Изобретение относится к химической аппаратуре жидкостной экстракции, в особенности к центробежным экстракторам с транспортирующим устройством. Изобретение позволяет вводить эмульсию в периферийную зону ротора и устраняет переизмельчение эмульсии. Для этого в центробежном экстракторе, содержащем корпус 1 с вводными 7, 8 и выводными 9, 10 патрубками, смесительную камеру 4 с карманами 5 и 6 для сбора разделенных фаз, ротора 3 с мешалкой и устройство 12 для сбора разделенных фаз, ротор 3 с мешалкой и устройство 12 для транспортировки эмульсии, выполненное в виде желобов, размещенных на нижнем торце ротора, желоба выполнены закрытой формы и развернуты под углом к оси вращения в продольной плоскости оси экстрактора, при этом вход эмульсии в желоба расположен на расстоянии, меньшем радиуса перелива легкой фазы, выход - у периферии ротора 3. Желоба могут быть выполнены в виде изогнутых трубок, установленных на нижнем торце ротора 3 с возможностью разворота или в виде каналов во фланце ротора 3. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к химической аппаратуре жидкостной экстракции, в особенности к центробежным экстракторам с транспортирующим устройством.
Известен центробежный экстрактор, включающий смесительную камеру с механической мешалкой, ротор с карманами для сбора разделенных фаз, устройство для транспортировки эмульсии в ротор.
Недостатком является значительная степень погружения устройства для транспортировки в эмульсию, что приводит к попаданию эмульсии в зазор между вращающимся ротором и неподвижным корпусом, а это в свою очередь снижает производительность транспортировки эмульсии из смесительной камеры в ротор (авт. св. СССР N 295565, кл. В 01 D 11/04, 1971).
Недостатками является то, что при работе экстрактора мешалка раскручивая жидкость в камере смешения создает воронку и недостаточное погружение транспортирующего устройства снижает его производительность, а также невозможность ввода эмульсии в периферийную зону ротора для устранения переизмельчения эмульсии.
Наиболее близким к изобретению является центробежный экстрактор (авт. св. СССР N 548291, кл. В 01 D 11/04, 1975), взятый нами за прототип, содержащий корпус с вводными и выводными патрубками, смесительную камеру, карманы сбора разделенных фаз, ротор с мешалкой и транспортирующим устройством, выполненным в виде желобов и размещенных на нижнем торце ротора.
Недостатком является невозможность ввода эмульсии в периферийную зону ротора для устранения мельчения эмульсии, что уменьшает производительность.
Для решения этой проблемы и достижения требуемого технического результата в центробежном экстракторе, включающем корпус с вводными и выводными патрубками, смесительную камеру, карманы сбора разделенных фаз, ротор с мешалкой и транспортирующим устройством, выполненным в виде желобов и размещенных на нижнем торце ротора, причем желоба выполнены закрытой формы, и развернуты под углом к оси вращения в продольной плоскости оси экстрактора, при этом вход эмульсии в желоба расположен на расстоянии меньшем радиуса перелива легкой фазы, а выход у периферии ротора. Желоба могут быть выполнены в виде изогнутых трубок, установленных на торце ротора с возможностью разворота или в виде каналов во фланце ротора.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна".
Для проверки соответствия заявленному требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от признаков прототипа заявленного изобретения, результаты которого показали, что предлагаемое изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию " изобретательский уровень".
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого центробежного экстрактора с транспортирующим устройством в виде изогнутых трубок; на фиг. 2 вид по стрелке А фиг.1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 общий вид экстрактора с исполнением транспортирующего устройства в виде каналов во фланце ротора; на фиг. 5 вид по стрелке А на фиг. 4.
Rл радиус перелива легкой фазы; Rт радиус перелива тяжелой фазы; l расстояние от оси вращения ротора до оси симметрии канала.
Центробежный экстрактор состоит из корпуса 1, привода 2 и ротора 3 с мешалкой 4.
