Многоканальный поворотный клапан для направления текучих сред - RU2261391C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Это изобретение относится к многоканальному поворотному клапану для направления множества потоков текучих сред и, в частности, к усовершенствованному поворотному клапану для одновременного направления множества потоков текучих сред в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами и из этого устройства, применяемого для разделения многокомпонентной смеси текучих сред.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Системы для непрерывной контактной очистки текучих сред твердыми частицами применялись для осуществления разделения многокомпонентной смеси текучих сред на ее компоненты за счет использования различных показателей сродства твердых частиц к отдельным компонентам смеси текучих сред. Как правило, смесь текучих сред при таком разделении вводят в контакт со слоем твердых частиц. Когда текучая среда проходит дальше вниз по течению в слое твердых частиц, она обогащается теми компонентами, которые лишь слабо удерживаются твердыми частицами. С другой стороны, компоненты, которые прочно удерживаются твердыми частицами, восстанавливаются за счет введения в слой твердых частиц потока элюента для высвобождения этих компонентов из твердых частиц. В общем случае, эффективность разделения повышается, когда фаза текучей среды и фаза твердых частиц движутся навстречу друг другу. Вместе с тем, до сих пор не разработана эффективная и простая в эксплуатации система, в которой фаза твердых частиц действительно движется навстречу фазе текучей среды. Вместо этого применялись имеющие имитированный движущийся слой устройства для контактной очистки, в которых осуществляется имитация движения фазы твердых частиц. В такой системе, точки, в которых потоки подаваемой текучей среды и элюента вводятся в слой твердых частиц, и точки, в которых потоки обогащенных продуктов отводятся из слоя твердых частиц, перемещаются последовательно и с перерывами в направлении течения текучей среды. По мере увеличения количества точек введения текучей среды, этот процесс становится все больше похожим на процесс с непрерывным противоточным движущимся слоем. В то же время, система труб усложняется, а количество клапанов возрастает по экспоненциальному закону, в результате чего издержки становятся большими. Поэтому была предпринята попытка разработки многоканального поворотного клапана, чтобы заменить все клапаны в имитированном движущемся слое, при этом внешняя текучая среда вводится в разные точки в слое твердых частиц за счет поворота некоторых элементов в поворотном клапане таким образом, что некоторое отверстие сообщается с подходящей точкой в слое твердых частиц. Например, в патенте США №4569371, выданном Долейсу (Dolejs) и др., описан усложненный унитарный осевой многоканальный поворотный клапан, который содержит трехсекционный цилиндрический полый неподвижный корпус и цилиндрический поворотный корпус, установленный внутри неподвижного корпуса. Соединения, с помощью которых потоки подаваемой текучей среды и элюента вводятся в имитированный движущийся слой, а потоки продуктов выводятся из него, выполнены в неподвижном корпусе. Внутри поворотного корпуса выполнены различные каналы, которые оканчиваются на окружной поверхности этого поворотного корпуса, так что разные соединения могут становиться сообщающимися за счет поворота поворотного корпуса. Для гарантии успешной работы, такие корпусы необходимо изготавливать с очень высокой степенью точности. И даже с учетом этого, нужно предусматривать многочисленные усложненные уплотнения между неподвижным и поворотным корпусами для предотвращения перемешивания потоков различных текучих сред. Поскольку поворотный корпус подвержен эрозии при эксплуатации, то можно представить себе, насколько значительные усилия приходится затрачивать на ремонт клапана ввиду его сложности. Следовательно, такой клапан требует больших капиталовложений и затрат на техническое обслуживание.

В патенте США №5676826, выданном Росситеру (Rossiter) и Райли (Riley), описано устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, в котором применяется поворотный клапан для введения потоков текучих средств в это устройство и отвода их из него. Устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами согласно этому изобретению содержит множество камер, содержащих твердые частицы, причем эти камеры установлены на поворотной карусели. Клапан согласно этому изобретению содержит кольцевую неподвижную головку и кольцевую поворотную головку. Внутри неподвижной головки выполнены каналы, оканчивающиеся двумя группами отверстий на двух поверхностях неподвижной головки. Внешние текучие среды подаются в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, а потоки продуктов отводятся из устройства посредством первой группы отверстий на окружной поверхности неподвижной головки. Каналы для текучих сред, идущие от входного и выходного концов каждой камеры, сообщаются с другими секциями каналов, точно расположенных в поворотной головке. За счет синхронного поворота поворотной головки и карусели, каналы в этой головке совмещаются со второй группой отверстий на неподвижной головке, в результате чего между каналами для внешних текучих сред и выбранными камерами устанавливаются подходящие соединения. Количество каналов, выполненных в поворотной головке, очень большое, так как каждая камера снабжена двумя каналами: одним - для ее входного, а другим - для ее выходного конца. Следовательно, для того, чтобы гарантировать полное совмещение между некоторыми из такого большого количества каналов в поворотной головке и второй группой отверстий в неподвижной головке, изготовление такого клапана требует очень высокой степени точности, что приводит к большим издержкам. Кроме того, работа этого поворотного клапана требует синхронного поворота и поворотной головки клапана, и карусели камер. По мере увеличения масштаба эксплуатации и, следовательно, габаритов каждой из камер, эксплуатация становится дорогостоящей или даже практически невыгодной.

Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать усовершенствованный поворотный клапан для направления множества потоков текучих сред в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, применяемое для разделения многокомпонентной смеси текучих сред, причем этот клапан не должен иметь недостатков известных поворотных клапанов. Другие преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего описания изобретения.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, настоящее изобретение относится к многоканальному поворотному клапану, который имеет неподвижную круглую головку, которая имеет, по меньшей мере, одно основное отверстие для соединения с потоком текучей среды и, по меньшей мере, одно вспомогательное отверстие. Из практических соображений, предпочтительно наличие нескольких основных и вспомогательных отверстий для соединения, например, с оборудованием для разделения текучих сред.

Неподвижная головка, которая может содержать несколько отверстий и может быть выполнена в виде составного сборочного узла, включает, по меньшей мере, один первый окружной канал, который сообщается с основным отверстием, и, по меньшей мере, один второй концентричный окружной канал, сообщающийся со вспомогательным отверстием или отверстиями.

Предусмотрена поворотная головка, имеющая, по меньшей мере, одну радиальную камеру, причем эта радиальная камера включает первое и второе отверстия для соединения с, по меньшей мере, одним из первых каналов и одного из вторых отверстий.

Клапан включает шаговый привод для поворота поворотной головки между предварительно выбранными основным и вспомогательным отверстиями.

В предпочтительном конкретном варианте осуществления поворотный клапан имеет множество отверстий для соединения с множеством каналов подачи внешних текучих сред для направления потоков текучих сред, содержащихся в этих каналах, в соответствии с предварительно определенным циклом, в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами и из этого устройства, которое содержит множество зон разделения, предназначенных для разделения многокомпонентной смеси текучих сред. Поворотный клапан обеспечивает соединение канала подачи текучей среды, по большей мере, с одним другим каналом подачи текучей среды и предотвращает перемешивание текучих сред, содержащихся в разных каналах подачи текучих сред, когда такие текучие среды протекают через устройство. По истечении предварительно определенного времени, один из любых двух взаимно соединенных каналов подачи текучих сред заменяется другим каналом подачи текучей среды за счет движения элемента поворотного клапана таким образом, что текучая среда направляется в другое положение или из него внутри устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Поворотный клапан проходит аналогичным образом через другие положения или шаговые перемещения в соответствии с предварительно определенным циклом.

В предпочтительном конкретном варианте осуществления поворотный клапан содержит множество взаимодействующих узлов: круглую поворотную головку, имеющую первую и вторую противоположные поверхности, и, по меньшей мере, один узел неподвижной головки, имеющий первую и вторую противоположные поверхности. Узлы поворотной и неподвижной головок имеют круглые формы, по существу, равных диаметров. Поворотная головка расположена рядом с одной неподвижной поверхностью узла неподвижной головки таким образом, что центры узлов, по существу, совпадают, и поворачивается вокруг оси поворота, которая проходит перпендикулярно круглым поверхностям узлов и через их, по существу, совпадающие центры. Узел поворотной головки принудительно введен в контакт с узлом неподвижной головки посредством усилия, которое приложено к поверхности поворотной головки, противоположной узлу неподвижной головки.

Во второй неподвижной поверхности, примыкающей к поворотной головке, выполнено множество концентричных окружных каналов. На поверхности узла неподвижной головки, противоположной узлу поворотной головки, предусмотрено множество основных соединений, посредством которых текучая среда подается во все устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами или отводится из этого устройства. Каждое основное соединение сообщается с цилиндрическим основным расточенным каналом, который проходит по всей толщине узла неподвижной головки, на котором расположены все основные соединения, и оканчивается в одном из концентричных круговых каналов того же узла неподвижной головки. На окружности, концентричной с окружными каналами, расположено множество равноотстоящих друг от друга вспомогательных соединений, которые связаны с тем же или другим узлом неподвижной головки и образуют матрицу соединений с промежуточными точками, представляющими конец одной и начало другой зоны разделения внутри устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Каждое вспомогательное соединение сообщается с отдельным цилиндрическим вспомогательным расточенным каналом, который проходит по всей толщине неподвижной головки, на которой это соединение закреплено, и который совмещен с вспомогательным соединением. Количество вспомогательных соединений равно количеству зон разделения устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, так что каждая зона разделения в подходящий момент соединяется с одним вспомогательным соединением.

В пределах толщины узла поворотной головки выполнено множество радиальных камер или каналов, обеспечивающих сообщение между основными соединениями и каждым из вспомогательных соединений. Количество радиальных камер равно количеству концентричных окружных каналов. Каждый радиальный канал соединяет цилиндрический вспомогательный расточенный канал, который сообщается с выбранным вспомогательным соединением, с цилиндрическим основным расточенным каналом, который сообщается с одним из основных соединений посредством одного из окружных каналов, обеспечивая тем самым подачу текучей среды, присутствующей в основном соединении, в зону разделения, или обеспечивая подачу текучей среды из другой зоны разделения к другому основному соединению. В предварительно определенный момент, узел поворотной головки поворачивается и переходит в следующее положение или совершает следующее шаговое перемещение, так что текучая среда последовательно подается в следующие зоны разделения или отводится из этих зон. Таким образом, каждая зона разделения осуществляет разделение компонентов текучей среды за определенное время и последовательно обрабатывается элюентом, так что разделяющая способность твердых частиц восстанавливается для дальнейшего использования при разделении через одинаковое определенное время.

