RU2049521C1

RU2049521C1 - Method of suspension thickening

Info

Publication number: RU2049521C1
Application number: RU93009344A
Authority: RU
Inventors: Виктор Сергеевич Скачков
Original assignee: Виктор Сергеевич Скачков
Priority date: 1993-02-17
Filing date: 1993-02-17
Publication date: 1995-12-10

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: entire flow of thickened fraction is conveyed as an effluent jet in the break of the recirculation channel with upper and lower benches forming the inlet of the concentrate outlet pipe located under them. Recirculation is accomplished at a flow rate not lower than the flow rate of starting suspension until the maximum concentration of solid phase is attained in it. Then, recirculation is interrupted and solid phase is removed, then recirculation is resumed, and of starting suspension is determined according to the relation given in the formula. EFFECT: facilitated procedure. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам разделения жидких неоднородных систем, в особенности, к способам сгущения суспензий с использованием рециркуляции части непрерывно выводимого из сепарационной камеры потока сгущенной фракции, и может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. The invention relates to methods for separating heterogeneous liquid systems, in particular, to methods for thickening suspensions using recirculation of a portion of the stream of condensed fraction continuously removed from the separation chamber, and can be used in chemical, pharmaceutical, food and other industries.

Техническим результатом изобретения является увеличение степени сгущения суспензии путем повышения степени рециркуляции до 100%
На фиг. 1 схематично изображена центрифуга с рециркуляцией сгущенной фракции; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1.The technical result of the invention is to increase the degree of thickening of the suspension by increasing the degree of recirculation to 100%
In FIG. 1 schematically shows a centrifuge with recirculation of the condensed fraction; in FIG. 2 section AA in figure 1.

Центрифуга включает корпус 1, патрубок 2 с отверстием 3 ввода исходной суспензии, кольцевую камеру 4 сбора с выходным патрубком 5 осветвленной фракции, кольцевую камеру сбора сгущенной фракции 6 и рециркулята 7, в кольцевом разрыве между которыми размещена кольцевая камера 8 сбора концентрата с наклонным дном 9 и выходным отверстием 10 в нижней его части, подшипниковую опору 11, привод 12 с муфтой 13. В опоре 11 закреплен вертикальный вращающийся вал 14 с конусообразным ротором 15, транспортирующим устройством 16 с осевым отверстием 17, конусообразной обечайкой 18 с крестовиной 19, крышкой 20 с осевым отверстием 21 и конусными обечайками 22 и 23. Разрыв между конусными поверхностями 24 камеры 6 и 25 камеры 7 образован кольцевыми уступами верхним 26 и нижним 27 соответственно, причем диаметр и высота расположения верхнего уступа 26 больше аналогичных величин для нижнего уступа 27. Ротор 15 образует кольцевые зазоры 28 с обечайкой 18, 29 с обечайкой 22 и 30 с крышкой 20. Обечайка 22 герметично закреплена на крышке 20, образуя с ней полость 31, и расположена с кольцевым зазором 32 с обечайкой 18. Патрубок 2 размещен в отверстии 17 с зазором с транспортирующим устройством 16, а его выходное отверстие 3 расположено внутри вершинной зоны обечайки 18. Транспортирующее устройство 16 расположено ниже уступа 27 в нижней зоне камеры 7 и имеет диаметр, меньший диаметра отверстия 21 крышки 20. Конусообразные ротор 15 и обечайка 18 расположены основаниями вверх, а обечайки 22 и 23 основаниями вниз внутри и снаружи соответственно ротора 15. The centrifuge includes a housing 1, a nozzle 2 with an opening 3 for inputting the initial suspension, an annular collection chamber 4 with an outlet nozzle 5 of the clarified fraction, an annular collection chamber for the condensed fraction 6 and recirculate 7, in an annular gap between which there is an annular concentrate collection chamber 8 with an inclined bottom 9 and an output hole 10 in its lower part, a bearing support 11, a drive 12 with a clutch 13. A vertical rotating shaft 14 with a conical rotor 15, a conveying device 16 with an axial hole 17 conical about with a bezel 18 with a crosspiece 19, a cover 20 with an axial hole 21 and conical shells 22 and 23. The gap between the conical surfaces 24 of the chamber 6 and 25 of the chamber 7 is formed by annular ledges of the upper 26 and lower 27, respectively, with the diameter and height of the upper ledge 26 more than similar values for the lower ledge 27. The rotor 15 forms annular gaps 28 with a shell 18, 29 with a shell 22 and 30 with a cover 20. The shell 22 is hermetically fixed to the cover 20, forming a cavity 31 with it, and is located with an annular gap 32 with a shell 18. The pipe 2 is placed in the hole There are 17 openings with a transport device 16, and its outlet 3 is located inside the vertex zone of the shell 18. The transport device 16 is located below the ledge 27 in the lower zone of the chamber 7 and has a diameter smaller than the diameter of the opening 21 of the cover 20. The cone-shaped rotor 15 and the shell 18 located base up, and the shell 22 and 23 bases down inside and outside, respectively, of the rotor 15.

