Устройство для разделения многокомпонентной смеси

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯМНО ОКОМПОНЕНТНОЙ СМЕСИ(57) Использование: для разделения жидкихсмесей в пищевых отраслях на компоненты,для отделения адсорбента от масла послепроцесса отбеливания, для очистки сточных Изобретение относится к технике разделений жидких смесей в пищевых отраслях пройышленноСти на компоненты методом ультрафильтрации и может быть использовано для отделения адсорбента от масла после процесса отбеливания в масло-жировой промышленности, для очистки сточных вод предприятий МЖП, а также для сгущения Молока, пахты, сыворотки в молочной промышленности, желчи - в мясной промышленности.Целью изобретения является повышение эффективности разделения за счет искл)очения мертвых эон фильтрующей поверхности.На фиг,1 изображено устройство, фронтальный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1; на фиг,3- сечение Б - Б на фиг.1,)устройство состоит из неподвижного трубопровода 1, трубчатого коллектора 2, установленного с возможностью вращения,ана 3, шкива 4, подтверстий 7, ультра- образных трубок 8, нтрата 9, конусообобечаек 10 и 11, 12, сборника воды ющей перегородки ды 15, нитей 16 (наоксидной смолы 17, т следующим обрам ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕАВТОРСКОМУ СВИД вод, Сущность изобретения в выполнении фильтрующей поверхности в виде капиллярных конических трубок, большим диаметром сообщающихся с. отверстиями коллектора, концы трубок с меньшим диаметром изогнуты в сторону вращения барабана по спирали Архимеда и подсоединены к выполненным на поверхности барабана сквозным отверстиям. Устройство снабжено охватывающим барабан кожухом с перегородкой, а барабан - установленными на нижней его чати параллельно с зазором обечайки, при этом перегородка расположена в зазоре и разделяет кожух на сборник фильтрата и сборник осадка, 3 ил. цилиндрического барабшипников 5, кожуха 6,фильтрационных конусапатрубка отвода концеразных направляющихсборника концентрата13, конической разделя14, патрубка отвода вопример, из капрона). зпУстройство работае Исходное сырье, например, желчь, подаетсяот источника (на чертежах не показан) по неподвижному трубопроводу 1 внутрь вращающегося трубчатого коллектора 2. Трубчатьй коллектор 2 выполнен заодно с цилиндрическим барабаном 3 и проходит внутри него по оси Привод во вращение трубчатого коллектора 2 и укрепленного на нем цилиндрического барабана 3 осуществляется от электродвигателя (начертежах не показан) через шкив 4. Трубчатый коллектор 2 вращается в подшипниках 5, укрепленных а кожухе 6. Исходная смесь распределяется отверстиями 7 по трубкам 8, Трубки 8 закреплены, таким образом, одним широким концом в трубчатом коллекторе 2, а узким концом в цилиндрическом барабане 3, причем на фиг,2 видно, что трубки 8 изогнуты по кривым - спиралям Архимеда в направлении траектории движения жидкости в них при возможности свободного истечения жидкости. Трубки 8 изготовлены из таких материалов как полиамид. ацетилцеллюлоза и прочих материалов, используемых для изготовления капиллярных фильтров при ультрафильтрации, Селективный слой располагается внутри капилляров, Для крепления капиллярных трубок 8 по концам может, использоваться эпоксидная смола. Диаметры капиллярных трубок 8 выбираются в зависимости от загрязненности исходной жидкости механическими примесями в пределах порядка от 0,6 до 2,0 мм. Конусность капиллярной трубки 8 определяется зависимостью Р - постоянная, где Р - давление в капиллярной трубке,Таким образом, исходная жидкость с постоянным давлением проходит через капиллярные трубки 8 и выбрасывается под действием центробежных сил и гидростатического давления внутрь кожуха 6, стекает по его стенкам вниз и отводится как готовый продукт через патрубок 9. При прохождении желчи через капиллярнь 1 е трубки 8 часть воды проходит через капилляры в стенках трубок 8, т.е, осуществляется процесс ультрафильтрации, Образующийся при этом слой концентрационного уплотнения сухих веществ на внутренней поверхности трубки 8 постоянно перемещается под действием центробежных сил вдоль трубки 8, освобождая поверхность ультрафильтрации и выбрасывается внутрь кожуха 6,. т,е. получается концентрат, а чистая вода стекает по внутренней поверхности вращающегося барабана 3 вниз под действием сил гравитации. Барабан 3 имеет в нижней части направляющие обечайки 10 и 11. За счет направляющей обечайки 10 концентрат попадает а сборник 12, а за счет направляющей обечайки 11 вода попадает в сборник 13, чему способствует разделяющая. перегородка 14, расположенная а зазоре между обечайками 10 и 11.Чистая вода отводится из сборника 13 через патрубок 15, Для увеличения прочности капиллярных трубок 8 к ним приклеены капроновые нити 16 с помощью эпоксидной смолы 17.0 = Р 1 У 1 = ГгУг,где 0 - расход жидкости;Р - поперечное сечение трубки тока; Ч 1 и Чг - скорости течения жидкости в соответствующих сечениях трубки,Так как скорость возрастает по мере удаления частиц жидкости от оси вращения под действием центробежной силы для сохранения сплошности потока необходимо постепенное уменьшение Г - сечения потока, т,е. трубка для Сохранения неразрывности потока должна быть конусообразной,Кроме того. сужение в выходном отверстии обеспечивает необходимый для ультрафильтрации через стенки подпор жидкости. 45 50 55 Выполнение трубок капиллярнымиобусловлено необходимостью созданиякомпактного аппарата, что согласуется стенденциями зарубежной фильтрационной5 техники, Капиллярные (из тонких трубок)фильтры более компактны, чем пластинчатые,Выбор материала трубок обусловлен назначением аппарата по процессу в нем реа 10 лизуемому - ультрафильтрация. отсюдавыбор материала фильтрующего элемента.