Сепаратор для відділення кристалів солей з суспензії

Изобретение относится к устройствам для отделения кристаллов солей от жидких сред, преимущественно насыщенных растворов, полученных при их концентрации в контактных замораживающих или газогидратных опреснителях-разделителях соленой воды. Наиболее близким к заявляемому техническому решению, принятым в качестве прототипа, является сепаратор для отделения кристаллов солей из суспензии, содержащий устройство для ввода суспензии, цилиндрический корпус, набранный из барабанов фильтрующей и отжимной камер с размещенным в нем шнеком и снабженных продольными щелями и жестко установленными между камерами скребками, а также сушильную камеру с газоотводом и устройство для вывода кристаллов солей с запорным конусом, при этом в качестве устройства для ввода суспензии используется щелевая камера с полуцилиндрическим дном, имеющим диаметр, соответствующий диаметру шнеку, а часть корпуса с длиной, равной 1-3 шагам шнека, размещена в щелевой камере [Авт.св. № 1378887, кл. В 01 D 9/00, 1988]. Использование такого устройства для ввода суспензии приводит к повышению нагрузки на фильтрующую и отжимную камеры, что снижает производительность и надежность сепаратора. Кроме этого, конструкция фильтрующей и отжимной камер известного устройства не предусматривает регулировку размера продольных щелей в барабанах, что ограничивает эффективность разделения суспензий с различным составом солевых кристаллов. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования сепаратора для отделения кристаллов солей из суспензии, в котором повышение эффективности отделения кристаллов солей из суспензии обеспечивается корректировкой граничной крупности кристаллов солей на входе в фильтрующую камеру в зависимости от солевого состава суспензий с помощью устройства для ввода суспензии, а также подбором оптимального значения ширины просвета в фильтрующей и отжимной камерах под заданную крупность кристаллов солей, отделяемых из суспензии, и за счет этого повышается производительность и надежность работы сепаратора при минимальных энергозатратах. Поставленная задача решается тем, что в сепараторе для отделения кристаллов солей из суспензии, содержащем устройство для ввода суспензии, цилиндрический корпус, набранный из барабанов фильтрующей и отжимной камер с размещенным в нем шнеком и снабженных продольными щелями и жестко установленными между камерами скребками, а также сушильную камеру с газоотводом и устройство для вывода кристаллов солей с запорным конусом, согласно изобретению, в качестве устройства для ввода суспензии на наружной поверхности корпуса сепаратора и на входе в фильтрующую камеру установлен гидроциклон, песковой насадок которого снабжен регулируемый резиновой манжетой, а на внутренней поверхности барабанов фильтрующей и отжимной камер размещены цилиндрические вкладыши с той же геометрией продольных щелей, но разрезанные вдоль оси сепаратора на две одинаковые половины с образованием двух диаметрально противоположных зазоров под клиновидные фиксаторы, радиальное смещение которых в одном направлении соответствует смещению вкладышей относительно барабана в окружном направлении с образованием просвета между щелями барабана и вкладыша шириной в диапазоне от максимального, равного ширине щели до минимального, соответствующего перекрытию этого просвета. Установка на входе фильтрующей камеры гидроциклона с регулируемым выходом пескового насадка в качестве устройства для ввода суспензии позволяет корректировать граничную крупность кристаллов солей на входе в фильтрующую камеру в зависимости от солевого состава суспензий. При этом наиболее мелкие кристаллы солей выводятся с рассолом из установки и не попадают в фильтрующие и отжимные камеры сепаратора, что предохраняет фильтрующий слой от забивания мелкодисперсной фракцией, снижая его гидравлическое сопротивление и повышая надежность работы сепаратора. Размещение на внутренней поверхности барабанов фильтрующей и отжимной камер цилиндрических вкладышей с той же геометрией продольных щелей позволяет с помощью клиновидных фиксаторов корректировать ширину просвета за счет окружного смещения вкладышей относительно барабана. Подбор оптимального значения ширины просвета под заданную крупность кристаллов солей, отделяемых из суспензии, позволяет фильтровать рассол при минимальном гидравлическом сопротивлении фильтрующего слоя из кристаллов солей, заполняющих объем продольных щелей во вкладышах перед таким просветом, что повышает производительность сепаратора при минимальных энергозатратах. На фиг. 1 представлена схема заявляемого сепаратора для отделения кристаллов солей из суспензии; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - узлы Б и С на фиг. 2 с изображением крайних положений I и II клиновидных фиксаторов. Устройство для ввода суспензии выполнено в виде гидроциклона 1, песковой насадок которого снабжен регулируемой резиновой манжетой 22 (фиг.1). Цилиндрический корпус сепаратора набран из барабанов фильтрующей 3 и отжимной 4 камер, снабженных продольными щелями 5 и жестко установленными между камерами скребками 6. За отжимной камерой соосно ей установлена сушильная камера 7, снабженная газоотводами 8. На внутренней поверхности барабанов фильтрующей и отжимной камер размещены цилиндрические вкладыши 9 и 10 с