Способ сгущения суспензии с применением этой центрифуги заключается в следующем. The method of thickening the suspension using this centrifuge is as follows.

Исходная суспензия по патрубку 2 через отверстие 3 подается внутрь обечайки 18, вращающейся вместе с ротором 15. В крестовине 19 под действием центробежной силы суспензия транспортируется к периферии и по зазорам 32, 29 и 30 выводится из ротора 15 в верхнюю зону камеры 6, откуда сливается самотеком вниз по конусной поверхности 24 к уступу 26. При заданном минимальном расходе исходной суспензии ее поток, отрываясь от уступа 26, перетекает в виде конусообразной свободной струи в воздухе на конусную поверхность 25 ниже уступа 27 и далее в нижнюю зону камеры 7. Здесь суспензия захватывается транспортирующим устройством 16, направляется внутрь ротора 15 в зазор 28 и по нему к зазору 29, где объединяется с потоком исходной суспензии и таким образом рециркулирует со все возрастающим расходом. В результате этого давление в зазорах 29 и 32 возрастает, а радиус свободной поверхности суспензии в крестовине 19 соответственно уменьшается до радиуса отверстия 21, переливаясь через который полученная осветленная фракция-фугат с расходом, равным расходу исходной суспензии, выводится из ротора 15 в камеру 4 и по патрубку 5 наружу центрифуги. The initial suspension through the pipe 2 through the hole 3 is fed into the shell 18, which rotates together with the rotor 15. In the crosspiece 19 under the action of centrifugal force, the suspension is transported to the periphery and is discharged from the rotor 15 to the upper zone of the chamber 6 through the gaps 32, 29 and 30, from where it merges by gravity down the conical surface 24 to the ledge 26. At a given minimum flow rate of the initial suspension, its flow, breaking away from the ledge 26, flows in the form of a conical free stream in the air onto the conical surface 25 below the ledge 27 and further into the lower zone of the chamber 7. Here, the suspension is captured by the conveying device 16, directed inside the rotor 15 into the gap 28 and through it to the gap 29, where it combines with the flow of the initial suspension and thus recycles with an increasing flow rate. As a result, the pressure in the gaps 29 and 32 increases, and the radius of the free surface of the suspension in the crosspiece 19, respectively, decreases to the radius of the hole 21, overflowing through which the obtained clarified fraction-centrate with a flow rate equal to the flow rate of the initial suspension is discharged from the rotor 15 into the chamber 4 and on the nozzle 5 to the outside of the centrifuge.

