高速洗選離心分離機的制作方法

專利名稱：高速洗選離心分離機的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有高效率洗選裝置的圓盤噴咀式離心分離機。
離心分離機是通過極迅速旋轉來分離具有不同比重或顆粒尺寸的物質的裝置，它在被處理物質上施加一離心力。通常，懸浮在液體中的固體粒子通過離心分離作用自液體主體中分離出來。
諸如在1957年1月29日公布的美國專利US-2，779，536、1977年2月1日公布的美國專利US-4，005，817、1978年1月10日公布的美國專利US-4，067，494中所公開的圓盤噴咀式離心分離機是一種雙錐形轉筒，它設有一分離腔，分離腔包括一疊旋轉分離圓盤，用于將供料懸浮液進行粒級分離，將它們分離成轉筒周圍濃漿產品形式的重粒級噴咀排出物及離心機頂部上清液形式的輕粒級排出物。
業已發現，這種型式的離心分離機應用于許多包括食品、制藥與化工的工業部門，以及廢品處理和采礦、石油工業。
近幾年來，諸如Dorr-Oliver公司的“MERCO”機的圓盤噴咀式離心分離機的工作容量已部分由于噴咀數目及其尺寸的增大而大為增加。利用這種機器可以比過去處理更大量的固體顆粒。高的供料容積流量及供料流的高顆粒含量，現在處于新型圓盤噴咀式離心分離機力所能及的范圍內。
在圓盤噴咀式離心分離機中，供料懸浮液自離心機的頂部并借助于重力沿轉子驅動軸向下輸入到轉子轉筒內，或自離心分離機的底部經一泵室向上輸入到轉子轉筒內。雖然二種供料系統都可以工作，實際上已經發現頂部供料的方法具有簡單的優點。
這些離心分離機常采用使一部分濃漿再循環回到離心分離機的裝置。借助于控制流經該機器的再循環物料數量，可以調節濃漿的濃度。這種再循環采取動力再循環方式或被動再循環方式。
在動力再循環方式中，利用一外置泵使一部分濃漿回流到供料槽，在那里，它在流到離心分離機之前與新鮮供料混合。當然，所需泵由外能源提供動力。
在被動再循環方式中，回流是利用由離心機運轉產生的力來獲得的，因而無須外置泵。離心機噴咀將濃漿排入離心機的環腔或蝸殼內，設置一根連于蝸殼的帶閥的濃漿導管，以便從該離心機內排出一部分濃漿。一回流導管通至濃漿導管，并把濃漿導管接到離心機底座內的一噴咀或噴口，后者通至離心機的泵室或葉輪室。在環腔或蝸殼中產生的適當成品落差驅動一部分濃漿經回流導管流到離心機的葉輪室，從那里，它被迫向上流向各噴咀和分離盤。
過去，借助于把少量洗漿液輸入回流導管，回流導管一直被用來完成一種有限的洗選功能。所謂“少量”是指20%到50%的洗漿液/濃漿排出容積比，大量洗漿液噴入回流導管勢必會阻塞或改變再循環流道，因為這種流動僅在某一低壓差下進行的。
洗選操作是用來減少在與離心機成品顆粒相關的液體中的可溶物。
本發明的目的是通過把大量洗漿液輸入離心機的轉子來改善具有濃漿再循環裝置的輪盤噴咀式離心分離機的洗選效率，從而達到排代洗選，同時提高該機器的再循環能力。
本發明設想直接向圓盤噴咀式離心分離機的轉子腔噴射較大量洗漿液，同時伴隨經再循環濃漿的回流。所謂大量，是用來包括自0.5倍以上至3倍于濃漿排出容積的洗漿液容積。因此，在具有X加侖/分排出率的一種典型的洗選離心分離機內，洗選率將包括自0.5X加侖/分以上至3X加侖/分的液體洗選率范圍。
洗漿液/再循環混合物輸入離心分離機分離腔-在那里它和新鮮供料會合-導致該供料的排代洗選。原先和供料相關的液體基本上被排到上清液中。
由于高的回流速率及高的進入分離腔的洗漿液速度，除了洗選功能改進之外，在固體顆粒分級方面完成了重大的改進。強的上流洗選淘選了轉子分離腔內的固體顆粒層，并把細粒升舉出流體層外，從而將它們沖到上清液中。