В корпусе 1 размещены смесительная камера 5, карманы 6 и 7 для сбора разделенных фаз, соответственно легкой и тяжелой, вводные патрубки 8 и 9 для подачи исходных растворов и выводные патрубки 10 и 11. Ротор 3 включает камеру 12 разделения, транспортирующее эмульсию устройство 13, отверстия 14 вывода и перелив 15 легкой фазы и отверстия 16 и перелив 17 для вывода тяжелой фазы. Транспортирующее устройство 13 выполнено в виде желобов закрытой формы, причем желоба развернуты под углом к оси вращения в продольной плоскости оси экстрактора, при этом вход эмульсии в желоба Rвх расположен на расстоянии, меньшем радиуса перелива 14 легкой фазы Rл а выход - Rвых находится у периферии ротора.
Транспортирующее устройство 13 может быть выполнено в виде, например, двух, трех или четырех изогнутых трубок 18 (фиг. 1), установленных симметрично на фланце 19 ротора 3 относительно оси его вращения на расстоянии Rвых от нее, с возможностью поворота относительно собственных осей.
Входной конец 20 трубок 18 расположен на расстоянии Rвх, меньшем радиуса перелива 15 легкой фазы (Rл). Противоположный конец 21 трубок 18 проходит через фланец 19 в периферийную зону ротора 3 и имеет упорный и резьбовой конец 22 для крепления трубок 18 гайками 23. Трубки 18 изогнуты для уменьшения сопротивления при захвате эмульсии из камеры смешения 5. Возможность поворота трубок 18 относительно собственных осей позволяет менять радиус входа эмульсии Rвх в трубки, а не жесткое крепление к фланцу 19 позволяет менять их количество.
Транспортирующее устройство 13 также может быть выполнено в виде, например, двух трех или четырех каналов (фиг. 4), высверленных под углом во фланце 19 ротора 3 симметрично относительно оси его вращения на расстоянии l от нее. Вход канала расположен на расстоянии Rвх, меньшем радиуса перелива Rл легкой фазы. Выход канала вскрыт во фланце 19 в периферийной зоне ротора 3. Вход канала заточен для снижения сопротивления при захвате эмульсии из камеры смешения 5.
Экстрактор работает следующим образом.
Исходные растворы по патрубкам 8 и 9 поступают в смесительную камеру 5, в которой перемешиваются. Образовавшаяся эмульсия захватывается транспортирующим устройством 13 и подается в ротор 3. В камере 12 разделения под действием центробежных сил происходит разделение эмульсии на фазы. Легкая фаза располагается ближе к центру и через отверстия 14 поступает в карман 6 вывода легкой фазы, откуда по патрубку 10 самотеком выводится из экстрактора. Тяжелая фаза скапливается на периферии камеры 12 разделения, откуда, через перелив 17 (Rг) и отверстие 16 поступает в карман 7 вывода тяжелой фазы и далее через патрубок 11 выводится из экстрактора.
Предлагаемый экстрактор по сравнению с известным имеет упрощенную конструкцию транспортирующего устройства (как в эксплуатации так и в изготовлении), которая позволяет менять радиус входа эмульсии в ротор и количество трубок, вводить эмульсию в периферийную зону ротора, а все это позволяет расширить универсальность работы экстрактора, устранить переизмельчение эмульсии и увеличить производительность.
На основании вышеизложенного заявитель считает, что предложенное техническое решение отвечает требованию "промышленная применимость".
Формула изобретения
1. Центробежный экстрактор, включающий корпус с вводными и выводными патрубками, смесительную камеру с карманами для сбора разделенных фаз, ротор с мешалкой и устройство для транспортировки эмульсии в ротор, выполненное в виде желобов, размещенных на нижнем торце ротора, отличающийся тем, что желоба выполнены закрытой формы и развернуты под углом к оси вращения в продольной плоскости оси экстрактора, при этом вход эмульсии в желоба расположен на расстоянии меньшем радиуса перелива легкой фазы, а выход у периферии ротора.
2. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что желоба выполнены в виде изогнутых трубок, установленных на нижнем торце ротора с возможностью разворота.
3. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что желоба выполнены в виде каналов во фланце ротора.
