專利名稱：分離裝置、用于該分離裝置的分離單元以及分離方法
技術領域：
本發明涉及一種從諸如液體或氣體之類的含顆粒流體中分離出顆粒的分離裝置，其中顆粒的密度大于流體的密度。本發明還涉及一種用于該分離裝置中的分離單元。本發明另外還涉及一種從含顆粒流體中分離出顆粒的方法，該方法中采用發明的分離裝置。
例如用于從淀粉懸浮液中去掉小纖維和溶解蛋白質的這種類型的分離裝置通常是旋風式分離器。旋風式分離器具有一用于供給含限定濃度的待分離顆粒的流體的進料口、一用于排出含較高(顯著地高)濃度顆粒的流體的底流排出口以及一用于排出含較低(顯著地低)濃度顆粒的流體的溢流排出口。旋風式分離器的這種作用是在沒有移動部件的情況下通過旋風式分離器中流體的流動效應而實現的，該流動效應由其特定的內部形狀產生。
為提高所述分離裝置的能力，往往將諸旋風式分離器平行地連接成一所謂多級旋風式分離器，其中諸旋風式分離器通常以一或多組的形式容納于共用的殼體內。
為進一步提高能力，需要使用更多的殼體，它們可以通過用于供給和排出不同流體流的管道彼此連接。
由于這種方案相對較為昂貴而又不夠靈活，因而也就形成了一個缺點。為了至少部分地克服這一缺點，開發了這樣的旋風式分離器殼體，其中含沿徑向延伸的旋風式分離器的組彼此疊置起來，并容納于一共用的殼體內。通過這種方式，可以將大量的旋風式分離器設置在一單個的殼體中，并且可通過選擇適當數量的組和匹配相應的殼體尺寸來達到所需的能力。
然而，這種結構的一個缺點在于，由于旋風式分離器的徑向配置，其各構件在裝配、維修和清潔過程中的可接近性較差，這尤其是因為構成溢流排出口的溢流部件(“旋渦溢流管”)必須一個一個地固定于旋風式分離器中(在裝配過程中)，或一個一個地從旋風式分離器中拆下(在拆除過程中)。
流體流到各旋風式分離器或組的進料口和排出口行經設置在殼體中的內部分配管，這使得殼體相對較大。而且，這些分配管很難清洗。
現有的多級旋風式分離器的另一個缺點在于，由于內部設計的關系，它們的耐壓能力受到限制(最大6—10巴)，結果造成取決于壓力的能力和／或分離效率也受到限制。
本發明的目的在于克服現有技術的缺點或至少顯著地減少這些缺點，提供一種容易裝配、拆卸和維修的分離裝置，它能夠在高壓下工作，尺寸較小，并且其能力能夠根據要求來進行選擇而無須重新配置內部分配管。
為實現上述和其它的目的，本發明首先提供一種用于從含顆粒流體中分離出顆粒的分離單元，該分離單元包括若干彼此平行而緊鄰的細長旋風式分離器，每個分離器具有一進料口、一溢流排出口和一底流排出口；一第一腔室，旋風式分離器的溢流排出口開口進入該腔室；一第二腔室，其中設置諸旋風式分離器，該第二腔室含有旋風式分離器的進料口；以及一第三腔室，旋風式分離器的底流排出口開口進入該腔室，第一、第二和第三腔室沿旋風式分離器的縱向方向看是疊置的。一種分離裝置包括若干這種類型的分離單元，這些分離單元沿旋風式分離器的縱向方向看最好是疊置的。第一、第二和第三腔室在各分離單元中的疊置以及諸分離單元在分離裝置中的疊置可以是沿豎直或水平的方向或沿另一方向。
將分離裝置設計成由主分離單元疊置而成的組合件的形式，可以通過疊置適當數量的分離單元來簡單而便利地實現分離裝置所需的能力。各個分離單元的進料口、溢流排出口和底流排出口在分離裝置的外部分別通過一進料口連接管、溢流排出口連接管和底流排出口連接管彼此連接，各個分離單元的進料口、溢流排出口和底流排出口最好基本排列成一條線，以使連接管盡可能的短。
分離單元的疊置(總體而言)，也就是諸分離單元的腔室的疊置(具體而言)，可實現對構制材料的非常有效的利用。因此，在一個分離單元內，第一腔室的一個壁也可以用作相鄰的第二腔室的一個壁，而第二腔室的相對的壁又可以用作第三腔室的一個壁。在不同的分離單元之間，第一分離單元的第一腔室的一個壁也可以用作相鄰的第二分離單元的一相鄰第三腔室的一個壁。