Часто считается, что твердые частицы восстановлены, когда их разделяющая способность восстановлена до такой степени, что они становятся пригодными для осуществления разделения, когда снова вступают в контакт с многокомпонентной смесью текучих сред. Поворот узла поворотной головки также можно начинать, когда концентрация некоторого компонента смеси текучих сред, поступающей из зоны разделения, достигает предварительно определенного уровня. Разделение компонентов смеси текучих сред осуществляется непрерывно и бесконечно в течение всего поворота узла поворотной головки. Другие преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего, приводимого вместе с прилагаемыми чертежами, подробного описания предпочтительного в настоящее время конкретного варианта осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 изображена условная схема многозонного устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, предназначенного для разделения многокомпонентной смеси текучих сред.

На фиг.2 изображено вертикальное сечение первого варианта осуществления поворотного клапана согласно настоящему изобретению, в котором в качестве средства приложения усилия применяется поршень.

На фиг.3 изображено сечение в увеличенном масштабе уплотнительного механизма между поршнем и кожухом поршня.

На фиг.4 изображено вертикальное сечение первого варианта осуществления поворотного клапана согласно настоящему изобретению, в котором в качестве средства приложения усилия применяется эластичный баллон высокого давления.

На фиг.5 изображен вид сверху узла неподвижной головки в первом варианте осуществления поворотного клапана согласно настоящему изобретению.

На фиг.6 изображен вид сверху поворотной головки в первом варианте осуществления поворотного клапана согласно настоящему изобретению.

На фиг.7 изображено вертикальное сечение второго предпочтительного варианта осуществления поворотного клапана согласно настоящему изобретению, включающего два узла неподвижных головок и один узел поворотной головки.

На фиг.8 изображен вид сверху первого узла неподвижной головки во втором предпочтительном варианте осуществления поворотного клапана согласно настоящему изобретению.

На фиг.9 изображен вид сверху второй неподвижной головки во втором предпочтительном варианте осуществления поворотного клапана согласно настоящему изобретению.

На фиг.10 изображен вид сверху поворотной головки во втором предпочтительном варианте осуществления поворотного клапана согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предпочтительный вариант осуществления многоканального поворотного клапана согласно настоящему изобретению изображен и описан вместе с устройством для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, в котором многокомпонентная смесь текучих сред разделяется на ее компоненты за счет различных показателей сродства компонентов смеси текучих сред с твердыми частицами. В этом варианте осуществления компоненты смеси текучих сред удерживаются в твердых частицах более или менее прочно, в зависимости от своих показателей сродства с твердыми частицами. Менее прочно удерживаемые компоненты переносятся в потоке текучей среды и концентрируются в некоторой точке, находящейся ниже по течению от той точки, в которой смесь подаваемых текучих сред вводится в слой твердых частиц. Для обозначения потока, содержащего менее прочно удерживаемые компоненты, в данном описании употребляется термин "рафинат" или очищенный поток. Более прочно удерживаемые компоненты концентрируются на твердых частицах и восстанавливаются элюентом, который повторно высвобождает их из твердых частиц. Для обозначения потока текучей среды, содержащего прочно удерживаемые компоненты, в данном описании употребляется термин "экстракт" или "экстрагируемый поток". Чтобы процесс разделения проходил непрерывно, точки, в которых смесь подаваемых текучих сред и элюент вводятся в слой твердых частиц, и точки, в которых рафинат и экстракт выводятся из слоя твердых частиц, следует периодически перемещать вдоль этого слоя в направлении течения текучей среды. Таким образом, можно считать, что создается имитация твердых частиц, движущихся навстречу текучей среде.

На фиг.1 имитированный движущийся слой 100 твердых частиц, который используется вместе с поворотным клапаном для направления текучих сред согласно настоящему изобретению, содержит множество одиночных уплотненных слоев 1-8, последовательно соединенных друг с другом. Количество одиночных уплотненных слоев, показанных на этом чертеже, служит только для иллюстрации работы предлагаемого технического решения, но можно использовать любое количество слоев, которое больше или равно четырем. Выходной конец каждого одиночного уплотненного слоя соединен с входным концом следующего вниз по течению одиночного уплотненного слоя для образования замкнутого контура циркуляции. Каждый одиночный уплотненный слой действует как зона разделения, в которой смесь текучих сред обогащается менее прочно удерживаемыми компонентами, когда эта смесь текучих сред протекает по направлению к выходному концу уплотненного слоя. В то же время, более прочно удерживаемые компоненты смеси текучих сред постепенно удаляются из текучей среды и удерживаются в твердых частицах. В альтернативном варианте, зоны разделения могут находиться в одном резервуаре, но отделены друг от друга подходящими средствами отделения, такими, как экран или средство распределения текучей среды, которое может создавать, по существу, равномерное распределение текучей среды по поперечному сечению зоны. В последней конфигурации, твердые частицы содержатся в резервуаре, а средство распределения текучей среды служит в качестве демаркационных линий между двумя соседними зонами разделения. Поток 20 подаваемой текучей среды вводится в имитированный движущийся слой 100 через поворотный клапан 200 согласно настоящему изобретению и через трубу 5а для текучих сред, ведущую к входному концу одиночного уплотненного слоя 5. Очищенный поток 21 выводится из имитированного движущегося слоя 100 через поворотный клапан 200 по трубе 6b для текучих сред, проходящей от выходного конца одиночного уплотненного слоя 6. Поток 22 элюента вводится в имитированный движущийся слой 100 через поворотный клапан 200 и через трубу 1а для текучих сред, проходящую к входному концу одиночного уплотненного слоя 1. Экстрагируемый поток 23 выводится из имитированного движущегося слоя 100 через поворотный клапан 200 по трубе 2b для текучих сред, проходящей от выходного конца одиночного уплотненного слоя 2. Средство 300 перемещения текучей среды, такое, как насос, обеспечивает непрерывную рециркуляцию текучей среды через последовательность одиночных уплотненных слоев.