Центробежный экстрактор аф (Патент RU 2086288)
Авторы патента:
Филимонов Анатолий Николаевич
Область использования. Изобретение может быть использовано в процессах жидкостной экстракции в системах жидкость-жидкость. Сущность изобретения: центробежный экстрактор АФ содержит кожух, установленный на раме, ротор, внутри которого размещена насадка, выполненная в виде пакета цилиндров с углублениями и щелями для прохода жидкостей, каналы для подвода жидкостей в аппарат, трубы для вывода фаз, диспергаторы, снабженные соплами, зоны сепарации, каналы, камеры, напорные диски. В теле цилиндра, со стороны движения дисперсной фазы, параллельно оси аппарата, на всю высоту цилиндра выполнены углубления, например, пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической и т.д. формы, на глубину, например, 0,5-2,0 мм. В стенке перфораций вертикальных щелей цилиндров выполнены углубления, например, пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической и т.д. формы, на глубину, например, 1-5 мм. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к контактным устройствам и предназначено для проведения процессов массообмена в системах жидкость -жидкость.
Целью изобретения является упрощение изготовления контактных цилиндров за счет создания более технологичной формы углублений и интенсификация процесса массообмена за счет турбулизации движущегося по углублениям цилиндра потока скоалесцированной жидкости.
На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого центробежного экстрактора АФ; на фиг.2 контактный цилиндр для случая, когда углубления в теле цилиндра выполнены с внешней (выпуклой) стороны цилиндра, а сами углубления выполнены пильчатой формы; на фиг.3 контактный цилиндр для случая, когда углубления в теле цилиндра выполнены с внутренней (вогнутой) стороны цилиндра, а сами углубления выполнены пильчатой формы; на фиг.4 - вариант выполнений углублений в теле цилиндра трапецеидальной формы; на фиг.5 вариант выполнения в теле цилиндра углублений параболической формы; на фиг.6 вариант выполнения углублений в теле цилиндра овальной формы; на фиг.7 - выполнение углублений в теле цилиндра эвольвентной формы; на фиг.8 фрагмент контактного цилиндра (аксонометрическое изображение), в стенке перфораций вертикальных щелей выполнены углубления круглой формы; на фиг.9 -пакет цилиндров и фрагмент гидродинамической картины, иллюстрирующий работу аппарата.
Центробежный экстрактор АФ содержит кожух 1, установленный на раме 2, ротор 3, внутри которого размещена насадка, выполненная в виде пакета перфорированных цилиндров 4, 5 с углублениями 6 (в центральной части аппарата углубления в теле цилиндров выполнены с внутренней (вогнутой) стороны цилиндров (фиг.3, 9 в периферийной зоне аппарата углубления в теле цилиндров выполнены с внешней (выпуклой) стороны цилиндров, как это показано на фиг.2 4) для коалесценции капель и щелями 7 для прохода жидкостей, каналы 8 для подвода тяжелой фазы в зону контакта, каналы 9 для подвода легкой фазы в аппарат, трубу 10 для вывода легкой фазы и трубу 11 для вывода тяжелой фазы из аппарата, диспергаторы 12, 13, снабженные соплами 14, 15, зону сепарации 16 для легкой фазы и зону сепарации 17 для тяжелой фазы, каналы 18 для перетока легкой фазы из зоны сепарации в камеру сбора 21 и каналы 19 для перетока тяжелой фазы. В камерах 21 и 22 помещены напорные диски 23, 24 для вывода фаз из аппарата. Ротор приводится во вращение от электродвигателя 25.
Углубления выполнены, например, пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической и т.д. формы на глубину, например, 0,5-2,0 мм; в стенке перфораций вертикальных щелей цилиндров выполнены углубления, например пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической и т.д. формы на глубину, например, 1-5 мм.
В предлагаемом техническом решении углубления в теле цилиндров (пильчатой и т. д. по тексту формулы изобретения, формы) выполнены на всю высоту цилиндра параллельно оси аппарата и могут быть изготовлены (выполнены) на строгальном станке, который значительно производительнее долбежного станка, менее энергоемок и не требуется изготовление специальной оснастки. Таким образом существенно упрощается изготовление контактных цилиндров.
В предлагаемом техническом решении процесс массообмена интенсифицируется не только за счет многократного обновления поверхности контакта фаз на цилиндре, но и за счет турбулизации потока скоалесцированной фазы при ее перетекании из углубления в углубление 6 при движении потока по цилиндру в направлении щелей 7.
