RU2188080C1 - Centrifuge "centrograph" for separation of multi-component liquid medium - Google Patents

Abstract

FIELD: equipment for separation of multi-component media in field of action of centrifugal and vortex lifting forces. SUBSTANCE: proposed centrifuge includes housing with cylindrical and conical rotor mounted inside and provided with base and cover; membrane filters are mounted immovably inside rotor; filters are provided with branch pipes for discharge of filtrate and light fraction. Device for discharge of heavy fraction from separation zone is located in base of rotor and device for supply of medium to separation zone is located under its cover. Medium supply device has immovable main feed pipe located coaxially relative to rotor in its lower portion, hollow revolving cylindrical and conical fairing secured to rotor cover, additional feed pipe and chamber with pressure disk on rotor cover; this chamber is communicated with cavity of fairing and with main feed pipe. Centrifuge is provided with unit for magnetic treatment of medium made in form of cylindrical cartridge with magnet inside it. EFFECT: enhanced efficiency of separation; increased productivity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для разделения многокомпонентных жидких сред в поле действия центробежных и вихревых подъемных сил и может быть использовано в пищевой, микробиологической, нефтехимической, фармацевтической и других отраслях промышленности. The invention relates to equipment for the separation of multicomponent liquid media in the field of action of centrifugal and vortex lifting forces and can be used in food, microbiological, petrochemical, pharmaceutical and other industries.

Известна центрифуга для разделения многокомпонентной жидкой среды, содержащая корпус с патрубками подвода суспензии и отвода фильтрата и осадка, установленный на вертикальном валу конусообразный ротор с днищем и крышкой и размещенный внутри него на днище цилиндрический мембранный фильтр с расположенным на его торце диском, снабженный электромагнитным устройством для регенерации фильтрующей поверхности (SU 1611449 А1, В 04 В 1/10, 07.12.90). A known centrifuge for separating a multicomponent liquid medium, comprising a housing with nozzles for supplying a suspension and removing filtrate and sediment, a conical rotor with a bottom and a cover mounted on a vertical shaft and a cylindrical membrane filter located on the bottom with a disk located at its end, equipped with an electromagnetic device for regeneration of the filtering surface (SU 1611449 A1, 04 V 1/10, 12/07/90).

Недостаток этой центрифуги заключается в том, что она обеспечивает разделение среды лишь на две фракции и в ней невозможна саморегенерация мембранного фильтра. Наличие электромагнитного устройства усложняет ее конструкцию. The disadvantage of this centrifuge is that it provides a separation of the medium into only two fractions and self-regeneration of the membrane filter is impossible in it. The presence of an electromagnetic device complicates its design.

Ближайшим техническим решением к предложенному является центрифуга для разделения многокомпонентной жидкой среды, включающая корпус, установленный в нем вертикально на валу цилиндроконический ротор с основанием и крышкой, размещенные неподвижно внутри ротора мембранные фильтры с патрубками отвода фильтрата и легкой фракции, расположенное в основании ротора средство отвода из зоны разделения тяжелой фракции, а под его крышкой - средство подачи среды в зону разделения и устройство подвода среды в ротор, содержащее неподвижную питающую трубу, расположенную соосно с ротором в его нижней части, и прикрепленный к крышке ротора полый вращающийся цилиндроконический обтекатель, нижний торец которого размещен с зазором в выпускном отверстии питающей тpyбы (RU 2155102 С1, В 04 В 1/10, 27.08.2000). The closest technical solution to the proposed one is a centrifuge for separating a multicomponent liquid medium, including a housing, a cylindrical-rotor rotor with a base and a cover mounted vertically on the shaft, membrane filters with filtrate discharge tubes and a light fraction located stationary inside the rotor, and a discharge means located at the rotor base the separation zone of the heavy fraction, and under its cover is a means of supplying the medium to the separation zone and a device for supplying the medium to the rotor containing a stationary supply a pipe located coaxially with the rotor in its lower part and a hollow rotating cylindrical conical fairing attached to the rotor cover, the lower end of which is placed with a gap in the outlet of the supply pipe (RU 2155102 C1, 04 V 1/10, 08.27.2000).

