIQUID PHASES, including a filter assembly made in the form of input and output disks, one of which is mounted on the shaft, the input disk is made with a central hole, and the disks themselves are rigidly interconnected with fasteners to form the cavity of the filter assembly , and a glass, covering with a gap around the perimeter of the filter unit, characterized in that it further has an outer shaft mounted coaxially with the main one with the possibility of vertical movement relative to each other, TACAN formed as a solid cylinder, enclosing a gap around the perimeter of the filter assembly, and on the same shaft is fixed a glass and the other filter assembly shaft, an output disk provided with holes arranged at an equal distance from the axis of the filter assembly.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение толщин элементов фильтрующего узла на периферийной части к зазору между стаканом и фильтрующими элементами составляет 0,7 3,5. 2. The device according to claim 1, characterized in that the ratio of the thicknesses of the elements of the filter unit on the peripheral part to the gap between the glass and the filter elements is 0.7 to 3.5.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в случае фильтрации расплавов полость фильтрующего узла выполнена расширяющейся к периферии с углом расширения 3 30^o.3. The device according to claim 1, characterized in that in the case of filtering the melts, the cavity of the filter unit is made expanding to the periphery with an expansion angle of 3 30 ^o .

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в случае фильтрации растворов полость фильтрующего узла выполнена сужающейся к периферии с углом сужения 3 30^o.4. The device according to claim 1, characterized in that in the case of filtering the solutions, the cavity of the filter assembly is made tapering to the periphery with a narrowing angle of 3 30 ^o .

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входной элемент выполнен с рядом отверстий, расположенных на равном расстоянии от оси фильтрующего узла. 5. The device according to claim 1, characterized in that the input element is made with a number of holes located at an equal distance from the axis of the filter unit.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние, на котором расположены отверстия выходного элемента, больше расстояния, на котором расположены отверстия входного элемента, либо диаметра отверстия по центру диска в 1,05 1,4 раза. 6. The device according to claim 1, characterized in that the distance at which the holes of the output element are located is greater than the distance at which the holes of the input element are located, or the diameter of the hole in the center of the disk is 1.05 1.4 times.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что суммарная площадь отверстий выходного элемента фильтрующего узла больще суммарной площади отверстий входного элемента в 1,05 1,3 раза. 7. The device according to claim 5, characterized in that the total area of the holes of the output element of the filtering unit is 1.05 and 1.3 times greater than the total area of the holes of the input element.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крепеж между элементами фильтрующего узла выполнен в виде спиральных направляющих. 8. The device according to claim 1, characterized in that the fastener between the elements of the filtering unit is made in the form of spiral guides.