Выполнение стенки перфораций вертикальных щелей цилиндров, например, пильчатой (или иной по тексту формулы изобретения, формы) формы на глубину, например, 1-5 мм позволяет равномерно распределить дисперсную фазу по высоте зоны контакта, обеспечить более однородный (по размерам) дисперсионный состав диспергируемой фазы, что положительно влияет на процесс массообмена.
Аппарат работает следующим образом. При вращении ротора тяжелая фаза по трубе 8 подается в диспергатор 12 и через сопла 14 в виде капель и струй поступает в контактную зону аппарата. Под действием поля центробежных сил капли тяжелой фазы движутся в зоне контакта от центра к периферии ротора (см. фиг. 9), взаимодействуя в противоточном движении со сплошным потоком легкой фазы. Достигнув первого цилиндра, ударяются в слой 27 скоалесцированной в углублениях 6 тяжелой фазы. Далее поток скоалесцированной тяжелой фазы, взаимодействуя в пленочном течении со сплошным потоком легкой фазы, движется в направлении щелей 7, частично турбулизируясь при перетекании из углубления в углубление 6. Турбулизация тяжелой фазы при движении ее по углублениям 6 ведет к обновлению поверхности контакта фаз, следовательно, интенсифицируется процесс массообмена.
Достигнув щелей 7 сплошной поток тяжелой фазы дробится на множество струй в углублениях пильчатой (ступенчатой и т.д. по тексту формулы изобретения) формы. При срыве цилиндра это множество струек тяжелой фазы дробится на капли, которые при своем движении от центра к периферии аппарата достигают следующий цилиндр, где весь процесс повторяется. Достигнув уровня раздела фаз 26, капли тяжелой фазы коалесцируют и далее тяжелая фаза уже в виде сплошного потока движется к периферии ротора, противотоком к дисперсной легкой фазе. Пройдя зону сепарации 17, тяжелая фаза по каналам 19 входит в камеру 22 и с помощью напорного диска 24 по трубе 11 выводится из аппарата.
Легкая фаза по трубе 9 подается в камеру 20 приема легкой фазы, откуда распределяется по диспергаторам 13 и через сопла 15 в виде капель и струй выбрасывается в контактную зону аппарата. Под действием центробежного аналога Архимедовой силы вытеснения капли легкой фазы движутся в направлении оси ротора, в противотоке к сплошной (тяжелой) фазе. Достигнув первого на их пути движения контактного цилиндра, капли легкой фазы ударяются в слой скоалесцированной в углублениях 6 (см. фиг.8) легкой фазы. Скоалесцированная легкая фаза, взаимодействуя в пленочном течении со сплошным потоком тяжелой фазы, движется в направлении щелей 6, частично турбулизируясь при перетекании из углубления в углубление 6. Турбулизация легкой фазы при движении ее по углублениям 6 ведет к обновлению поверхности контакта фаз, следовательно, интенсифицируется процесс массообмена. Достигнув щелей 7, сплошной поток легкой фазы дробится на множество струй в углублениях пильчатой (ступенчатой и т. д. по тексту формулы изобретения) формы. При срыве с цилиндра это множество струй легкой фазы дробится на капли, которые при своем движении к центру аппарата достигают следующий цилиндр, где весь процесс повторяется. Достигнув уровня раздела фаз 26, капли легкой фазы коалесцируют, и далее легкая фаза уже в виде сплошного потока движется к центру аппарата, противотоком к дисперсной (тяжелой) фазе. Пройдя зону сепарации 16, легкая фаза по каналам 18 перетекает в камеру 21, откуда с помощью напорного диска 23 по трубе 10 выводится из аппарата.