Содержащиеся в суспензии частицы твердой фазы под действием центробежной силы осаждаются на внутренней поверхности обечайки 18 и в виде слоя осадка транспортируются в периферийную зону к зазору 32, пройдя через который, попадают в рециркулирующий поток сгущенной фракции, транспортируясь далее вместе с ним, при степени рециркуляции 100% Это приводит к увеличению концентрации твердой фазы в рециркуляте, его вязкости и слоя осадка на конусной поверхности ротора 15, который начинает перекрывать уменьшать сечение зазоров 29 и 32, что в целом увеличивает гидравлическое сопротивление рециркулирующему потоку, в результате чего он уменьшается и становится меньше потока исходной суспензии. При этом траектория свободной струи рециркулирующего потока после отрыва от уступа 26 снижается и попадает в камеру 8, в результате чего поток концентрата по наклонному дну 9 транспортируется самотеком вниз и через выходное отверстие 10 выводится наружу центрифуги, а рециркуляция прекращается. В дальнейшем в зависимости от пропускной способности отводящей сгущенную фракцию системы зазоров 32, 29 и 30 могут реализоваться два режима вывода концентрата. Один из них -режим динамического равновесия равенства массовых потоков твердой фазы в исходной суспензии и концентрате, затруднительно осуществить на практике. Это объясняется тем, что в период вывода концентрата массовый поток твердой фазы в нем представляет собой сумму двух массовых потоков, один из которых отделяется от исходной суспензии через зазор 32, а другой сползает в виде слоя осадка по конусной поверхности ротора 15. Оба упомянутых потока объединяются в зоне зазора 29 и далее по зазору 30 транспортируются вместе на выход из ротора 15. The particles of the solid phase contained in the suspension under the action of centrifugal force are deposited on the inner surface of the shell 18 and in the form of a sediment layer are transported to the peripheral zone to the gap 32, passing through which, they get into the recirculated stream of the condensed fraction, transported further with it, with a degree of recirculation of 100 % This leads to an increase in the concentration of the solid phase in the recirculate, its viscosity and sediment layer on the conical surface of the rotor 15, which begins to overlap, reduce the cross-section of the gaps 29 and 32, which generally increases It provides hydraulic resistance to the recirculating flow, as a result of which it decreases and becomes smaller than the flow of the initial suspension. In this case, the trajectory of the free stream of the recycle stream after separation from the ledge 26 decreases and enters the chamber 8, as a result of which the concentrate flow along the inclined bottom 9 is transported by gravity down and the centrifuge is brought out through the outlet 10, and the recirculation stops. Subsequently, depending on the throughput, the system of gaps 32, 29, and 30 that removes the condensed fraction can be realized in two modes of concentrate withdrawal. One of them, the regime of dynamic equilibrium of the equality of mass flows of the solid phase in the initial suspension and concentrate, is difficult to put into practice. This is explained by the fact that during the withdrawal of the concentrate, the mass flow of the solid phase in it is the sum of two mass flows, one of which is separated from the initial suspension through the gap 32, and the other slides in the form of a sediment layer along the conical surface of the rotor 15. Both of these flows are combined in the gap zone 29 and further along the gap 30 are transported together to the exit of the rotor 15.

Экспериментально установлено, что толщина слоя осадка на конусной поверхности ротора 15 изменяется вдоль ее образующей и с увеличением радиуса вначале увеличивается от нуля до максимальной величины, а затем уменьшается вновь до малой величины в зоне зазора 29. При этом сползающий слой осадка не возобновляется, так как прекратилась рециркуляция сгущенной фракции. Поэтому даже при постоянной концентрации твердой фазы в исходной суспензии, ее содержание в концентрате вначале будет увеличиваться свыше первоначальной максимальной величины, при которой начался вывод концентрата, а затем вновь уменьшаться до упомянутой первоначальной максимальной величины, а при дальнейшем уменьшении концентрации произойдет прекращение вывода концентрата и начнется рециркуляция сгущенной фракции. Таким образом, основным рабочим является режим вывода концентрата, при котором массовый поток твердой фазы в исходной суспензии меньше аналогичной величины в концентрате. It was experimentally established that the thickness of the sediment layer on the conical surface of the rotor 15 varies along its generatrix and, with an increase in radius, initially increases from zero to a maximum value, and then decreases again to a small value in the gap zone 29. In this case, the sliding sediment layer does not resume, since the recycling of the condensed fraction stopped. Therefore, even at a constant concentration of the solid phase in the initial suspension, its content in the concentrate will initially increase above the initial maximum value at which the concentrate was withdrawn, and then decrease again to the initial maximum value, and with a further decrease in concentration, the concentrate will cease to withdraw and begin recirculation of the condensed fraction. Thus, the main working mode is the output of the concentrate, in which the mass flow of the solid phase in the initial suspension is less than the same value in the concentrate.