為了能在對一個特定的分離單元進行清洗的同時保持其它分離單元工作，在本發明分離裝置的一個較佳實施例中，在各分離單元的進料口、溢流排出口或底流排出口(一方面)與進料口連接管、溢流排出口連接管或底流排出口連接管(另一方面)之間分別裝有一閥。關閉一或多個分離單元的閥，可以用一清潔劑對這些單元進行清洗／沖洗，該清潔劑可通過單獨的清洗入口和出口引導通過分離單元。其它的分離單元保持正常地連接于各連接管，因此可以保持正常工作，而關閉的閥可確保不會有清潔劑進入待處理或已處理的流體的危險。利用這種清潔原理，可以通過比實際需要至少多設一個分離單元而在分離裝置中加入一定的盈余能力，該盈余能力可用于對分離裝置的各分離單元進行連續的清洗而實現分離裝置的“現場清洗”(CIP)。
如果諸分離單元沿豎直方向疊置，則通過在已有單元的頂部或底部設置新的分離單元可很容易地增加分離裝置的能力。理論上，這不會占用任何額外的地面空間。
諸分離單元及它們的腔室最好是圓筒形的設計，以形成尤為耐壓的結構。
雖然上文始終是指每個分離單元一個進料口、一個溢流排出口和一個底流排出口，但分離單元也可以包括一個以上的進料口、溢流排出口或底流排出口，例如以便實現流體在連接于進料口和排出口的腔室中的最佳分配。每個進料口、溢流排出口和底流排出口可以裝有一個閥，如以上所說明的。
下面參照附圖來更詳細地說明本發明及其優點，附圖中
圖1是本發明裝置的局部剖開的側視圖；圖2是圖1所示裝置沿箭頭Ⅱ方向看的俯視圖；圖3是一個旋風式分離器和其中的液流的放大剖視示意圖；圖4是在一進料腔室與一溢流腔室之間的一個壁的放大的俯視圖；圖5是圖4所示壁沿V—V線剖開的剖視圖；圖6是本發明分離裝置的一種變型的放大剖視圖；圖7是本發明分離裝置的一種變型的縮小的局部剖視示意圖，用于表示諸分離單元的液壓保持；圖8是本發明分離裝置的級聯管路的俯視圖；圖9是圖8所示級聯管路的正視圖；以及圖10是圖8所示級聯管路沿箭頭X方向看的側視圖。
在附圖中，相同的標號表示相同的構件或具有相同功能的構件。
圖1、2和3表示一具有碟形旋風式分離器支承件4的分離裝置，每個支承件支承大量(一組)旋風式分離器7，為清楚起見，圖1中僅示出其中的一個。每個旋風式分離器7具有一安裝在一塊板2上的旋渦溢流管14。這樣，旋風式分離器7基本位于一第二腔室20中，旋風式分離器支承件4和板2構成該腔室的一部分，并且其中設置有各旋風式分離器7的一個進料口。各旋風式分離器7的一溢流口40通過旋渦溢流管14開口進入一第一腔室21。各旋風式分離器7的一底流口41開口進入一第三腔室22。在第一腔室21鄰接第三腔室22的情況下，這兩個腔室21、22基本由一腔室構件3形成。第二腔室20具有一進料管30，該管連接于一共用的進料口連接管11，含有待分離顆粒的流體可通過該進料管輸入。第一腔室21具有一溢流排出管32，該管連接于一共用的溢流排出口連接管12，經清潔的流體可通過該溢流排出口連接管排出。第三腔室22具有一底流排出管34，該管連接于一共用的底流排出口連接管13，基本上分離的顆粒可通過該底流排出口連接管排出。
在該分離裝置中，有一疊(在圖1中從頂部到底部看)五個分離單元，它們各包括一第一腔室21、一第二腔室20和一第三腔室22。諸旋風式分離器7設置成使它們的縱向方向平行于裝置的縱軸線。進入第一腔室21和第三腔室22的流體立即朝側向分別被排入共用連接管12和13。
各腔室由基本呈環形或部分呈圓筒形的構件形成，這些構件彼此疊置，并在它們之間設有0型環形式的密封件43。可以疊置的構件的數量實際上是不受限制的，因為每個腔室均有自己的連接管路，并且不存在構成限制的共用殼體。