Интенсификация процесса массобмена в предложенном экстракторе АФ достигается за счет многократного обновления поверхности контакта фаз при "элементарных" актах: массоперенос при диспергировании исходной тяжелой фазы; массоперенос при диспергировании исходной легкой фазы; массоперенос на участке свободного полета капли; массоперенос при ударе капли о выступающие грани углублений 6; массоперенос при ударе капли о поверхность скоалесцированного в углублениях 6 слоя 27 фазы; массоперенос при коалесценции капли в слое 27; массоперенос при двухфазном пленочном течении потока фаз через поверхность раздела; массоперенос за счет обновления поверхности контакта фаз в результате турбулизации скоалесцированной фазы при движении ее по углублениям 6 в направлении щелей 7; массоперенос при делении сплошного потока скоалесцированной на цилиндре фазы на струйки в углублениях 7; массоперенос при струйном течении скоалесцированной фазы по углублениям пильчатой (ступенчатой и т.д. по тексту формулы изобретения) формы; массоперенос при срыве струек с цилиндра и их разрыве на капли; массоперенос при коалесценции капель на уровне раздела фаз 26.
Формула изобретения
1. Центробежный экстрактор, содержащий кожух, приемно-выводное устройство, ротор с насадкой, выполненной из концентрически расположенных перфорированных цилиндров, установленных с зазором друг к другу, отверстия перфораций цилиндров выполнены в виде вертикальных щелей, расположенных в шахматном порядке, отличающийся тем, что он снабжен диспергаторами для одновременного диспергирования легкой и тяжелой фаз, расположенными соответственно на периферии и в центре кожуха, каждая вертикальная щель выполнена по всей высоте цилиндра, при этом в теле цилиндра со стороны движения дисперсной фазы параллельно оси аппарата на всю высоту цилиндра выполнены углубления пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической формы на глубину 0,5 2,0 мм.
2. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что в стенке перфораций вертикальных щелей выполнены углубления пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентой, эллиптической формы на глубину 1 5 мм.
Центробежный экстрактор (РФ № 2393906)
Авторы патента:
Добротворский Виктор Владимирович
Балакин Игорь Михайлович
Изобретение относится к конструкциям центробежных экстракторов для системы жидкость-жидкость, для применения, преимущественно, в радиохимических производствах, однако может быть успешно использовано в химической, нефтехимической, гидрометаллургической, фармацевтической и других отраслях промышленности для очистки и разделения радиоактивных, агрессивных, токсичных, взрывоопасных, пожароопасных и других вредных для здоровья человека и окружающей среды жидкостей.
Известно, что наиболее выгодно и целесообразно применять центробежные экстракторы там, где они имеют решающие преимущества перед другими экстракционными аппаратами, то есть
- для процессов, требующих малого времени контакта фаз из-за разрушающего действия радиоактивности на экстрагент или изменения свойств растворов во времени;
- для процессов, требующих ограничения объема жидкостей, например, из-за ядерной и токсической опасности жидких сред, взрыво- и пожароопасности экстрагента;
- для процессов, в которых используются вязкие и малоотличающиеся по плотности жидкости, склонные к образованию стойких эмульсий;
- для процессов, в которых надо реализовать разницу в скорости экстракции элементов для увеличения их коэффициентов разделения.
Однако при использовании центробежных экстракторов в условиях работы с радиоактивными, агрессивными, токсичными и другими опасными жидкостями возникает проблема обеспечения герметичности экстракторов, а именно их корпусов, где происходит собственно сам массообменный процесс. Осуществление высокоэффективного массообменного процесса разделения контактирующих фаз в центробежном поле требует подведения энергии извне к взаимодействующим в них жидкостям. Для этого необходимо оснащать центробежный экстрактор электродвигателем, приводящим во вращение ротор, расположенный в корпусе экстрактора и обеспечивающий разделение жидкостей. А если разделяемые жидкости являются радиоактивными, агрессивными, токсичными, взрывоопасными и т.д., то требуется дистанционное обслуживание экстракторов, например, с помощью различных манипуляторов или роботов и химически и радиационно-стойких электродвигателей, либо с помощью защитной пробки, в которой размещают стандартный электродвигатель. Однако в этом случае необходимы не только сложные уплотнения подшипникового узла, но и обеспечивающие постоянную герметичность в месте соединения электродвигателя (или вала привода) с ротором экстрактора.
В настоящее время данная задача не решена. При проведении патентных исследований заявителем не были обнаружены технические решения, известные из уровня техники, которые бы обеспечивали абсолютную герметичность центробежных экстракторов, предназначенных для очистки и разделения жидких сред, выход которых из аппарата в окружающее пространство недопустим.