Переключение направлений потока сгущенной фракции после отрыва от верхнего уступа 26 то на конусную поверхность 25 при рециркуляции сгущенной фракции, то в камеру 8 при выводе концентрата, осуществляется самопроизвольно без какого-либо воздействия на объект извне. Switching the flow directions of the condensed fraction after separation from the upper ledge 26, then to the conical surface 25 during recirculation of the condensed fraction, then to the chamber 8 when the concentrate is withdrawn, is carried out spontaneously without any effect on the object from the outside.

При этом расход исходной суспензии определяют из соотношения
Q

где Q расход исходной суспензии, м³/с
μ- вязкость исходной суспензии, Па˙с,
d₁, d₂ диаметры верхнего 26 и нижнего 27 уступов канала рециркуляции, м;
ρ- плотность исходной суспензии, кг/м³,
θ- угол наклона образующей конусной поверхности канала рециркуляции к горизонтали в зоне верхнего уступа, град;
g ускорение свободного падения, м/²;
Z координата по высоте нижнего уступа 27 относительно верхнего уступа 26, принятого за начало координат, м.The flow rate of the initial suspension is determined from the ratio
Q

where Q is the flow rate of the initial suspension, m ³ / s
μ is the viscosity of the initial suspension, Pa˙s,
d ₁ , d ₂ diameters of the upper 26 and lower 27 ledges of the recirculation channel, m;
ρ is the density of the initial suspension, kg / m ³ ,
θ is the angle of inclination of the generatrix of the conical surface of the recirculation channel to the horizontal in the zone of the upper ledge, deg;
g acceleration of gravity, m / ² ;
Z coordinate along the height of the lower ledge 27 relative to the upper ledge 26, taken as the origin, m

Предложенный способ сгущения может быть реализован и с использованием гравитационного отстойника-сгустителя. В этом случае, однако, потребуется вспомогательный насос в канале транспортировки рециркулята в связи с тем, что вводы исходной суспензии и рециркулята в сепарационную камеру будут расположены выше отверстия вывода сгущенной фракции. The proposed thickening method can also be implemented using a gravity settler-thickener. In this case, however, an auxiliary pump will be required in the recirculate transport channel due to the fact that the inlet of the initial suspension and recirculate into the separation chamber will be located above the outlet of the condensed fraction outlet.

Claims

1. METHOD FOR SUSPENSION CONDENSATION, which includes introducing and separating the initial suspension and recirculate in the separation chamber, withdrawing the clarified fraction from the minimum pressure zone from the separation chamber and the thickened fraction from the maximum pressure zone through the nozzle orifice, transporting the thickened fraction in the recirculation channel and concentrate outlet through the inlet of the outlet pipe communicating with the recirculation channel, characterized in that the entire stream of condensed fraction is transported in the form of a free-flowing, mainly o horizontally or obliquely downward, the jets in the gap of the recirculation channel with upper and lower ledges forming the inlet of the concentrate outlet pipe located below them.

2. The method according to p. 1, characterized in that the entire stream of condensed fraction is recycled inside the centrifuge with a flow rate not less than the flow rate of the initial suspension until it reaches the maximum concentration of the solid phase, after which the recirculation spontaneously stop and the concentrate is withdrawn with the solid phase content, not less than the maximum value achieved, after recirculation spontaneously resume and the described cycle is repeated.

3. The method according to PP.1 and 2, characterized in that the flow rate of the initial suspension is determined from the ratio

where Q is the flow rate of the initial suspension, m ³ s;
μ viscosity of the initial suspension, Pa · s;
d ₁ , d ₂ diameters of the upper and lower ledges of the recirculation channel, m;
r is the density of the initial suspension, kg / m ³ ;
q the angle of inclination of the generatrix of the conical surface of the recirculation channel to the horizontal in the zone of the upper ledge, deg.

g acceleration of gravity, m / s ² ;
Z coordinate along the height of the lower ledge relative to the upper ledge, taken as the origin, m.

4. The method according to PP.1 to 3, characterized in that the surface of the recirculation channel in the area of the upper ledge is made of material not wettable by the condensed fraction, for example fluoroplastic.