Недостатком известной центрифуги является то, что при разделении тонкодисперсных сред и выделении растворенных веществ из жидкости необходимы мембраны с размером пор от 0,05 ммк до 0,5 ммк. При их использовании производительность центрифуги значительно снижается. A disadvantage of the known centrifuge is that when separating finely dispersed media and isolating dissolved substances from a liquid, membranes with pore sizes from 0.05 mmk to 0.5 mmk are necessary. When using them, the performance of the centrifuge is significantly reduced.

Технический результат изобретения заключается в повышении степени разделения многокомпонентных жидких сред путем выделения как тонкодисперсных компонентов, так и растворенных веществ в жидкости при обеспечении высокой производительности центрифуги. The technical result of the invention is to increase the degree of separation of multicomponent liquid media by separating both finely dispersed components and dissolved substances in a liquid while ensuring high performance centrifuges.

Для достижения этого результата в предложенной центрифуге для разделения многокомпонентной жидкой среды, включающей корпус, установленный в нем вертикально на валу цилиндроконический ротор с основанием и крышкой, размещенные неподвижно внутри ротора мембранные фильтры с патрубками отвода фильтрата и легкой фракции, расположенное в основании ротора средство отвода из зоны разделения тяжелой фракции, а под его крышкой - средство подачи среды в зону разделения и устройство подвода среды в ротор, содержащее неподвижную питающую трубу, расположенную соосно с ротором в его нижней части, и прикрепленный к крышке ротора полый вращающийся цилиндроконический обтекатель, нижний торец которого размещен с зазором в выпускном отверстии питающей трубы, указанное устройство снабжено установленной на корпусе центрифуги дополнительной питающей трубой, выходной участок которой расположен внутри обтекателя соосно с основной питающей трубой, и размещенной на крышке ротора камерой с напорным диском, сообщающейся с полостью обтекателя и основной питающей трубой при помощи системы трубопроводов, расположенных в корпусе центрифуги. Она снабжена средством магнитной обработки поступающей среды, представляющим собой цилиндрический патрон с магнитом внутри него, прикрепленный к нижнему торцу обтекателя для совместного вращения. To achieve this result, in the proposed centrifuge for separating a multicomponent liquid medium, including a housing, a cylindrical-conical rotor with a base and a cover mounted vertically on the shaft, membrane filters with filtrate discharge tubes and light fractions fixed inside the rotor located at the rotor base; the separation zone of the heavy fraction, and under its cover, means for supplying the medium to the separation zone and a device for supplying the medium to the rotor containing the stationary supply pipe, laid coaxially with the rotor in its lower part, and a hollow rotating cylindrical conical fairing attached to the rotor cover, the lower end of which is placed with a gap in the outlet of the supply pipe, this device is equipped with an additional supply pipe mounted on the centrifuge housing, the outlet section of which is located coaxially with the inside of the fairing the main supply pipe, and a chamber with a pressure disk placed on the rotor cover, communicating with the fairing cavity and the main supply pipe using the pipe system pipelines located in the centrifuge body. It is equipped with a means of magnetic processing of the incoming medium, which is a cylindrical cartridge with a magnet inside it, attached to the lower end of the fairing for joint rotation.

Патрон укреплен таким образом, что его верхняя часть расположена с зазором в дополнительной питающей трубе, а нижняя часть - в основной. The cartridge is reinforced in such a way that its upper part is located with a gap in the additional supply pipe, and the lower part is in the main one.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схеметично изображен продольный разрез центрифуги. The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a longitudinal section of a centrifuge.