Из изложенного выше следует, что решение указанной задачи имеет большую значимость. Необходимость решения задачи важна и потому, что в настоящее время проводятся большие научно-исследовательские работы по совершенствованию технологии переработки облученного уран-плутониевого топлива с целью его регенерации и приготовления МОХ-топлива для дальнейшего использования его в ядерных реакторах. В этой технологии предусматривается и экстракционный передел. Но так как облученный плутоний не только высокоактивен, но и высокотоксичен, то вопрос создания специальных герметичных центробежных экстракторов является весьма актуальным.
Специалистами ОАО «СвердНИИхиммаш» такой экстрактор создан и является объектом патентной защиты по данному изобретению.
Но сначала рассмотрим и проанализируем аналоги заявляемого центробежного экстрактора.
Известен центробежный экстрактор (см. авт. свид. СССР № 1546096, кл. B01D 11/04, 1987), включающий привод, опору (подшипниковую опору с подшипниками качения, снабженную уплотнением), вал, соединенный с валом привода, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы и крышкой, при этом гидрозатвор выполнен в виде кольца и обечайки, жестко закрепленных, соответственно, на валу и опоре, причем обечайка размещена между кольцом и крышкой ротора. Известный экстрактор «может найти применение в гидрометаллургической, пищевой и других отраслях промышленности для осветления суспензий». При этом конструкция данного экстрактора действительно «позволяет избежать накопления осадка в роторе за счет тщательного поддержания расхода тяжелой фазы на заданном уровне и повысить производительность аппарата».
Однако в радиохимической отрасли промышленности такой реактор не может быть применим, так как с помощью этого экстрактора решить задачу обеспечения герметичности корпуса аппарата и исключения протечек жидких радиоактивных, токсичных, агрессивных и других вредных жидких сред из ротора не удается, так как в его конструкции отсутствуют элементы, предотвращающие эти протечки. Материал уплотнений быстро разрушается под воздействием жидких радиоактивных сред и, особенно, при высоких скоростях вращения ротора центробежного экстрактора, так необходимых для осуществления высокоэффективного массообменного процесса. В конечном результате тяжелая фаза, поступающая в гидрозатвор переливается не только в камеру 3 сбора тяжелой фазы, но и через разрушенное уплотнение протекает в окружающее центробежный экстрактор пространство, что не отвечает требованиям радиационной безопасности и недопустимо в реальных условиях производства.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является известный центробежный экстрактор (см. кн. Кузнецова Г.И., Пушкова А.А., Косогорова А.В. «Центробежные экстракторы ЦЭНТРЭК», РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М., 2000 г., с.47, рис.1.29), принятый в качестве прототипа. Экстрактор содержит привод, опору (подшипниковую опору с подшипниками качения, оснащенную уплотнением), корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы и крышкой.
Данный известный аппарат обладает теми же недостатками, что и предыдущий, так как их конструкции идентичны. Отличия только в том, что поверхности гидрозатвора экстрактора по авт. свид. СССР № 1546096 выполнены коническими, а в техническом решении, принятом за прототип, аналогичные поверхности расположены горизонтально. И так же, как в ранее описанном известном решении уплотнение в месте соединения крышки ротора через подшипники качения с валом привода будет разрушаться под воздействием радиоактивных, агрессивных или токсичных жидкостей и высоких скоростей вращения ротора экстрактора, что обусловит истечение через разрушенное уплотнение в окружающее центробежный экстрактор пространство опасных веществ, что по условиям эксплуатации недопустимо.
Указанные недостатки известных центробежных экстракторов отсутствуют в заявляемом центробежном экстракторе, конструкция которого обеспечивает абсолютную герметичность, что, естественно, исключает протечки из аппарата опасных для человека и окружающей среды жидкостей.
Заявляемый центробежный экстрактор, как и прототип, содержит привод, подшипниковую опору, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы.