在本發明的一個實施例中，圓盤噴咀式離心分離機的回流導管和離心機轉子下部內的葉輪腔連通。設有一噴咀元件，將經再循環的濃漿在中心向上噴入葉輪腔。沖洗管有一噴咀，它自再循環噴咀元件內的沖洗管同心向上引出，這樣，洗漿液便經該再循環噴咀元件噴入葉輪腔。洗漿液小心流入葉輪腔為在離心分離機分離腔中的排代洗選創造了條件。此外，再循環噴咀元件和其洗漿液噴咀內側的并列構成了一文丘利喉管，具有這一結構伴生的壓力下降特性。這種壓力下降勢必增加回流導管內的流量，而這個流量由于在現有技術結構中所能達到的低壓差通常是比較低的，

圖1是具有使濃漿返回到離心分離機轉筒的裝置的圓盤噴咀式離心分離機局部剖視圖，表示將洗漿液輸入到離心分離機轉筒或葉輪腔的結構;
圖2和圖2A是沿圖1的2-2線所取的視圖，表示用于處理離心分離機分離腔中混合的回流與洗漿液的另一結構。
圖3是將混合的回流與洗漿液噴入分離腔的噴管的另一結構視圖。
圖4是按照本發明用于將帶回流的洗漿液輸入離心分離機的另一葉輪結構的放大剖視圖;
圖4a是圖4葉輪的軸測圖;
圖5是表示按本發明采用字速洗選改良漿供料而達到的改善排代百分率;
圖6類同于圖5的曲線，但表示采用不同的改良漿供料而達到的改善排代百分率;
圖7是另一曲線圖，其中匯編了在更寬的洗漿液/濃漿比范圍內用各種供料所獲得的結果。
在圖1中所表示的離心分離機10的結構包括在靜止殼體13內由垂直軸12支承的轉子11。正如現在將要詳細敘述的那樣，該轉子設有各種流道，包括一個流體供料的進口，一個排出稱作上清液的供料的較輕離心分離成份的出口，以及一個排出稱作洗漿的供料的較重離心分離成份的出口。轉子11由垂直配置軸12支承并驅動，軸12連接于垂直的共軸線的電動機驅動軸(未示出)。
殼體13能方便地由可分離部分18和19構成。部分18構成一蝸殼或環殼21，用于接納來自轉子11的離心分離上清液排出物，而部分19構成一蝸殼或環殼22，用于接納自來轉子11的濃漿排出物。
同樣，轉子11的本體最好由若干可分離的環形部件組成，包括主要部件23及分別配合的上、下部件24與27。部件23固定于轉子的下部或轉子的內構件27，后者連接于轉子軸12的下端。部件23和24借助于適當的裝置，如夾緊環29，保持在一起，在內構件27和轉子部件23與24的內表面30與31之間有一離心或分離腔32。
一疊普通截頭錐形軸向間隔的環形分離盤35與軸12同軸線地安裝在腔32內。許多等角度間隔的濃漿排出物噴咀36沿轉子主體件23的外周壁37分布，每一噴咀設有一排出孔，逆轉子11的旋轉方向指向(如圖2所示)。
具有噴咀36的轉子主體件23的周緣部分伸到由殼體件12構成的蝸殼22的喉部38內。
在離心分離機運轉時，濃縮物或濃漿成分被擠到腔32的靠近噴咀36的那部位，以便經噴咀排入殼體件19的濃漿接收蝸殼22內。該濃漿自濃漿蝸殼22經管40連續地輸送。
流體供料經一進口管42供給轉子11，進口管連接于環形垂直腔道43，后者在一對跟驅動軸12共軸對中的管件44與45之間形成。腔道43將供料向下排到在截頭圓錐件47和轉子內構件27之間形成的接收腔46內。該進料自接收腔46經通道48流入分離腔32內。
自截頭圓錐件47處向上伸展出若干支承一疊圓環35的助片41并形成通道51，后者適于離心分離機上清液成分的向上流動。可以看到通道51將殼體13內的上清液排到環殼21內。
在環形腔46內，配置有許多肋片或葉片52，肋片隨轉子內構件27一起轉動，因而使徑向向外運動撞擊到流徑腔46的供料流。
本發明的離心分離機適于一部分濃漿回流。殼體下件19及轉子11的下部27分別設有孔口58與59，跟離心分離機旋轉軸同軸對中。在轉子部分27的孔口59內裝有一個具有中心孔口64的連接件61以封閉葉輪腔55，后者由連接件61和轉子部分27構成。圍繞殼體19的孔口58固定著向上和向內指向的噴咀件67，它終止于連接件61內的孔口64內。