Центрифуга для разделения многокомпонентной жидкой среды включает корпус 1, установленный в нем вертикально на валу 2 цилиндроконический ротор 3 с основанием 4 и крышкой 5, размещенные неподвижно внутри ротора мембранные фильтры 6 и 7, расположенное в основании ротора средство отвода из зоны разделения тяжелой фракции, состоящее из напорного диска 8 и патрубка 9, а под крышкой ротора - средство подачи среды в зону разделения, состоящее из камеры 10 и размещенного в ней напорного диска 11, и устройство подвода среды в ротор, содержащее основную неподвижную питающую трубу 12, расположенную соосно с ротором в его нижней части, прикрепленный к крышке ротора полый вращающийся цилиндроконический обтекатель 13, нижний торец которого размещен с зазором в выпускном отверстии 14 основной питающей трубы, установленную на корпусе центрифуги дополнительную питающую трубу 15, выходной участок которой расположен внутри обтекателя соосно с основной питающей трубой, и размещенную на крышке ротора камеру 16 с напорным диском 17, сообщающуюся с полостью обтекателя и основной питающей трубой при помощи системы трубопроводов 18, расположенных в корпусе 1. К нижнему торцу трубы 15 и к напорному диску 17 прикреплена цилиндроконическая обечайка 19, образующая со стенкой обтекателя внутри него зазоры для протока поступающей среды в камеру 16. Центрифуга снабжена средством магнитной обработки поступающей среды, представляющим собой патрон 20 с постоянным магнитом 21 внутри него, прикрепленный к нижнему торцу обтекателя для совместного вращения. Патрон 20 укреплен таким образом, что его верхняя часть 22 расположена с зазором 23 в дополнительной питающей трубе 15, а нижняя часть с зазором 24 - в основной питающей трубе 12. A centrifuge for separating a multicomponent liquid medium includes a housing 1, a cylindrical rotor 3 with a base 4 and a cover 5 mounted vertically on the shaft 2 thereon, membrane filters 6 and 7 located stationary inside the rotor, and a means for removing heavy fraction from the separation zone located at the base of the rotor, consisting of from a pressure disk 8 and a pipe 9, and under the rotor cover, a medium supply medium to the separation zone, consisting of a chamber 10 and a pressure disk 11 located therein, and a medium supply medium to the rotor containing the main a movable feed pipe 12 located coaxially with the rotor in its lower part, a hollow rotating cylindrical conical fairing 13 attached to the rotor cover, the lower end of which is placed with a gap in the outlet 14 of the main feed pipe, an additional feed pipe 15 mounted on the centrifuge body, the outlet portion of which located inside the fairing coaxially with the main supply pipe, and a chamber 16 located on the rotor cover with a pressure disk 17 communicating with the fairing cavity and the main supply pipe with piping systems 18 located in the housing 1. A cylindrical conical shell 19 is attached to the lower end of the pipe 15 and to the pressure disk 17, forming gaps with a fairing wall inside it for the flow of the incoming medium into the chamber 16. The centrifuge is equipped with a magnetic processing means of the incoming medium, which is a cartridge 20 with a permanent magnet 21 inside it, attached to the lower end of the fairing for joint rotation. The cartridge 20 is strengthened so that its upper part 22 is located with a gap 23 in the additional supply pipe 15, and the lower part with a gap 24 is in the main supply pipe 12.

Мембранный фильтр 6 содержит цилиндрическую обечайку 25 и цилиндроконическую обечайку 26, выполненные из мембран и образующие камеру 27 сбора и отвода фильтрата через каналы 28 в днище. Обечайка 25 образует кольцевой зазор 29 с цилиндрической стенкой ротора, а обечайка 26 - кольцевой зазор 43 со стенкой обтекателя 13. The membrane filter 6 contains a cylindrical shell 25 and a cylindrical conical shell 26 made of membranes and forming a chamber 27 for collecting and discharging the filtrate through channels 28 in the bottom. The shell 25 forms an annular gap 29 with a cylindrical wall of the rotor, and the shell 26 forms an annular gap 43 with the wall of the fairing 13.