На фиг.2 изображено вертикальное сечение поворотного клапана согласно настоящему изобретению. Поворотный клапан 200 содержит два основных узла: узел 400 неподвижной головки и поворотную головку 500, причем обе головки имеют круглую форму и, по существу, одинаковый диаметр, а каждая из них имеет противоположные поверхности. Неподвижная поверхность 401 узла 400 неподвижной головки расположена рядом с поворотной поверхностью 501 поворотной головки 500. Неподвижная головка предпочтительно изготовлена из полимерного материала, обладающего высокой стойкостью к абразивному износу и химически совместимого с компонентами смеси текучих сред; такой полимерный материал может быть выбран из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности, полиэтилена сверхвысокой плотности, полипропилена, политетрафторэтилена (ПТФЭ), эластомерного сополимера татрафторэтилена и гексафторпропилена (ЭСТФЭиГФП), перфторалкоксиалкана (ПФАОА), сополимера этилена и тетрафторэтилена (СЭиТФЭ), статистического сополимера этилена и хлортрифторэтилена (ССЭиХТФЭ), полихлортрифторэтилена (ПХТФЭ), поливинилхлорида (ПВХ), поливинилиденфторида (ПВДФ), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), а также их производных. Узел неподвижной головки также может быть изготовлен из обрабатываемого металла, который совместим с компонентами смеси текучих сред, подлежащей разделению, и может быть выбран из группы, состоящей из латуни, бронзы, углеродистых сталей, нержавеющих сталей, монеля (никелево-медного сплава), никеля, титана, циркония, сплавов никеля, хрома и железа, а также сплавов никеля, железа и молибдена. По выбору, узел неподвижной головки может быть изготовлен из двух соединенных или скрепленных друг с другом плит, одна из которых несколько больше другой, так что обеспечивается наличие точек, например, по окружности большей плиты, для соединения узла клапана с неподвижной опорой. Узел поворотной головки предпочтительно изготовлен из обрабатываемого металла, который совместим с компонентами смеси текучих сред, подлежащей разделению, и может быть выбран из группы, состоящей из латуни, бронзы, углеродистых сталей, нержавеющих сталей, монеля, никеля, титана, циркония, сплавов никеля, хрома и железа, а также сплавов никеля, железа и молибдена. Узел поворотной головки также может быть изготовлен из полимерного материала, обладающего высокой стойкостью к абразивному износу и химически совместимого с компонентами смеси текучих сред; такой полимерный материал может быть выбран из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности, полиэтилена сверхвысокой плотности, полипропилена, политетрафторэтилена (ПТФЭ), эластомерного сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена (ЭСТФЭиГФП), перфторалкоксиалкана (ПФАОА), сополимера этилена и тетрафторэтилена (СЭиТФЭ), статистического сополимера этилена и хлортрифторэтилена (ССЭиХТФЭ), полихлортрифторэтилена (ПХТФЭ), поливинилхлорида (ПВХ), поливинилиденфторида (ПВДФ), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), а также их производных. Узел поворотной головки расположен рядом с узлом неподвижной головки таким образом, что его поворотная поверхность 501 сопряжена с возможностью взаимодействия с неподвижной поверхностью 401 узла неподвижной головки, а центры этих узлов, по существу, совпадают, и выполнена с возможностью поворота вокруг оси 600 поворота, которая проходит перпендикулярно круглым поверхностям узлов и через их, по существу, совпадающие центры. Кожух 700 поршня, имеющий круглую форму и, по меньшей мере, одну плоскую поверхность 701, расположен на узле поворотной головки напротив узла неподвижной головки, так что плоская поверхность 701 кожуха поршня примыкает к узлу поворотной головки. В кожух поршня в направлении от узла 500 поворотной головки заглублена кольцевая цилиндрическая впадина 702. Кожух 700 поршня прикреплен к узлу 500 поворотной головки таким образом, что оба они поворачиваются одновременно. Внутри кольцевой цилиндрической впадины 702 установлен кольцевой поршень 703, уплотненный у кожуха 700 поршня с помощью уплотнительного средства 704, такого, как металлическое кольцо или кольцо круглого поперечного сечения, изготовленное из полимерного материала, или с помощью иных кольцевых деталей, выполненных с возможностью обеспечения непроницаемого уплотнения между цилиндрическими поверхностями поршня и кожуха поршня. На фиг.3 приведен пример такого уплотнения, содержащего металлическое или пластмассовое изнашиваемое кольцо 710 в соединении со сжимаемым кольцом 711, изготовленным из полимерного материала. Поршень 703 не занимает всю глубину кольцевой цилиндрической впадины 702, так что между ними остается некоторое пространство 705. В пространство 705 через соединение 706 подается сжатый газ или гидравлическая текучая среда, так что к узлу 500 поворотной головки прикладывается усилие, под действием которого узел 500 поворотной головки принудительно упирается в узел 400 неподвижной головки, обеспечивая уплотняющее воздействие между узлом 500 поворотной головки и узлом 400 неподвижной головки. К поршню 703 примыкает и прикреплена неподвижная опорная плита 800. Эта неподвижная опорная плита 800 также прикреплена к узлу неподвижной головки для обеспечения устойчивости всего узла клапана в целом. Можно использовать и другие средства для приложения усилия к узлу поворотной головки, выполняющие ту же самую функцию, по существу, аналогичным образом и с достижением, по существу, аналогичного результата. Например, вместо поршня можно предусмотреть эластичный баллон высокого давления для достижения того же самого результата. Этот конкретный альтернативный вариант осуществления изобретения показан на фиг.4. Неподвижный кожух 750 эластичного баллона, имеющий круглую форму и, по меньшей мере, одну плоскую поверхность 751, расположен около узла 500 поворотной головки и напротив узла 400 неподвижной головки. Между узлом 500 поворотной головки и узлом 750 кожуха эластичного баллона расположены упорные подшипники 752 для обеспечения существенной устойчивости узлу поворотной головки во время его поворота. Кожух 750 эластичного баллона вмещает, по меньшей мере, один кольцеобразный эластичный баллон 753, который находится в кольцевом канале 754, который заглублен в кожух 750 эластичного баллона. Сжатый газ или гидравлическая текучая среда подается в эластичный баллон 753 через соединение 755, так что к упорным подшипникам 752 и узлу 500 поворотной головки прикладывается усилие, за счет которого узел 500 поворотной головки принудительно упирается в узел 400 неподвижной головки. К кожуху 750 эластичного баллона примыкает и прикреплена неподвижная опорная плита 800. Эта неподвижная опорная плита 800 также прикреплена к узлу 400 неподвижной головки для обеспечения устойчивости всего узла клапана в целом. Возможны и другие конкретные варианты осуществления средства приложения усилия. Например, соединение кожуха 700 поршня с поршнем 703 можно заменить сплошной плитой, которая расположена между узлом 500 поворотной головки и неподвижной опорной плитой 800 и прикреплена к этой неподвижной опорной плите 800. Через опорную плиту 800 проходит множество затягивающих крепежных деталей для приложения усилия к узлу 500 поворотной головки. Эти затягивающие крепежные детали нужно время от времени регулировать для поддержания, по существу, постоянного усилия, прикладываемого к узлу 500 поворотной головки.