Центробежный экстрактор отличается тем, что он снабжен магнитной муфтой, ведущая полумуфта которой закреплена на валу привода, ведомая полумуфта жестко соединена с ротором, и между полумуфтами размещена герметизирующая перегородка-экран, соединенная с корпусом жестко, а с ротором - через один из подшипников скольжения подшипниковой опоры, при этом второй подшипник подшипниковой опоры сопряжен с низом ротора, а полость гидрозатвора сообщена с зазором между герметизирующей перегородкой-экраном и ведомой полумуфтой.
Заявленное изобретение соответствует всем критериям патентоспособности. Оно является новым, так как оно неизвестно из уровня техники (см. описанные выше аналоги).
Изобретение промышленно применимо, так как оно может быть использовано в промышленности. Заявляемое изобретение характеризуется конкретными конструктивными признаками, каждый из которых воспроизводим и не противоречит применению центробежного экстрактора в промышленных условиях. Вся совокупность существенных признаков изобретения и каждый признак в отдельности направлен на достижение ожидаемого технического результата - абсолютной герметичности экстрактора, исключающей протечки опасных жидкостей, участвующих в процессе экстракции.
Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как для специалиста оно явным образом не следует из уровня техники. Более того, в настоящее время существует большая потребность в абсолютно герметичных центробежных экстракторах для переработки накопившегося в радиохимических производствах облученного ядерного топлива, в котором присутствуют уран, плутоний, нептуний, технеций, протечки которого из аппарата категорически недопустимы и по условиям безопасности, и в связи с тем указанные продукты являются учитываемыми.
На представленном чертеже - иллюстрация конкретного конструктивного исполнения заявляемого изобретения.
Центробежный экстрактор содержит привод 1, подшипниковую опору с подшипниками скольжения 2 и 3, корпус 4 со смесительной камерой 5 и камерами 6 и 7 вывода, соответственно, легкой и тяжелой фаз, ротор 8 с камерой 9 разделения, трубками 10 для вывода легкой фазы, транспортирующим устройством 11, например шнеком, гидрозатвором, образованным крышкой 12 ротора 8 и диском 13 с отверстиями 14. В полости гидрозатвора размещен активатор 15. Внутренние поверхности крышки 12 снабжены скребками 16 и 17, диск 13 - скребком 18.
Экстрактор снабжен магнитной муфтой, ведущая полумуфта 19 которой закреплена на валу привода 1, ведомая полумуфта 20 жестко связана с ротором 8 через его крышку 12, и между полумуфтами 19 и 20 размещена герметизирующая перегородка-экран, состоящая из фланца 21, тонкостенной обечайки 22 и дна 23. Герметизирующая перегородка-экран жестко соединена с корпусом 4 благодаря соединению фланца 21 с фланцем 24 корпуса 4. Герметизирующая перегородка-экран соединена и с ротором 8 через подшипник скольжения 2, подвижная втулка 25 которого сопряжена с крышкой 12, а неподвижная втулка 26 сопряжена с дном 23 перегородки-экрана. Второй подшипник скольжения 3 через свою подвижную втулку 27 сопряжен с низом ротора 8, а через неподвижную втулку 28 - с ребрами 29, расположенными на стенке смесительной камеры 5. В роторе 8 расположена крестовина 30. Полость гидрозатвора сообщена с зазором 31 между тонкостенной обечайкой 22 герметизирующей перегородки-экрана.
Смесительная камера 5 с мешалкой 32 расположена в нижней части корпуса 4 в непосредственной близости от патрубков 33 и 34 ввода исходных жидкостей. Для вывода получаемых в результате экстракции легкой и тяжелой фаз из камер 6 и 7 служат патрубки 35 и 36.
Работа заявляемого центробежного экстрактора осуществляется следующим образом.
Подключают к питающей электросети двигатель, вал привода начинает вращаться, приводя во вращение ведущую полумуфту 19, передающую момент вращения ведомой полумуфте 20 через тонкостенную обечайку 22. Ротор 8 начинает вращаться, так как он жестко соединен с ведомой полумуфтой 20 через крышку 12.
После набора ротором 8 заданного числа оборотов исходный перерабатываемый раствор через патрубок 33, а экстрагент через патрубок 34 подают в смесительную камеру 5, где они перемешиваются мешалкой 32, соединенной с низом ротора 8.