Мембранный фильтр 7 представляет собой цилиндроконическую камеру 31 с мембранными стенками 32 и 33, образующими со стенками ротора и мебранного фильтра 6 зазоры 34, 35 и 36 для протока и отвода легкой фракции в патрубок 37, расположенный концентрично питающей трубе 12, и в канал 38 напорного диска 8, соединенного с патрубком 9 отвода тяжелой фракции. На напорном диске 11 в камере 10 установлен фильтроэлемент 39 с образованием полости 40 для отвода части отфильтрованной жидкой фракции из разделяемой среды, сообщенной посредством каналов 41 с камерой 27 и каналов 28 с патрубком 42. The membrane filter 7 is a cylindrical conical chamber 31 with membrane walls 32 and 33, forming with the walls of the rotor and furniture filter 6 the gaps 34, 35 and 36 for the flow and removal of the light fraction into the pipe 37 located concentrically to the supply pipe 12, and into the pressure channel 38 a disk 8 connected to a pipe 9 of the removal of the heavy fraction. A filter element 39 is mounted on the pressure disk 11 in the chamber 10 with the formation of a cavity 40 for removing a portion of the filtered liquid fraction from the shared medium communicated through channels 41 with the chamber 27 and channels 28 with the pipe 42.

Центрифуга работает следующим образом. The centrifuge operates as follows.

Многокомпонентная жидкая среда по дополнительной питающей трубе 15 поступает в зазор 23. При вращении патрона 20 с постоянным магнитом 21 поток среды в указанном зазоре приобретает вихревое движение и на него воздействует вращающееся магнитное поле. При воздействии последнего и вихревом характере движения потока диспергированные и растворенные в среде компоненты коагулируют. После магнитной обработки среда движется по зазору 30 в камеру 16 и из нее напорным диском 17 отводится в трубопроводы 18, расположенные в корпусе 1, и в основную питающую трубу 12. При движении среды по зазору 24 на нее повторно воздействует вращающееся магнитное поле, что повышает эффективность процессов, протекающих при магнитной обработке. The multicomponent liquid medium enters the gap 23 through an additional feed pipe 23. During rotation of the cartridge 20 with a permanent magnet 21, the flow of medium in the specified gap acquires a vortex motion and a rotating magnetic field acts on it. Under the influence of the latter and the vortex nature of the flow motion, the components dispersed and dissolved in the medium coagulate. After magnetic processing, the medium moves through the gap 30 into the chamber 16 and from it is discharged by the pressure disk 17 into the pipelines 18 located in the housing 1 and into the main supply pipe 12. When the medium moves through the gap 24, a rotating magnetic field repeatedly acts on it, which increases the efficiency of processes occurring during magnetic processing.

Из питающей трубы 12 разделяемая среда направляется в зазор 43, где при вращении обтекателя 13 в потоке создается вихревое движение и осуществляется предварительная фильтрация среды через мембранную стенку 26 неподвижного мембранного фильтра 6. From the supply pipe 12, the shared medium is sent to the gap 43, where, when the cowl 13 is rotated, a vortex movement is created in the flow and the medium is pre-filtered through the membrane wall 26 of the fixed membrane filter 6.

При протоке среды над фильтроэлементом 39 часть жидкости отфильтровывается и из полости 40 фильтрат через каналы 41 поступает в камеру 27. Основной поток напорным диском 11 подается в зазор 29. Далее при движении среды в зазорах 29, 34 и 35 происходит разделение на фракции под действием центробежной силы и фильтрация среды через мембранные стенки фильтров 6 и 7. Легкая фракция выводится по каналу 36 через патрубок 37. Тяжелая фракция выводится из ротора по каналу 38 напорного диска 8 и патрубок 9. Фильтрат из камеры 27 мембранного фильтра 6 и цилинроконической камеры 31 мембранного фильтра 7 отводится через патрубок 42. В процессе работы центрифуги при врещении ротора в зазорах между поверхностями вращающихся и неподвижных элементов жидкая среда приобретает вихревое движение. Вихри потока и возникающая при этом вихревая подъемная сила не позволяют твердым частицам, содержащимся в разделяемой среде, оседать на поверхности фильтрующих мембран, что обеспечивает их саморегенерацию и эффективную фильтрацию разделяемой среды. Создание вихревых потоков в тонком слое среды, ее магнитная обработка и разделение под действием центробежных сил в роторе обеспечивают эффективную работу центрифуги и позволяют повысить ее производительность. When the medium flows over the filter element 39, a part of the liquid is filtered out and from the cavity 40 the filtrate enters the chamber 27 through the channels 41. The main stream is supplied by the pressure disk 11 to the gap 29. Then, when the medium moves in the gaps 29, 34 and 35, the fractionation occurs under the action of centrifugal forces and filtration of the medium through the membrane walls of filters 6 and 7. The light fraction is discharged through channel 36 through the nozzle 37. The heavy fraction is discharged from the rotor through the channel 38 of the pressure disk 8 and nozzle 9. The filtrate from the chamber 27 of the membrane filter 6 and cylindrical of the chamber 31 of the membrane filter 7 is discharged through the nozzle 42. During the operation of the centrifuge when the rotor crashes in the gaps between the surfaces of the rotating and stationary elements, the liquid medium acquires a vortex motion. The flow vortices and the resulting vortex lifting force do not allow solid particles contained in the shared medium to settle on the surface of the filtering membranes, which ensures their self-regeneration and effective filtration of the shared medium. The creation of vortex flows in a thin layer of the medium, its magnetic processing and separation under the action of centrifugal forces in the rotor ensure the efficient operation of the centrifuge and increase its productivity.