В неподвижную поверхность 401 неподвижной головки заглублено множество концентричных окружных каналов, таких, как 411, 412, 413 и 414. Таким образом, текучая среда, поступающая в окружной канал в любой точке в окружном канале, становится доступной везде в этом канале. Количество концентричных окружных каналов равно количеству потоков текучих сред, которые должны подаваться в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами и отводиться из этого устройства. Таким образом, при обычном разделении, в процессе которого два входных потока (один - подаваемой смеси текучих сред и один - элюента) подаются в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, а два выходных потока (один - очищенный и один - экстрагируемый) отводятся из устройства, необходимо иметь четыре концентричных окружных канала. В других ситуациях, когда количество подаваемых продуктов превышает единицу, или требуется более одного элюента, количество концентричных каналов будет больше четырех, но всегда будет равно сумме количеств входных и выходных потоков. Чтобы предотвратить утечку текучей среды между соседними окружными каналами или утечку текучей среды из клапана, между двумя соседними каналами или вблизи краев узла неподвижной головки предусмотрена окружная сливная канавка 430. Из каждой сливной канавки по всей толщине узла неподвижной головки проходит сливное отверстие 431 для отвода любой текучей среды, протекающей в сливную канавку. Кроме того, утечку текучей среды можно также предотвратить с помощью расширяемых окружных уплотнений, расположенных на неподвижной поверхности 401 узла 400 неподвижной головки на любой стороне каждой сливной канавки 430. Каждое из расширяемых окружных уплотнений содержит пружину, расположенную внутри кожуха, изготовленного из полимерного материала, и размещено в окружной канавке для уплотнения, выполненной на поверхности 401. Комбинация противоположно направленных действий пружины и средства приложения усилия исключает любую утечку текучей среды вследствие любого неожиданного зазора, который может возникнуть между узлом поворотной головки и узлом неподвижной головки.