為了使腔室之間的壓力差的力可被吸收，在第一和第三腔室21和22中設置壓力環6。位于底座構件1與罩蓋構件5之間的構件通過夾持螺栓10被夾持于一起。在它們的底段，夾持螺栓10以這樣一種方式連接于底座構件1，即它們能在徑向方向上樞轉。夾持螺栓10的頂端通過螺母44固定于罩蓋構件的凸緣45所形成的開口槽中。
在拆開該分離裝置時，擰開螺母44，而后可將夾持螺栓10在徑向方向上朝外樞轉出槽。然后，可以拆下罩蓋構件5、位于它下面的板2、旋風式分離器支承件4以及腔室構件3。
在拆開過程中，旋渦溢流管14可作為一單獨的單元與板2一起拆下，因而可以接近所有相關的旋風式分離器7以便檢查。由于沒有死區，各腔室21、22可以徹底清空，因而清洗也非常容易。與現有的徑向設置旋風式分離器的情況相比，在腔室20中每單位容積可以裝多得多的(軸向設置)旋風式分離器。疊置的、具體說是呈圓筒的結構所能夠承受的進料壓力比目前傳統的設計更高(例如為20巴)，這對于某些產品的操作是有益的對于相同的尺寸，該分離裝置具有更高的能力和／或提高的分離效率。
由于在進料管30和排出管32、34中設置了閥或關閉件(例如，用示意方式表示的，進料管30中的關閉閥31a、排出管32中的關閉閥31b和排出管34中的關閉閥31c)，因而可以單獨地對各分離單元的第一腔室21、第二腔室20、第三腔室22和旋風式分離器7組進行清洗，不再需要為了清洗而關閉整個分離裝置。
以上所描述和附圖所示的各個腔室20、21和22的豎直配置并非是必需的；傾斜或水平的配置也是可以的。而且，一個第一分離單元的第一腔室21并不一定要鄰接于另一個分離單元的第三腔室22，腔室的疊置還可以選擇成這樣的方式，即一個分離單元的第一腔室21或第三腔室22分別鄰接于另一個分離單元的第一腔室21或第三腔室22。
圖4和5更詳細地示出了板2。板2具有一中心孔，用于連接一提升孔眼或類似件，圍繞該中心孔設置有一組287個孔48的圖案，供相同數量的旋風式分離器裝設。槽49使相應的壓力環6定心。
圖6表示一第二腔室20、旋風式分離器7和一進料管30a的細節。在一端，旋風式分離器本體14b具有一環形緣14c，旋渦溢流管14a的一互補部分保持于該環形緣中。旋風式分離器本體14b基本呈錐形，并具有一凸緣14d。含有待分離顆粒的流體可以通過一進料口14e被壓出腔室20而進入旋風式分離器7a。旋風式分離器7a用密封件50封裝在板2與旋風式分離器支承件4之間。含有待分離顆粒的流體從進料管30a輸入腔室20。在遠離腔室20的一端，進料管呈圓形，在朝向腔室20的一端，該管基本呈卵形或橢圓形，該卵形或橢圓形的縱軸線延伸于腔室20的圓周方向上。
圖7表示本發明的一分離裝置，它具有旋風式分離器7a、板2、旋風式分離器支承件4、腔室構件3、帶有凸緣45的罩蓋構件5、底座構件1、壓力環6、進料管30和溢流排出管32以及底流排出管34，它們在某些地方沒有示出。
由上述構件所形成的諸分離單元最好由一雙作用活塞缸裝置60夾持于一起，該活塞缸裝置可借助一手動泵61或一發動機裝置而使板62在雙箭頭的方向上移動，以改變“×”所示位置之間的距離。板62連接有可以繞銷64樞轉的拉桿65。拉桿65在遠離于板62的端部各具有一塞栓66，它支承在罩蓋構件5的凸緣45上。
圖7表示通過將拉桿65繞銷64徑向朝外樞轉而以受控制的方式打開和關閉該分離裝置的兩種不同的方案。
在該圖的右側，拉桿65通過底座構件1的一凸緣中的一徑向槽引導，并且拉桿65由槽中所設置的一壓縮彈簧67沿徑向方向朝分離裝置驅動。拉桿65上有一傾斜突起68a，同時與該突起相對地，在底座構件1的側壁上有一互補的傾斜突起68b。由于活塞缸裝置60的縮回，板62朝底座構件1移動，突起68a和68b彼此接觸起來，拉桿65克服壓縮彈簧67所施加的力而徑向朝外樞轉；分離裝置便可以打開。當使板62相對于底座構件1沿相反方向移動時，壓縮彈簧67將拉桿65徑向朝內推回—到突起68a和68b允許的程度—直至塞栓66與罩蓋構件5接觸起來；分離裝置便被關閉。這樣，便提供了對拉桿移動的機械控制。