той же геометрией продольных щелей 11, но разрезанные вдоль оси сепаратора на две одинаковые половины с образованием двух диаметрально противоположных зазоров под клиновидные фиксаторы 12, выполненные в виде клина, переходящего в винт и снабженные гайкой 13 (фиг. 2). На фиг.3 показаны два крайних положения I и II клина фиксатора. Положение I соответствует максимальной величине просвета S, когда продольные щели 5, выполненные в барабане, совпадают по радиальному направлению с продольными щелями 11, выполненными во вкладышах. Положение II соответствует практически полному взаимному перекрытию продольных щелей в барабане и вкладышах. Промежуточное положение 0 является рабочим и корректируется для получения оптимальной величины просвета S в зависимости от солевого состава суспензии путем радиального смещения' клиновидных фиксаторов с помощью гаек 13. В сушильной камере 7 установлены скребки 14, выполненные полыми и соединенные с коллекторами 15 и 16 для циркуляции через них теплоносителя. Устройство для ввода кристаллов содержит запорный конус 17, установленный напрессовкой на бронзовую втулку 18, которая устанавливается на вал шнека по скользящей посадке. Цилиндрические пружины 19 установлены на направляющих втулках 20, фиксируемых шпильками 21 на фланцах конуса 17 и корпуса сепаратора. Наружный фланец 22, фиксируемый шпильками относительно корпуса сепаратора, используется как опорная площадка для пружин. Для повышения надежности уплотнения газового (парового) затвора при отсутствии поступления солевой массы на выходном фланце корпуса сепаратора установлено седло 23, выполненное из высокопрочного и обладающего упругой деформацией материала, например, капролона. Вдоль оси сепаратора размещен шнек 24. Сепаратор работает следующим образом. Суспензия из кристаллов солей и рассола под избыточным давлением (Рм = 1-2 бар) подается в гидроциклон 1, например, с помощью насоса. При этом через песковой насадок, снабженный резиновой манжетой 2, на первые лопасти шнека поступает сконцентрированная по твердой фазе (40 мас.%) суспензия, а через верхний сливной патрубок выводится большая часть рассола, содержащегося в исходной суспензии. Регулируя площадь выходного сечения пескового насадка с помощью резиновой манжеты, например, наполняя сжатым воздухом или водой под давлением, изменяют перепад давления на гидроциклон и, таким образом, корректируют граничную крупность сепарируемых кристаллов солей в зависимости от состава исходной суспензии. Предварительно сконцентрированная в гидроциклоне суспензия поступает с помощью шнека в фильтрующую камеру 3, откуда большая часть оставшегося рассола под действием перепада давления (ΔΡф = 1 бар) проходит через фильтрующий слой из кристаллов соли, заполнивших продольные щели 11 вкладыша 9, и выводится из сепаратора. Из фильтрующей камеры суспензия, сконцентрированная примерно до 58 мас.% (согласно опытным данным, полученным при сепарации суспензии - отходов производств содового завода), проходит с помощью шнека через жестко установленные скребки 6, предотвращающие вращение солевой массы, в отжимную камеру 4. Здесь под действием возрастающего давления, чему способствует уменьшение площади поперечного сечения в этой камере по ходу движения суспензии, часть остаточного рассола проходит через фильтрующий слой по аналогии с процессом в предыдущей камере. Суспензия, сконцентрированная примерно до 65 мас.% (согласно опытным данным по отжиму суспензий содового завода) с помощью шнека проталкивается в сушильную камеру 7. Здесь в результате нагрева теплоносителем через поверхность скребков 14 рассол испаряется и пар через газоотводы 8 выводится из сепаратора. При этом концентрация суспензии по твердой массе возрастает примерно до 95% и практически сухие кристаллы соли выводятся с помощью устройства вывода из сепаратора. Степень прессования солевых кристаллов, выходящих плотным слоем через щелевой зазор между запорным конусом 17 и седлом 23, регулируется в зависимости от состава солевой массы натяжением пружин 19 с помощью шпилек 21. Это позволяет обеспечивать газовую плотность сушильной камеры относительно окружающей среды, повышая надежность работы сепаратора. .Эксперименты по разделению суспензий содового производства, содержащих кристаллы солей с размерами диаметра в диапазоне 20-350 мкм, показали, что для таких суспензий оптимальным значением эквивалентного диаметра просвета ячейки фильтрующей камеры является d3 **350 мкм, чему соответствует ширина просвета, образованного продольными щелями: S@d3/2 =175 мкм. При этом оптимальная толщина фильтрующего слоя кристаллов соли составляет примерно d=2 ' 10"3 м, что для коэффициента перфорации Кп = 0,47 обеспечивает производительность фильтровальной камеры q = V/F @ 0,3 * 10-3(м3/с)/м2, где U объемный расход рассола, м2/с; F - поверхность фильтра, м2. Экспериментальные данные по разделению суспензии в фильтрующих камерах с различным эквивалентным диаметром d3 просвета ячейки показали, что корректировка dэ в зависимости от солевого состава суспензии, а также граничной крупности сепарируемых кристаллов на входе в шнековый сепаратор резко повышает надежность работы фильтра вследствие предотвращения его забиваемости мелкой фракцией. При этом повышается производительность сепаратора и снижаются энергозатраты на фильтрацию рассола.