专利名称：单级圆筒式离心萃取器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液液萃取设备，更具体地说，是一种单级圆筒式离心萃取器。
离心萃取器已广泛用于冶金、石油、化工、制药、核燃料后处理和废水处理等领域，并发展了多种结构形式，其中以单级的圆筒式离心萃取器的规格、型号最多。在《圆筒式离心萃取器》(原子能出版社，1982.叶春林)一书中介绍了桨叶混合式及环隙混合式两大类圆筒式离心萃取器。两者结构在堰区及两相出口的设置上有共同点重相堰区与轻相堰区重叠并设置在转鼓(其内有澄清室)上部，其重相档板设置在澄清室最上端，并构成澄清室的上盖;轻相出口位于重相出口下方。该结构不足之处是(1)，两相堰区相接，两相流道必须空间交错布置，使设备结构复杂化，也限制了流道断面积的加大。这对于处理粘性大或含有某些污物、固体微粒的体系时，极易形成流道堵塞。(2)在级联运行过程中，若其中某一级因机电故障而导致转鼓停转或将转鼓抽出进行维修时，即使两相进口正常进料，但由于轻相出口低于重相出口，混合相必然全部经轻相出口管排出，重相出口则断流，从而导致全线被迫停车。这对于萃取级数多达数十级的稀土萃取的级联运行尤为不利。为解决这一问题，在级数较少的核燃料后处理厂中采用增设级间管路和阀门的方法将故障级萃取器从级联中切除。但这种方法每级必须增加两个阀门和两段连通管。在级数较多时使管道布置复杂化，一次投资增加，阀门数量的增加反过来又带来了新的故障隐患。意大利Candelierx等人开发了一种圆筒式离心萃取器《乏燃料后处理新进展》(原子能出版社，1990，李庆芳等译)，其轻相堰和重相堰分别设置在转鼓的上下方;轻相出口位于重相出口上方;轻相进口及重相进口均在萃取器外筒的最下方，该处也构成萃取器的混合室;混合桨直插至混合室底部进口处;轻相从澄清室的轻相堰排出后，经过一双层导流盘的夹层通道引流至轻相收集室。这些结构特点使得某级萃取器转鼓停转时，进入转鼓内的混合相可因重力澄清作用而自然分相。转鼓抽出后，在外筒内实现重力澄清分相而保证了两相出口的正常流动，级联运行不会因此而中断。但该设备还存在如下不足(1)转鼓采用上悬式支承，不仅使设备结构复杂，而且占用空间也大;(2)转鼓与外筒间的动密封部位采用圆柱环隙密封，使混合室的混合液容易漏入重相收集室，从而造成重相夹带量大;(3)轻相导流板为双层结构，则要求夹层通道的入口要正对转鼓上的轻相堰出口，一旦由于安装或制造误差造成两口错位，则轻相甩出时会产生折流混合，从轻相夹带的气体也会在狭长的流道中通过时与液体混合而生成气液混合相，从而使轻相收集室内液面上升甚至串入重相收集室，造成重相夹带;(4)两相入口是直通的，这种结构在一级停机时，由于前级轻相出口液位高于后级重相出口液位而产生的静压头，会造成后3～4级重相出口流动不畅，且前级排出的有机相直接串入后几级的重相收集室，又由于出口不畅而使这3～4级内重相收集室液位上升，甚至串入轻相收集室中，从而造成两相严重夹带。
本发明的目的是提供一种两相夹带量小、结构简单、占有空间小的圆筒式离心萃取器。
本发明是这样实现的，采用直联式连接把电机固定在外筒的上方，从而简化了连接结构，减少了占用空间，为此电机的轴延伸出连接螺杆和定心轴，可以直接与转鼓连接。电机1的下端盖18固定在外筒4的顶盖19上。本发明为了减少两相的夹带量，采用了单层轻相导流罩;转鼓与外筒之间的动静结合部位用螺旋密封结构;重相、轻相入口有挡板隔断;重相挡板以上部分的转鼓为倒立圆锥形。