在葉輪腔55內，有一輪轂蓋69和許多葉片70。處在靠近分離腔32內的壁30的向上向外指向的管71連接于通道72，后者經轉子部分27跟葉輪腔55連通。管子71的上端在非常接近噴咀的入口處終止。
回流導管63一端連接于濃漿導管40，另一端向下拐彎，連接于殼19內的孔口58，一洗漿管75穿過回流導管63上的連接件79并向上跟回流導管同軸延伸，并終止于噴咀元件67內。
在運轉中，懸浮液供料經輸入管42輸入，該供料流入環形通道43內，并從那里流入腔46內，在那里，由葉片造成的徑向向外運動撞擊在懸浮液上。然后懸浮液供料經通道48輸入分離腔32，并在那里經受大的離心力，離心力將具有大比重的細粒驅向噴咀36，而較輕的細粒移至分離圓盤35。載有較輕細粒沿著肋片41之間的通道51作為上清液向上流入環形腔21。累積在圓盤35上的沉積物隨時在分離腔32內脫落，離心力驅使這種物質移向噴咀36。來自腔21的上清液從離心分離機排走，以便經導管28進一步處理或清除。
重的細粒，在分離腔32內跟經沖洗的回流接觸后，經噴咀36作為濃漿排入環殼22，并從那里被輸送到導管40，后者分支成裝閥的導管62及回流導管63。通過調節閥62，經導管62和63的液流得到控制，從而濃漿的濃度可得到調正。濃漿成品流經裝閥的導管62，從而離開該裝置。回流導管63連接于導管40，并將一部分濃漿經噴咀件67傳輸到離心分離機的葉輪腔55，沖洗噴咀75經噴咀元件67將大容量洗漿液噴入葉輪腔55內。由于沖洗噴咀75跟噴咀元件67同軸定位，在噴咀75與噴咀元件67內壁之間的環形空間81構成了一文丘利喉管。這樣，當液體經噴咀67和75流動時，在環形空間81內，便處于低壓狀態，這樣就增加了環殼22和噴咀元件67之間的壓力差。這一較大的壓力差確保了回流管63內流量增加。
來自導管63的液流與洗漿液的混合回流流入葉輪腔55，在那里輪轂蓋69引導高度稀釋流跟葉輪肋片或葉片70接觸。肋片傳給混合液徑向向外運動。葉輪迫使該液體經通道72流入噴管71。這樣噴管71將該液體噴入分離腔32內靠近噴咀36的進口端。在分離腔32內，來自噴管71的高度稀釋液流遇到在其中進行分離的液流。與供料的大比重成分相關的液體被從噴管71流出的大量稀釋液所代替。而含有高度可溶性成分的被取代的液體隨后經分離圓盤移向上清流。
在圖2中，在沿圖12-2線所取的剖面中，表示了噴咀36及其相關的噴咀71。從該圖中，可以清楚看到構成噴咀36排出孔的后邊范圍或凹口39。噴管71將高度稀釋的充量排到兩相鄰噴咀36之間，并靠近兩相鄰噴咀，從而取代供料的高度可溶性液體成分，低可溶性液體成濃漿流走，而高可溶性液體排至上清液。
在圖2A與3中，表示了在圖1、2中所示的噴管71和噴咀入口的另一結構。在此情況下，噴咀81在兩噴咀36之間向上延伸，但非常靠近噴咀的高度，并具有鉤形件83，它延伸到噴咀高度，賦予噴管一種“眼睛蛇”的外形。此外，噴咀36的入口或入口部成扇貝形85，這樣，重的細粒在噴咀入口處有一沉淀區或容積，以便積累物質，經噴咀噴出。噴管81的鉤子形狀有助于在扇貝形入口處集中稀釋的混合回流，因此，和供料流相關的并含其高度可溶性成分的液體被排至上清液。
在噴管71和81(如圖3所示)中，可設置靜止的混合元件80，以便促進洗漿液跟回流在噴入分離腔32之前徹底混合。
在圖4和4A中表示了供比圖1所示的具有更大容量的離心分離機用的另一葉輪構件。葉輪腔99包括一葉輪構件，后者包括一輪轂頂蓋91，頂蓋中固定著許多徑向葉片93，它們具有在其較下內部設置的升舉面95。在葉片93外端的下緣部位例如通過焊接或用別的方法固定在環件97內，后者直接或間接固定于轉子件98。圖4A的軸側圖表示這一葉輪構件，可以理解，這一葉輪構件隨離心分離機的轉子構件一起轉動，并自噴咀67(圖4)接收回流，同時自噴咀75接收洗漿液。輪轂頂蓋91將這一混合流導入各旋轉葉片93之間的空間，該葉片的升舉面95驅使混合流向上流向通至離心分離機分離腔內的噴管。