Через неподвижную поверхность 404 узла неподвижной головки, противоположную узлу поворотной головки, проходит множество основных отверстий или основных соединений, таких, как 421, 422, 423 и 424, через которые текучая среда подается в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами и отводится из этого устройства. Таким образом, количество основных соединений равно сумме количеств потоков текучих сред, вводимых в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, и выходных потоков текучих сред, отводимых из этого устройства, и может быть больше четырех. Каждое из этих основных соединений сообщается с цилиндрическим основным расточенным каналом, который проходит по всей толщине неподвижной головки и оканчивается в одном из концентричных окружных каналов. Множество вспомогательных отверстий или вспомогательных соединений 425 равно отстоят друг от друга и расположены на окружности, концентричной с каналами, по всей неподвижной поверхности 404 узла неподвижной головки. Входной конец каждого одиночного уплотненного слоя сообщается с одним таким вспомогательным соединением посредством отдельной трубы для текучих сред. Таким образом, количество вспомогательных соединений равно количеству одиночных уплотненных слоев. Каждое вспомогательное соединение 425 сообщается с цилиндрическим вспомогательным проточенным каналом 435, который проходит по всей толщине неподвижной головки и оканчивается в отверстии на неподвижной поверхности 401. На фиг.5 показан вид сверху узла неподвижной головки со скрытыми местами основных соединений 421, 422, 423 и 424, а также вспомогательных соединений 425. На фиг.5 также показаны концентричные каналы 411, 412, 413 и 414, каждый из которых сообщается с основным соединением 421, 422, 423 и 424. Хотя в данном предпочтительном конкретном варианте осуществления показано, что матрица вспомогательных соединений расположена на окружности, имеющей промежуточный диаметр, эта окружность может иметь диаметр, больший, чем диаметр наибольшего окружного канала, или меньший, чем диаметр наименьшего окружного канала, но это не повлияет на функционирование предлагаемого технического решения. Основное соединение 421 служит, например, для переноса очищенного потока из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами в удаленное место. Основное соединение 422 служит, например, в качестве точки введения текучей среды элюента в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Основное соединение 423 служит, например, в качестве точки введения подаваемой текучей среды в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Основное соединение 424 служит, например, для переноса экстракта из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами в удаленное место. На фиг.6 показан вид сверху узла поворотной головки в первом варианте осуществления настоящего изобретения. В узел поворотной головки заглублено множество радиальных камер или U-образных полостей. Количество таких U-образных полостей равно количеству основных соединений или количеству концентричных каналов. На этой фигуре изображены в качестве примера четыре таких U-образных полости, скрытые при виде сверху. Понятно, что может быть предусмотрено больше четырех U-образных полостей, когда суммарное количество потоков текучих сред, подаваемых в устройство для контактной очистки и отводимых из этого устройства, больше четырех. Каждая U-образная полость обеспечивает средство для сообщения между концентричными каналами в узле неподвижной головки и отличающееся вспомогательное соединение в этом узле, так что текучая среда, присутствующая в концентричном канале, доступна для отличающегося одиночного уплотненного слоя за счет наличия вспомогательного соединения и наоборот. U-образная полость 451 соединяет крайний снаружи окружной канал 411 с первым вспомогательным соединением 425а. Через эту полость, окружной канал 411 и вспомогательное соединение 425а очищенный поток из одиночного уплотненного слоя, соединенного со вспомогательным соединением 425а, выводится из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. U-образная полость 452 соединяет окружной канал 412 со вторым вспомогательным соединением 425b. Через эту полость, окружной канал 412 и основное соединение 422 поток элюента вводится во второй одиночный уплотненный слой. U-образная полость 453 соединяет окружной канал 413 с третьим вспомогательным соединением 425с. Через эту полость, окружной канал 413 и основное соединение 423 поток подаваемой текучей среды вводится в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. U-образная полость 454 соединяет четвертый окружной канал 414 с четвертым вспомогательным соединением 425d. Через эту полость, окружной канал 414 и основное соединение 424 экстрагируемый поток из одиночного уплотненного слоя, соединенного со вспомогательным соединением 425а, отводится из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Относительные положения вспомогательных соединений 425а, 425b, 425с и 425d зависят от конкретного разделения, для которого применяется устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Например, факторы, которые влияют на количество одиночных уплотненных слоев в последовательности между местами любых двух из вспомогательных соединений 425а, 425b, 425с и 425d, включают, но не в ограничительном смысле, тип уплотнения твердых частиц, сродство твердых частиц к каждому компоненту смеси текучих сред, скорость протекания смеси текучих сред через слои, температуру смеси текучих сред и тип элюента. Теперь будет подробно описано функционирование поворотного клапана согласно настоящему изобретению в связи с имеющим имитированный движущийся слой устройством для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, показанным на фиг.1. Подаваемая многокомпонентная смесь текучих сред, содержащая, по меньшей мере, один компонент, который относительно слабо удерживается на уплотнении из твердых частиц одиночных уплотненных слоев, и, по меньшей мере, один другой компонент, который относительно прочно удерживается на тех же твердых частицах, подается в имеющее имитированный движущийся слой устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами через основное соединение 423, окружной канал 413, U-образную полость 453 и вспомогательное соединение 425с. На фиг.1, например, показано, что внешнее соединение 425с соединено с входным концом одиночного уплотненного слоя 5 посредством трубы 5а для текучих сред. Смесь текучих сред протекает через последовательность одиночных уплотненных слоев 5 и 6, не пересекая поворотный клапан. Когда смесь текучих сред протекает через одиночные уплотненные слои, она обогащается компонентами, которые менее прочно удерживаются на твердых частицах. Этот обогащенный поток попадает в трубу 6b, соединяющую выходной конец одиночного уплотненного слоя 6 и входной конец одиночного уплотненного слоя 7. Часть этого потока отводится из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами в качестве очищенного потока через поворотный клапан. Этот поток протекает из трубы 6b во внешнее соединение 425а, через полость 451, в окружной канал 411 и из устройства через основное соединение 421. Поток элюента подается в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами в каком-либо одиночном уплотненном слое ниже по течению для высвобождения более прочно удерживаемых компонентов смеси текучих сред из твердых частиц. Например, как показано на фиг.1, элюент подается во входной конец одиночного уплотненного слоя 1 через трубу 1а для текучих сред. Элюент снаружи устройства подается в основное соединение 422 на неподвижной головке поворотного клапана, в окружной канал 412, полость 452, вспомогательное соединение 425b и во входной конец одиночного уплотненного слоя 1 через трубу 1а для текучих сред. Когда элюент протекает через последовательность одиночных уплотненных слоев, он становится обогащенным более прочно удерживаемыми компонентами смеси текучих сред. Часть этого потока выводится из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами в виде экстрагируемого потока в некоторой точке, расположенной ниже по течению от точки введения элюента. Например, как показано на фиг.1, элюент последовательно протекает через одиночные уплотненные слои 1 и 2. Экстрагируемый поток отводится из трубы 2b для текучих сред во вспомогательное соединение 425d на неподвижной головке поворотного клапана, через полость 454, в окружной канал 414 и из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами через основное соединение 424. Через предварительно определенное время, или когда концентрация компонента в очищенном потоке или экстрагируемом потоке достигает предварительно определенного уровня, поворотная головка поворачивается в следующее положение или совершает шаговое перемещение в направлении стрелок, показанных на фиг.4, так что каждая из U-образных полостей 451, 452, 453 и 454 соответственно сообщается со следующим одиночным уплотненным слоем в последовательности. Таким образом, разделение осуществляется непрерывно и бесконечно.