图1圆筒式离心萃取器的剖面图;
图2电机连接螺杆部位的局部示意图;
图3轻相导流罩剖面图;
图4圆筒式离心萃取器的A-A剖视图;
图5动静结合部分的示意图;
图6圆筒式离心萃取器的B-B剖面图;
图7转鼓抽出后萃取器的示意图;
图8最大分离容量与流比的关系。
下面结合附图详述本发明的结构。
由图1可见，本发明由电机1、轻相导流罩2、转鼓3、外筒4、混合桨5和混合室6组成，轻相导流罩2位于转鼓3之上，转鼓3位于外筒4的中部，转鼓3内澄清室7的轻相堰口8和重相堰口33分别位于转鼓3的上、下方，澄清室7内有纵向隔板12(见图6)，澄清室7下部设有重相挡板28和混合相口29(见图5)，混合相口29上面有防冲折流挡板30，外筒4上部为一双层同心圆筒，两层之间构成轻相收集室10，外筒4下部与转鼓3下部构成重相收集室11，外筒4下端有混合室6，混合室6内有混合桨5，电机1的轴13下端是连接螺杆14，螺杆14下端为定心轴15(见图2)。通过连接螺杆14与转鼓3的中心轴16上端的内螺纹连结而使电机1与转鼓3连成一体。当电机1转动时，转鼓3也随之转动。定心轴15插入中心轴16内，使转鼓3的轴与电机1的轴保持同心，可以减小转鼓3的旋转偏摆。定心轴15的长度要大于3倍的自身轴直径。电机1上端的轴承17为向心推力球轴承或圆锥滚子轴承，可以更好地承受转鼓3的轴向负荷。此外，电机1的下端盖18固定在外筒4的顶盖19上。通过端盖定心止口20使电机1与外筒4保持同心。上述电机1与转鼓3的直联式联接可以省去联轴器及上悬式支承，简化了设备，同时也使设备所占体积大大减小。轻相导流罩2是单层结构(见图3)，可用耐腐蚀工程塑料制造，它位于转鼓3上盖21之上，外筒4顶盖19之下(见图2)，用螺栓22固定在外筒4顶盖19上，并把顶盖19下表面全部封闭。轻相导流罩2通过定心止口23与外筒4同心，它的中间上方有液封槽24，可防止腐蚀性气体进入电机轴承。轻相导流罩2与转鼓3的上盖21之间构成了轻相流道25，由于流道宽阔，从轻相堰口8排出的液体基本上不发生气泡混合现象。转鼓3位于外筒4的中部，其中心轴16上有扩大段26，扩大段26中间开有孔，呈放射状，构成了轻相口27(见图2，4)。转鼓3下部有重相挡板28，它是一个带底座的与转鼓3同心的圆筒，其高度仅为澄清室7总高度的1/2～1/3，使两相出口位差加大，有利于停车时相分离。底座与中心轴16相连，混合相口29(见图5)位于重相挡板28底座中间与中心轴16的结合部，呈放射状，混合相口29上面置有防冲折流挡板30，它与混合相口29之间的距离为澄清室7总高的1/4～1/5，直径为轻相堰直径的1.1～1.3倍，它可通过焊接或其他方法固定在中心轴16上。防冲折流挡板30可减少轻相夹带量。转鼓3内设有若干块呈放射状的隔板12，把澄清室7、重相挡板28和防冲折流挡板30分割成若干部分(见图6)。转鼓3底部外壁处设有重相堰板32，其与重相挡板28底座之间构成重相流道，其小直径处即重相堰口33。转鼓3外壁下部为圆柱形，在重相挡板28以上的部分为倒立截头圆锥，锥角为8～12°，该结构有利于混合相向上而使澄清更好，减小两相的夹带。