Выбор диаметра капиллярных трубокобусловлен технологическими причинами,В сырье: сточных водах масложировых заво 15 дов, масла после отбеливания, молоке, пахте, сыворотке и желчи возможно наличиемеханических частиц от 0,6 до 2 мм. Длятого, чтобы трубки не засорялись, они в наименьшем своем сечении не должны быть20 меньше размера встречающихся в сырье частиц, т.е, 0,6-2 мм. Этими размерами обусловлены диаметры трубок,Выполнение трубок конусообразнымиобусловлено следующими соображениями.25 Предположим, что жидкость с содержащимися в ней частицами попадает с некоторой скоростью Ч во вращающийся канал иприобретает вращательное движение. Начастицы будет действовать сила Е = в аР 8,где т - масса частицы; и- угловая скоростьвращения; В - расстояние от центра вращения до частицы.Поскольку частицы перемещается по каналу, то В увеличивается. следовательно,возрастает Г, воздействующая на частицу изаставляющая двигаться частицу (при свободном истечении) ускоренно.Для того, чтобы процесс ультрафильтра 4 ции протекал по всей длине фильтротрубки. не должно быть разрыва потока, т,е, соблюдается уравнение неразрывности струйки,т,е, 17979705 10 15 20 25 30 35 40 45 50 При движении частиц жидкости по трубке в радиальном направлении возрастаетокружная скорость. Одновременно частицыстремятся сместиться по направлению полного поворотного ускорения (Кориолисоваускорения),Под воздействием центробежной силыи поворотной силы инерции частицы жидкости движутся по так называемой кривой Архимеда, При выполнении каналовизогнутыми по кривой Архимеда частицыжидкости в трубке будут двигаться по своиместественным траекториям, станки трубкибудут под одинаковым давлением, т.е. будетболее равномерная нагрузка на трубки итогда будет более эффективная работа трубки с точки зрения ультрафильтрации и болееравномерная механическая нагрузка, т,е.изогнутость трубки будет соответствоватьизогнутости трубки тока жидкости.Название "капиллярные трубки" - этоусловное название тонких трубок в технике(в частности, холодильной), начиная с диаметра 0,6 мм.В предлагаемом аппарате помимо того,что он более компактный, т,к. вмонтированпучок трубок, процесс течения жидкоститурбулентный, Поскольку скорости выше,пограничный слой тоньше, следовательнонакопление осадка у фильтрующего слояменьше, Вследствие этого он меньше заби вается осадком и дольше работает, т.е, сокращается время на промывку, Кроме того,в этом аппарате в отличие от прототипа начастицы осадка воздействуют центробежные силы. способствуя его смещению к выходному отверстию, что способствуеточищению поверхности с одной стороны итранспортировке слоя концентрационногоуплотнения, т.е. концентрата в готовуюфракцию, Очищение фильтрующей поверхности под действием центробежных силтакже способствует сокращению временина промывку.Что касается известного аппарата этогромоздкая металлоемкая конструкция.Экономически неэффективная, т,к, приводитсяво вращение вся масса с барабанами,вклюЧающим фильтрующие элементы, большой обьем жидкости, корпусом и поддоном.Конструктивно обусловлены значительные полости с заключающейся в них жидкостью между фильтрующими элементами,что вызывает образование, так называемых"мертвых зон", удаленных от фильтрующей 5поверхности, поэтому процесс неэффективен, т.к, очевиден проток неочищенной жидкости через канал 34 в фильтрат в поддон. 40. Развитие поверхности фильтрации в конструкции по пат,США не представляется возможным.В предлагаемой конструкции поток сырья разбивается трубками на элементарные струйки. Удельный объем, приходящийся на единицу фильтрующей поверхности уменьшается, поэтому эффективность разделения увеличивается, Концентрация фильтрата увеличивается за счет повышения удельной поверхности, приходящейся на единицу пропускного объема, причем объем жидкости в известной конструкции по ходу течения увеличивается, т.к, сечение потока увеличивается, хотя количество протекающей жидкости сокращается за счет отфильтровывания; скорость течения падает относительно фильтрующей поверхности, что снижает скорость смены слоев жидкости у поверхности фильтрующей стенки и фильтрация падает.В предлагаемой конструкции с точки зрения гидродинамики процесс более эффективный. Скорость течения по длинетрубки возрастает, поэтому скорость фильтрации не падает, а возрастает,Кроме того, в предлагаемой конструкции можно разместить больше фильтрующей поверхности в единице объема аппарата, т,е. получить более компактныйап парат.Формула изобретенияУстройство для разделения многокомпонентной смеси, включающее вращающийся коллектор с радиальными каналамидля подачи фильтруемой жидкости на фильтрующую поверхность, размещенную между коллектором и барабаном, вращающимися одновременно с коллектором,сборник фильтрата и сборник осадка, о тличающееся тем,что,сцелью повышения эффективности процесса разделения за счет исключения мертвых зон фильтрующей поверхности, фильтрующаяповерхность выполнена в виде капиллярных конических трубок, большим диаметром сообщающихся с отверстиями коллектора, концы трубок с меньшим диаметром изогнуты в сторону вращения барабана по спирали Архимеда и подсоединенык выполненным на поверхности барабана сквозным отверстиям, устройство снабжено охватывающим барабан кожухом с перегородкой, а барабан - установленными нанижней его части параллельно с зазоромобечайками, при этом перегородка расположена в зазоре и разделяет кожух на сборник фильтрата и сборник осадка.1797970 Редактор З,Ход Составитель В.Шевельковва Техред М.Моргентал Корректор О.Г одственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 акаэ 732 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 45