在處理流體時泡沫是極有害的，因此，必須采用去除氣體來減少離心分離機中泡沫的措施，這些氣體跟該工藝方法的供料、回流及洗漿液有關聯。在供料的情況下，該氣體在經圓管44端部之后與供料一起向下流入供料通道43，在圓管端這一地點，氣體沿圓管44外壁周圍的窄的環形通風道(未示出)上升，并流入蝸殼21內。蝸殼21或上清液導管28或兩者設有排泄氣體的通風管(未示出)。跟回流或洗漿液一起輸入并在葉輪腔55內被攪動的氣體經漸縮噴咀67周圍的通道66通入殼體19內。殼體設有通風裝置(未示出)以排出氣體。
為了保持高的流體流量并避免將夾帶的氣泡驅入轉子的提濃區，從洗漿水與回流混合物中去除氣泡是至關重要的。
0.5以上的洗漿液/濃漿排出比(W/U)對來自供料懸浮液的原液的排代百分率的影響用圖5和6的曲線表示。
關于圖5、6及7中術語“排代百分率”，這指的是采用本發明的洗選工藝方法自供料液體中去除的可溶物量。
其次，說明圖5，很清楚，經受按本發明的洗選的供料(經用硫酸鈉處理的改性淀粉)，在采用0.9洗漿液/濃漿排出比時，顯示出大約70%的原始可溶性成分被分理。當W/U比增加到2.1時，分離出的原始可溶性成分略大于15%而大約達到85%排代值。
在圖6中，表示用經鹽酸處理而改性，淀粉進行的試驗，賦以弱起泡性質，可以看到，在0.8以上至1.6W/U范圍內，代排百分率自小于60%增加到大約75%。
進一步增加W/U比，如在圖7中看到的可以達到超過90%的排代百分率值。
圖7表示的曲線，是從采用寬廣范圍內的洗漿液/濃漿液比的各種供料的許多試驗中產生的。二曲線表示在分離雜質百分率方面的改善，是通過采用跟稀釋洗選相反的高速洗選(排代洗選)得到的。可以看到，采用排代洗選，在W/U比大約為3時，可達到90%雜質的分離。
按照本發明的高速洗選工藝方法，在分級方面有很大好處，因為在離心分離機分離腔中的向內流動沖洗流使細粒全然升離流體層。例如，就供料中淀粉和10%朊的谷朊混合物情況下，在不采用稀釋時，可以獲得70%朊的上清液部分和6%的濃漿部分，在采用稀釋比W/U為2時，能得到包含不多于1%朊的濃漿部分(在上清液內仍然含有70%朊)。
借助這種高速洗選離心分離工藝方法僅僅根據尺寸也能分級同類固體顆粒。因此，在離心分離機內采用1.5W/U上升流洗選時，完成了從范圍自0.10微米至2.0微米的高嶺土顆粒混合物中分離小于0.25微米的高嶺土顆粒。
在不背離本發明的精神或基本特征的情況下本發明可以用其它各種具體的方式和工藝方法來實現。因此本實施例無論從哪一點看都被認為是解釋性的，而不是限制性的，因此，意圖是使由附加的權利要求書而不是由上面敘述指出的發明范圍以及包括在權利要求書的等同物的意義和范圍內的所有變化都被包含在內。
權利要求
1.在圓盤噴咀式離心機內進行的離心分離工藝方法中，其中濃漿的提濃借助于在由離心機建立的壓差下使一部分濃漿經一外導管回到該離心機來得到控制的，其改進包括將較大量的洗漿液直接噴到離心機內，以實現對新鮮供料的排代洗選。
2.按權利要求1所述的離心分離工藝方法，其特征在于將洗漿液以0.5以上至3.0的洗漿液/濃漿排出容積比噴到離心分離機內。
3.按權利要求2所述的離心分離工藝方法，其特征在于將洗漿液和回流濃漿基本同時噴到離心分離機內。
4.按權利要求3所述的離心分離工藝方法，其特征在于將洗漿液和回流濃漿噴射到分離機低至區內，因此在外導管內壓差增加，從而有利于回流濃漿流經所述導管。
5.按權利要求4所述的離心分離工藝方法，其特征在于所述低壓區是離心機內的一文丘利喉管，所述回流濃漿流經該喉管。