在圖7的左側，拉桿65具有一突起69，它具有一銷70，該銷固定于一引導塊72的一個槽71中。由于活塞缸裝置60的縮回，板62朝底座構件1移動，銷70在槽71中朝上移動。由于槽71呈一個角度引導離開分離裝置，因而拉桿65在該徑向移動過程中朝外樞轉；分離裝置便可打開。當使板62相對于底座構件1沿相反方向移動時，銷70在槽71中的引導使得拉桿65徑向朝內移動，直至塞栓66與罩蓋構件5接觸起來；分離裝置便被關閉。這就提供了機械控制拉桿移動的另一種手段。
圖8、9和10表示本發明分離裝置81、82、83和84的一級聯管路，各分離裝置分別包括一進料口連接管81a、82a、83a和84a，一底流排出口連接管81b、82b、83b和84b，一溢流排出口連接管81c、82c、83c和84c，以及一泵裝置81d、82d、83d和84d。該分離裝置的級聯管路在例如分離裝置83所在位置還可以包括多個相同類型的分離裝置，它們以類似的方式彼此連接成級聯結構。
從一個容器(未更詳細地示出)處，管子97將含雜質的流體輸送到泵裝置81d。進料口連接管81a通過管子85連接于泵裝置81d。底流排出口連接管81b通過管子86連接于泵裝置82d。溢流排出口連接管81c排出含低濃度顆粒的溢流流體。進料口連接管82a通過管子87連接于泵裝置82d。底流排出口連接管82b通過管子88連接于泵裝置83d。溢流排出口連接管82c通過管子98連接于泵裝置81d，或將溢流流體通過一容器(未更詳細地示出)輸送到管子97。進料口連接管83a通過管子89連接于泵裝置83d。底流排出口連接管83b通過管子90連接于泵裝置84d。溢流排出口連接管83c通過管子91連接于泵裝置82d。進料口連接管84a通過管子92連接于泵裝置84d。溢流排出口連接管84c通過管子93連接于泵裝置83d。此外，泵裝置84d還連接有一用于供給清洗水的管子。諸分離裝置81—84由一框架95支承，該框架僅用示意的方式表示。
分離裝置81—84的級聯管路的操作如下。泵裝置81d通過引導至進料口連接管81a的管子85將含顆粒的流體輸送至分離裝置81。從分離裝置81，具有高濃度顆粒的底流流體通過底流口連接管81b和管子86輸送至泵裝置82d。具有低濃度顆粒的溢流流體也從分離裝置83通過溢流排出口連接管83c和管子91輸送至泵裝置82d。來自分離裝置81的底流流體與來自分離裝置83的溢流流體的混合物由泵裝置82d通過管子87和進料口連接管82a輸送至分離裝置82。以類似的方式，泵裝置83d通過底流排出口連接管82b和管子88接納來自分離裝置82的底流流體，并通過溢流排出口連接管84c和管子93接納來自分離裝置84的溢流流體。泵裝置83d將兩種流體通過管子89和進料口連接管83a輸送至分離裝置83。泵裝置84d通過底流排出口連接管83b和管子90接納來自分離裝置83的底流流體，并通過管子94接納清洗水，該清洗水流由泵裝置84d通過管子92和進料口連接管84a輸送至分離裝置84。最后，已通過級聯管路的所有級、因而其中顆粒濃度非常高的底流流體流出底流排出口連接管84b。
權利要求
1．一種從含顆粒流體中分離出顆粒的分離單元，該分離單元包括若干彼此平行而緊鄰的細長旋風式分離器(7)，每個具有一進料口(14e)、一溢流排出口(40)和一底流排出口(41)；一第一腔室(21)，旋風式分離器(7)的溢流排出口(40)開口進入該腔室；一第二腔室(20)，其中設置旋風式分離器(7)，該第二腔室含有旋風式分離器的進料口(14e)；以及一第三腔室(22)，旋風式分離器(7)的底流排出口(41)開口進入該腔室，第一、第二和第三腔室(21，20，22)沿旋風式分離器(7)的縱向方向看是疊置的。