Узел 500 поворотной головки поворотного клапана 200 согласно настоящему изобретению приводится в движение с помощью любого средства 900 привода, такого, как комбинация двигателя и зубчатых колес или синхронизирующих ремней, комбинация пневматического возвратно-поступательного поршня и храповых рычагов, или других устройств, которые могут оказывать влияние на поворот узла поворотной головки. Более того, следует отметить, что узлы неподвижной головки, поворотной головки, прижимных плит и средства приложения усилия собраны воедино, а также прикреплены к неподвижной опоре.

На фиг.7 показано местное сечение второго предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Поворотный клапан 1200 содержит три основных узла: первый узел 1400 неподвижной головки, второй узел 1450 неподвижной головки и узел 1500 поворотной головки, причем все они имеют круглую форму. Каждый узел неподвижной головки имеет две противоположные неподвижные поверхности. Узел поворотной головки имеет две противоположные поворотные поверхности. Узлы неподвижных головок предпочтительно изготовлены из полимерного материала, обладающего высокой стойкостью к абразивному износу и химически совместимого с компонентами смеси текучих сред; такой полимерный материал может быть выбран из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности, полиэтилена сверхвысокой плотности, полипропилена, политетрафторэтилена (ПТФЭ), эластомерного сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена (ЭСТФЭиГФП), перфторалкоксиалкана (ПФАОА), сополимера этилена и тетрафторэтилена (СЭиТФЭ), статистического сополимера этилена и хлортрифторэтилена (ССЭиХТФЭ), полихлортрифторэтилена (ПХТФЭ), поливинилхлорида (ПВХ), поливинилиденфторида (ПВДФ), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), а также их производных. Узлы неподвижных головок также могут быть изготовлены из обрабатываемого металла, который совместим с компонентами смеси текучих сред, подлежащей разделению, и может быть выбран из группы, состоящей из латуни, бронзы, углеродистых сталей, нержавеющих сталей, монеля, никеля, титана, циркония, сплавов никеля, хрома и железа, а также сплавов никеля, железа и молибдена. По выбору, первый узел неподвижной головки может быть изготовлен из двух соединенных или скрепленных друг с другом плит, одни из которых несколько больше другой, так что обеспечивается наличие точек, например, по окружности большей плиты, для соединения узла клапана с неподвижной опорой. Узел поворотной головки предпочтительно изготовлен из обрабатываемого металла, который совместим с компонентами смеси текучих сред, подлежащей разделению, и может быть выбран из группы, состоящей из латуни, бронзы, углеродистых сталей, нержавеющих сталей, монеля, никеля, титана, циркония, сплавов никеля, хрома и железа, а также сплавов никеля, железа и молибдена. Узел поворотной головки также может быть изготовлен из полимерного материала, обладающего высокой стойкостью к абразивному износу и химически совместимого с компонентами смеси текучих сред; такой полимерный материал может быть выбран из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности, полиэтилена сверхвысокой плотности, полипропилена, политетрафторэтилена (ПТФЭ), эластомерного сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена (ЭСТФЭиГФП), перфторалкоксиалкана (ПФАОА), сополимера этилена и тетрафторэтилена (СЭиТФЭ), статистического сополимера этилена и хлортрифторэтилена (ССЭиХТФЭ), полихлортрифторэтилена (ПХТФЭ), поливинилхлорида (ПВХ), поливинилиденфторида (ПВДФ), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), а также их производных. Узел поворотной головки расположен между первым и вторым узлами неподвижных головок таким образом, что его первая круглая поворотная поверхность 1501 сопряжена с возможностью взаимодействия с круглой неподвижной поверхностью 1401 первого узла неподвижной головки, а его вторая круглая поворотная поверхность 1502 сопряжена с возможностью взаимодействия с круглой неподвижной поверхностью 1451 второго узла неподвижной головки таким образом, что центры этих узлов, по существу, совпадают, и выполнена с возможностью поворота вокруг оси 1600 поворота, которая проходит перпендикулярно круглым поверхностям узлов и через их, по существу, совпадающие центры. Внутри кожуха 1750 образовано пространство или пространства 1702, и в этом пространстве или в этих пространствах 1702 можно предусмотреть один или несколько эластичных баллонов высокого давления. В каждый эластичный баллон через соединение 1755 подается сжатый газ или гидравлическая текучая среда, так что ко второму узлу 1450 неподвижной головки и узлу 1500 поворотной головки прикладывается усилие, под действием которого и второй узел 1450 неподвижной головки, и узел 1500 поворотной головки принудительно упираются в первый узел 1400 неподвижной головки. Второй узел 1450 неподвижной головки прикреплен к первому узлу 1400 неподвижной головки для обеспечения устойчивости всего узла клапана в целом. Возможны и другие конкретные варианты осуществления средства приложения усилия, описанные ранее в данном описании.