在转鼓3中心轴16下端有一与其紧配合的动环34，它套在外筒4重相收集室11内的静环35中，构成动静配合部分(见图5)，该部是螺旋密封，即在动环34上刻有螺纹，或同时在静环35上也刻有螺纹。在螺纹以上部分保留一段圆柱环隙，以便停车时保持密封。螺旋密封在转鼓3运转时使密封性能显著改善，大大降低了混合相从混合室6经动静配合部分漏入重相收集室11的量，使重相夹带降低约1个数量级。混合室6在外筒4的下方，倒插入外筒4的中间，用螺栓固定，该分装式配合不仅使加工简单，而且亦易调整混合室6与转鼓3同心。混合桨5连接在中心轴16下端(见图5)，可通过螺纹连接。混合室下端是轻相进口36和重相进口37，其中间有挡板38。当萃取器停转无抽吸力时，该挡板38可防止两相互串。不影响多级的正常分相。
从图1还可看出，轻相导流罩2、转鼓3、动环34、混合桨5的各自直径自上而下逐渐减小，因此，当卸开外筒4顶盖19的螺栓后，即可保证上述各部件与电机1同时从上部一次抽出，装卸速度很快，这大大有利于设备的维修。当各部件抽出后，剩下外筒4及混合室6(见图7)，其作用相当于一级具有管道混合器的混合澄清槽，两相从入口进入混合室，在上升过程中自然澄清分相，然后从轻、重相口分别排出、级联仍可连续运行。
两相在本发明萃取器中的流动情况如下轻、重两相分别从轻相进口36、重相进口37进入，经挡板38折流向上，在混合室6经混合桨5搅拌发生混合传质，混合相沿混合室6上升，从混合相口29进入转鼓3，绕过防冲折流挡板30进入被放射状径向隔板12均匀分割的澄清室7，随着转鼓3的转动，澄清室7内的混合相很快离心澄清。重相经过重相挡板28与转鼓壁之间的重相口9的环形流道，向下再经重相堰板32从重相堰口33排至重相收集室11。再经重相出口排至下一级萃取器。澄清后的轻相从轻相堰口8及具有放射状环形长孔的轻相口27，排出转鼓再经轻相流道25排至轻相收集室10。再从轻相出口排至下一级萃取器。
实施例1离心萃取器转鼓直径为75mm，转鼓内澄清室高度为100mm，轻相堰直径为38mm，重相堰直径为41mm，重相挡板高度为45mm，防冲折流挡板直径为44mm，澄清室7内隔板12为4块。介质体系轻相为正丁醇，重相为0.2N硝酸，两相密度比ρ0/ρA＝0.865，转鼓及混合浆叶转速为2800r/min，在流比O/A分别为1/5、1/3、1/2、1、2、4、6、8、10时测得了重相夹带小于1‰。轻相夹带＜2‰，它们的最大分离容量列于表1，其关系曲线见图8。
表1 不同流比时的最大分离容量流比O／A1／51／31／21 2 4 6 8 10最大分离容量［升／小时］140170 180 260 310 270 300 350 280实施例2用与实施例1相同的离心萃取器、介质体系和转速。在流比O/A＝2及总流量为270升/小时和240升/小时，分别测得了在转鼓突然停转和转鼓抽出后的两相夹带量，列表于2。
表2 不同工况时的相夹带夹带％ \工况 转鼓旋转转鼓停转转鼓抽出总流量 ε重 0.01 2 0.85270升／小时 ε轻 0.1 280.14总流量 ε重 0.01 1.5 1.0240升／小时 ε轻 0.1 132.2实施例3用与实施例1相同的离心萃取器进行8级级联水力学实验。介质体系轻相为煤油、重相为水。电机转速为2800r/min，流比O/A＝2，最大通量270升/小时，在正常运转时，分别断开第二、第六级电机电源，模拟机电故障所致转鼓停转条件，并抽出以上两级转鼓后分别测定了三种条件下级联两端出口机械夹带量，测得的重相出口和轻相出口夹带都在0.1%以下。同时观察到，一级停转或转鼓抽出后只在其下一级重相收集室出现液位稍有上升，但不会串入轻相收集室，级联运行正常。