2．如權利要求1所述的分離單元，其特征在于，第一、第二和第三腔室(21，20，22)基本呈圓筒形。
3．如權利要求1或2所述的分離單元，其特征在于，疊置是沿豎直方向。
4．如上述任一項權利要求所述的分離單元，其特征在于，第一腔室(21)在其鄰接于另一腔室的區域以外具有至少一個溢流腔室排出口(32)。
5．如上述任一項權利要求所述的分離單元，其特征在于，第二腔室(20)在其鄰接于另一腔室的區域以外具有至少一個旋風式分離器腔室進料口(30)。
6．如上述任一項權利要求所述的分離單元，其特征在于，第三腔室(22)在其鄰接于另一腔室的區域以外具有至少一個底流腔室排出口(34)。
7．一種從含顆粒流體中分離出顆粒的分離裝置，它包括若干如上述任一項權利要求所述的分離單元。
8．如權利要求7所述的分離裝置，其特征在于，這些分離單元沿旋風式分離器(7)的縱向方向看是疊置的。
9．如權利要求8所述的分離裝置，其特征在于，這些分離單元的疊置是沿豎直方向。
10．如權利要求7或8所述的分離裝置，其特征在于，這些分離單元的第一腔室(21)各具有至少一個溢流腔室排出口(32)，這些分離單元的第二腔室(20)各具有至少一個旋風式分離器腔室進料口(30)，這些分離單元的第三腔室(22)各具有至少一個底流腔室排出口(34)，各個分離單元的旋風式分離器腔室進料口、溢流腔室進料口和底流腔室進料口分別通過一進料口鄰接管(11)、一溢流排出口連接管(12)和一底流排出口連接管(13)彼此連接。
11．如權利要求10所述的分離裝置，其特征在于，各個分離單元的每組旋風式分離器腔室進料口(30)、溢流腔室排出口(32)和底流腔室排出口(34)基本設置成一條線。
12．如權利要求10或11所述的分離裝置，其特征在于，在每個分離單元的旋風式分離器腔室進料口(30)、溢流腔室排出口(32)和底流腔室排出口(34)與進料口連接管(11)、溢流排出口連接管(12)和底流排出口連接管(13)之間分別裝有一閥(31a，31b，31c)。
13．如權利要求8—12的任一項所述的分離裝置，其特征在于，疊置的諸分離單元通過拉桿(10；65)壓于一起。
14．如權利要求13所述的分離裝置，其特征在于，拉桿(10；65)設置在腔室(20，21，22)的外部。
15．如權利要求14所述的分離裝置，其特征在于，拉桿(10；65)在拆開分離裝置時可樞轉離開分離裝置。
16．從含顆粒流體中分離出顆粒的方法，使用若干如權利要求10所述的分離裝置，將來自一第一分離裝置(81，82，83)的一底流排出口連接管(81b，82b，83b)的流體輸送到一第二分離裝置(82，83，84)的進料口連接管(82a，83a，84a)，將來自第二分離裝置(82，83，84)的溢流排出口連接管(82c，83c，84c)的流體輸送到第一分離裝置(81，82，83)的進料口連接管(81a，82a，83a)。
全文摘要
一種從流體中分離出顆粒的裝置,它包括若干分離單元。每個分離單元包括若干彼此平行而緊鄰的細長的旋風式分離器(7)。每個旋風式分離器具有一進料口(14e)、一溢流排出口(40)和一底流排出口(41)。每個分離單元還包括:一第一腔室(21),旋風式分離器(7)的溢流排出口(40)開口進入該腔室;一第二腔室(20),其中設置旋風式分離器(7),該第二腔室含有旋風式分離器的進料口(14e);以及一第三腔室(22),旋風式分離器(7)的底流排出口(41)開口進入該腔室。這些腔室沿旋風式分離器的縱向方向看是疊置的。這些分離單元沿旋風式分離器的縱向方向看也是疊置的。
文檔編號B04C5/12GK1278460SQ00118729
公開日2001年1月3日 申請日期2000年6月20日 優先權日1999年6月21日
發明者W·F·呂普克斯, W·蒂默 申請人:霍凡克斯有限公司