В предложенной центрифуге можно использовать мембраны различной пористости, что позволяет расширить область ее технологического применения и повысить степень разделения среды. In the proposed centrifuge, membranes of different porosity can be used, which allows to expand the scope of its technological application and increase the degree of separation of the medium.

Claims (1)

Центрифуга для разделения многокомпонентной жидкой среды, включающая корпус, установленный в нем вертикально на валу цилиндроконический ротор с основанием и крышкой, размещенные неподвижно внутри ротора мембранные фильтры с патрубками отвода фильтрата и легкой фракции, расположенное в основании ротора средство отвода из зоны разделения тяжелой фракции, а под его крышкой - средство подачи среды в зону разделения, и устройство подвода среды в ротор, содержащее неподвижную питающую трубу, расположенную соосно с ротором в его нижней части, и прикрепленный к крышке ротора полый вращающийся цилиндроконический обтекатель, нижний торец которого размещен с зазором в выпускном отверстии питающей трубы, отличающаяся тем, что указанное устройство снабжено установленной на корпусе центрифуги дополнительной питающей трубой, выходной участок которой расположен внутри обтекателя соосно с основной питающей трубой, и размещенной на крышке ротора камерой с напорным диском, сообщающейся с полостью обтекателя и основной питающей трубой при помощи системы трубопроводов, расположенных в корпусе центрифуги, при этом она снабжена средством магнитной обработки поступающей среды, представляющим собой цилиндрический патрон с магнитом внутри него, прикрепленный к нижнему торцу обтекателя для совместного вращения, причем патрон укреплен таким образом, что его верхняя часть расположена с зазором в дополнительной питающей трубе, а нижняя часть - в основной. A centrifuge for separating a multicomponent liquid medium, including a housing mounted vertically on a shaft with a cylindrical rotor with a base and a cover, membrane filters with filtrate and light fraction discharge nozzles located stationary inside the rotor, means for removing the heavy fraction from the separation zone of the heavy fraction located in the rotor base, and under its cover is a means of supplying the medium to the separation zone, and a device for supplying the medium to the rotor containing a stationary feed pipe located coaxially with the rotor in its lower part, and a hollow rotating cylindrical conical fairing attached to the rotor cover, the lower end of which is placed with a gap in the outlet of the supply pipe, characterized in that the said device is equipped with an additional supply pipe mounted on the centrifuge body, the outlet portion of which is located inside the cowl coaxially with the main supply pipe, and placed on the rotor cover with a chamber with a pressure disk, communicating with the cavity of the fairing and the main feed pipe using a piping system, located in the centrifuge housing, while it is equipped with a means of magnetic processing of the incoming medium, which is a cylindrical cartridge with a magnet inside it, attached to the lower end of the fairing for joint rotation, and the cartridge is strengthened so that its upper part is located with a gap in the additional feed pipe, and the lower part is in the main.