从以上实施例来看，本发明不仅可以在电机停转或转鼓抽出时，级联运行仍很正常。而且在正常运行时，两相夹带量大大降低，本发明已通过工业规模的试验。
权利要求
1.一种单级圆筒式离心萃取器，它由电机1、轻相导流罩2、转鼓3、外筒4、混合桨5和混合室6组成，轻相导流罩2位于转鼓3之上，转鼓3位于外筒4的中部，转鼓3内澄清室7的轻相堰口8和重相堰口33分别位于转鼓3的上、下方，澄清室7内有纵向隔板12，澄清室7下部设有重相挡板28和混合相口29，混合相口29上面有防冲折流挡板30，外筒4上部为一双层同心圆筒，两层之间构成轻相收集室10，外筒4下部与转鼓3下部构成重相收集室11，外筒4下端有混合室6，混合室6内有混合桨5，其特征在于(1)电机1的轴13下端是连接螺杆14，螺杆14以下为定心轴15，通过连接螺杆14与转鼓3的中心轴16上端的内螺纹连结而使电机1与转鼓3连成一体，定心轴15插入中心轴16内，使转鼓3的轴与电机1的轴13保持同心，电机1的下端盖18固定在外筒4的顶盖19上，(2)轻相导流罩2是单层结构，固定在外筒4的顶盖19的下表面上，(3)转鼓3中部的中心轴16上部有扩大段26，扩大段26开有孔，呈放射状，构成轻相口27，转鼓3下部为圆柱形，重相挡板28以上的转鼓部分为倒立截头圆锥，锥角为8～12°，(4)转鼓3的动环34与外筒4的静环35的动静配合为螺旋密封，(5)混合室6的轻相进口36和重相进口37之间有档板38。
2.如权利要求1所述的离心萃取器，其特征在于电机1上端的轴承17为向心推力球轴承或圆锥滚子轴承。
3.如权利要求1所述的离心萃取器，其特征在于电机1的下端盖18有定心止口20。
4.如权利要求1所述的离心萃取器，其特征在于轻相导流罩2的中间上方有液封槽24。
5.如权利要求1所述的离心萃取器，其特征在于轻相导流罩2有定心止口23。
6.如权利要求1所述的离心萃取器，其特征在于混合室6倒插入外筒4内，用螺栓连接。
7.如权利要求1所述的离心萃取器，其特征在于定心轴15的长度大于它自身直径的3倍。
8.如权利要求1所述的离心萃取器，其特征在于重相挡板28高度为澄清室7总高度的1/2～1/3。
9.如权利要求1所述的离心萃取器，其特征在于防冲折流挡板30与混合相口29之间距离为澄清室7总高度的1/4～1/5，直径为轻相堰直径的1.1～1.3倍。
全文摘要
本发明是一种单级圆筒式离心萃取器，它包括电机、转鼓、外筒、混合桨、轻相导流罩和混合室。萃取器的轻相口和重相口分别位于转鼓的上、下方。电机直接联在转鼓的外筒上，转鼓下部呈圆柱形上部为倒截头圆锥形。转鼓与外筒的动静结合处为螺旋密封，澄清室内有防冲折流挡板，混合室倒插入外筒两相进口处有挡板，萃取器的上述结构，不仅在转鼓抽出时，级联运行仍可正常进行。同时，在不发生故障情况下，萃取器的两相夹带大大减小，从1％降到1‰～2‰。此外设备加工简单，整个设备不易偏离轴中心。设备占有空间也小。
文档编号B01D11/04GK1077137SQ9210242
公开日1993年10月13日 申请日期1992年4月10日 优先权日1992年4月10日
发明者杨宝光, 王厚恒 申请人:核工业第二研究设计院