Размещенные в камере 5 ребра 29 препятствуют закручиванию жидкостей в центральной части камеры 5 в процессе смешивания. Образовавшаяся эмульсия шнеком 11 транспортируется в ротор 8. Под действием центробежной силы в роторе 8 эмульсия расслаивается в крестовине 30 на легкую и тяжелую фазы. Легкая фаза движется вверх в центральной части ротора 8 в то время, как тяжелая фаза, отбрасываемая центробежной силой, движется по внутренней стенке ротора 8 вверх. Легкая фаза достигает уровня трубок 10 по высоте аппарата, и так как входные отверстия их находятся в зоне движения легкой фазы в центре ротора 8, то она, переливаясь в трубки 10, выводится из ротора 8 в камеру 6, откуда по патрубку 35 легкая фаза удаляется из центробежного экстрактора. Одновременно с этим тяжелая фаза, двигаясь по внутренней стенке ротора 8, доходит до диска 13 и через отверстия 14 в нем поступает в полость гидрозатвора. Под воздействием активатора 15 тяжелая фаза движется к переливу 37 и далее, пройдя через зазоры 38, проточки 39 в подшипнике 2 и зазор 40, поступает в зазор 31 между тонкостенной обечайкой 22 герметизирующей перегородки-экрана и ведомой полумуфтой 20. Дальнейшему движению тяжелой фазы вверх мешает фланец 21 герметизирующей перегородки-экрана, и она, вынужденная изменить направление движения на противоположное, переливается в камеру 7 вывода тяжелой фазы, откуда по патрубку 36 удаляется из центробежного экстрактора. Исключение забивки тяжелой фазой пространства в верхней части ротора 8 осуществляется с помощью скребков 16, 17 и 18.
Из приведенного выше описания изобретения в статике (см. чертеж) и в работе следует, что в заявляемом центробежном экстракторе отсутствует даже малейшая возможность протечек. Герметизирующая перегородка-экран предотвращает проникновение жидкостей из корпуса к месту уплотнения соединения магнитной муфты с валом привода. Магнитная муфта с герметизирующей перегородкой-экраном и с разнесенными в определенные места подшипниками скольжения 2 и 3, а также взаимосвязи перечисленных признаков с признаками из ограничительной части формулы изобретения выполняют не только присущие им функции обеспечения вращения и осуществления процесса экстракции, но и создают абсолютную герметичность в аппарате.
Кроме того, для нормальной работы подшипников скольжения необходимы смазка и охлаждение их. В заявляемом экстракторе эта проблема решена: для верхнего подшипника скольжения используется поток тяжелой фазы, а для нижнего подшипника скольжения - образовавшаяся при смешивании эмульсия. В итоге получается, что нет необходимости использовать какую-либо специальную смазку для подшипников, а значит и нет опасности взаимозагрязнения перерабатываемых жидкостей и сред, используемых для обеспечения эксплуатации аппарата.
Таким образом, в конструкции заявляемого аппарата предусмотрено все, чтобы при использовании в промышленном производстве достичь желаемого результата - абсолютной герметичности его, при которой исключаются протечки участвующих в процессе жидкостей из экстрактора в окружающую среду, а также невозможно попадание в экстрактор нежелательных примесей извне при работе с особо чистыми жидкостями.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Центробежный экстрактор, содержащий привод, подшипниковую опору, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы, отличающийся тем, что экстрактор снабжен магнитной муфтой, ведущая полумуфта которой закреплена на валу привода, ведомая полумуфта жестко соединена с ротором, и между полумуфтами размещена герметизирующая перегородка-экран, соединенная с корпусом жестко, а с ротором - через один из подшипников скольжения подшипниковой опоры, при этом второй подшипник подшипниковой опоры сопряжен с низом ротора, а полость гидрозатвора сообщена с зазором между герметизирующей перегородкой-экраном и ведомой полумуфтой.
пищевой и других отраслях промышленности для осветления суспензий». При этом конструкция данного экстрактора действительно «позволяет избежать накопления осадка в роторе за счет тщательного поддержания расхода тяжелой фазы на заданном уровне и повысить производительность аппарата».