6.一種頂部供料的圓盤噴咀式離心分離機，具有一外部回流導管，以稍微提高的壓力將一部分濃漿自離心分離機噴咀的區域輸送到離心分離機底部葉輪腔，所述外部導管收尾成離心分離機內朝向葉輪腔的收縮噴咀，一根穿過一部分外部導管而收尾成在收縮管內并與其同軸以引導洗漿液噴入所述離心分離機內的沖洗噴咀的沖洗管，收縮噴咀和同軸的沖洗噴咀在它們之間構形一環形文丘利喉管，借此建立一降壓區，從而提高沿外部回流導管的壓差，便于回流濃漿流動。
7.一種圓盤噴咀式離心分離機，具有一個包括若干圓周噴咀并形成一內分離腔的轉子組件，一根用于將一部分濃漿自離心機噴咀的區域以提高的壓力輸送到轉子組件底部的葉輪腔的外部回流導管;一個在葉輪腔內的葉輪構件，連通葉輪腔與分離腔的流體引導裝置;所述外部導管收尾成朝向葉輪腔的收縮噴咀;一根穿過一部分外部導管而收尾成在收縮管內且與其同軸心以引導洗漿液噴射到葉輪腔內的沖洗噴咀的沖洗管，收縮噴咀和同軸的沖洗噴咀在它們之間構成一環形文丘利喉管，借此建立起一降壓區，從而提高沿外部回流導管的壓差，便于回流濃漿流動。
8.按權利要求7所述殼一種圓盤噴咀式離心分離機，其特征在于葉輪構件包括一輪轂件，若干自葉輪構件中心區延伸的徑向葉片，輪轂件具有圓錐輪廓，裝于葉片之上，并與其同軸心，圓錐輪廓的頂尖向下指向收縮噴咀。
9.按權利要求7所述的一種圓盤噴咀式離心分離機，其特征在于葉輪構件包括一輪轂件，若干自輪轂件延伸并固定于輪轂件內的徑向葉片，葉片的外底邊固定在轉子安裝環件內，所述輪轂件具有普通圓柱輪廓，其下端收尾成普通圓錐形，圓錐形的頂尖向下指向收縮噴咀，在輪轂件和所述外下邊之間的葉片內下邊構成弧形提升面。
10.按權利要求9所述的一種圓盤噴咀式離心分離機，其特征在于所述流體引導裝置包括若干自葉輪腔通至分離腔內的配合噴管的通道，所述噴管朝上向所述噴咀延伸，因此靠葉輪構件強制進入通道的洗漿液和回流混合液被所述噴管噴向所述噴咀。
11.按權利要求10所述的一種圓盤噴咀式離心分離機，其特征在于所述固定混合件配置于所述噴管內以促進洗漿液和回流徹底而均勻的混合。
12.按權利要求11所述的一種圓盤噴咀式離心分離機，其特征在于所述噴管延伸到最接近噴咀的高度，但處于相鄰噴咀之間，因此來自各噴管的洗漿液和回流混合液基本上被相鄰噴咀均分。
13.按權利要求12所述的一種圓盤噴咀式離心分離機，其特征在于在噴咀根部或入口的轉子組件的壁制成扇貝形以形成重細粒在經噴咀噴射之前可聚集在里面的凹陷處。
14.按權利要求13所述的一種圓盤噴咀式離心分離機，其特征在于所述每一個噴管在其上端裝有鉤形件，它集中洗漿液和回流混合液并有助于將它們引向所述噴咀。
15.按權利要求10所述的一種輪盤噴咀式離心分離機，其特征在于所述噴管伸入最接近于噴咀高度的區域，但處于相鄰噴咀之間，因此來自各噴管的洗漿液和回流混合液基本上為相鄰噴咀所均分。
16.按權利要求15所述的一種圓盤噴咀式離心分離機，其特征在于在噴咀根部或入口的轉子組件的壁制成扇貝形以形成重細粒在經噴咀噴射之前可聚集在里面的凹陷處。
17.按權利要求16所述的一種圓盤噴咀式離心分離機，其特征在于所述每一噴管在其上端裝有鉤形件，它集中洗漿液和回流混合液，并有助于將它們引向所述噴咀。
全文摘要
一種利用圓盤噴嘴式離心分離機把非常大量的洗漿液直接引入離心分離機內，以達到排代洗選和分級的作用。圓盤噴嘴式離心分離機具有一個用于濃漿再循環的回流導管，并設有一個用于同時將回流和洗漿液噴射到離心分離機的文丘利型構件。在文丘利構件處的壓降提高了回流導管內的流量。
文檔編號B04B15/12GK1061357SQ91110539
公開日1992年5月27日 申請日期1991年11月9日 優先權日1990年11月13日
發明者李介英, R·W·亨尼丘奇 申請人:多爾-奧利費公司