В неподвижную поверхность 1401 неподвижной головки заглублено множество концентричных окружных каналов, таких как 1411, 1412, 1413 и 1414. Таким образом, текучая среда, проходящая в окружной канал в любой точке в окружном канале, становится доступной везде в этом канале. Количество концентричных окружных каналов равно количеству потоков текучей среды, которые должны подаваться в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами и отводиться из этого устройства. Таким образом, при обычном разделении, в процессе которого два входных потока (один - подаваемой смеси текучих сред и один - элюента) подаются в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, а два выходных потока (один - очищенный и один - экстрагируемый) отводятся из устройства, необходимо иметь четыре концентричных окружных канала. В других случаях, когда количество подаваемых продуктов превышает единицу, или требуется более одного элюента, количество концентричных каналов будет больше четырех, но всегда будет равно сумме количеств входных и выходных потоков. Чтобы предотвратить утечку текучей среды между соседними окружными каналами или утечку текучей среды из клапана, между двумя соседними каналами или вблизи краев узла неподвижной головки предусмотрена окружная сливная канавка 1430. Из каждой сливной канавки по всей толщине узла неподвижной головки проходит сливное отверстие 1431 для отвода любой текучей среды, протекающей в сливную канавку. Кроме того, утечку текучей среды можно также предотвратить с помощью расширяемых окружных уплотнений, расположенных на неподвижной поверхности 1401 первого узла 1400 неподвижной головки на любой стороне каждой сливной канавки 1430. Каждое из расширяемых окружных уплотнений содержит пружину, расположенную внутри кожуха, изготовленного из полимерного материала, и находится в окружной канавке для уплотнения, образованной на неподвижной поверхности 1401. Комбинация противоположно направленных действий пружины и средства приложения усилия исключает любую утечку текучей среды вследствие любого неожиданного зазора, который может возникнуть между узлом поворотной головки и узлом неподвижной головки.

Сквозь неподвижную поверхность 1404 узла неподвижной головки, противоположную узлу поворотной головки, проходит множество основных соединений, таких, как 1421, 1422, 1423 и 1424, через которые текучая среда подается в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами и отводится из этого устройства. Таким образом, количество основных соединений равно сумме количеств потоков текучих сред, подаваемых в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами, и выходных потоков текучих сред, выводимых из этого устройства, и может быть больше четырех. Каждое из этих основных соединений сообщается с цилиндрическим основным расточенным каналом, который проходит по всей толщине неподвижной головки и оканчивается в одном из концентричных окружных каналов. Матрица вспомогательных соединений 1425 представляет собой совокупность соединений, равноотстоящих друг от друга, расположенных на окружности, концентричной с каналами, по всей неподвижной поверхности 1452 второго узла неподвижной головки, противоположной узлу поворотной головки. Входной конец каждого одиночного уплотненного слоя сообщается с одним таким вспомогательным соединением посредством отдельной трубы для текучих сред. Таким образом, количество вспомогательных соединений равно количеству одиночных уплотненных слоев. Каждое вспомогательное соединение 1425 сообщается с цилиндрическим вспомогательным расточенным каналом 1435, который проходит по всей толщине неподвижной головки и оканчивается в отверстии на плоской поверхности 1451. На фиг.8 показан вид сверху узла неподвижной головки со скрытыми местами основных соединений 1421, 1422, 1423 и 1424, а также концентричные каналы 1411, 1412, 1413 и 1414, каждый из которых сообщается с основным соединением 1421, 1422, 1423 и 1424. На фиг.9 представлен вид сверху второго узла 1450 неподвижной головки, показывающий матрицу вспомогательных соединений 1425. Количество вспомогательных соединений равно количеству одиночных уплотненных слоев в устройстве для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Количество вспомогательных соединений, показанных на фиг.9, предназначено лишь для иллюстрации настоящего изобретения и не носит ограничительный характер. Основное соединение 1421 предназначено, например, для переноса очищенного потока из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами в удаленное место. Основное соединение 1422 предназначено, например, в качестве точки введения текучей среды элюента в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Основное соединение 1423 предназначено, например, в качестве точки введения подаваемой текучей среды в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Основное соединение 1424 предназначено, например, для переноса экстракта из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами в удаленное место. На фиг.10 показан вид сверху узла поворотной головки. В узел поворотной головки заглублено множество полостей. Количество таких полостей равно количеству основных соединений или количеству концентричных каналов. На фиг.10 показаны в качестве примера четыре такие полости, невидимые при взгляде сверху, за исключением отверстия для каждой полости, служащего для сообщения с каждым концентричным каналом в первом узле неподвижной головки. Понятно, что может быть предусмотрено больше четырех полостей, когда суммарное количество потоков текучих сред, подаваемых в устройство для контактной очистки и отводимых из этого устройства, больше четырех. Каждая полость обеспечивает средство для сообщения между одним из концентричных каналов в узле неподвижной головки и отличающимся вспомогательным соединением во втором узле неподвижной головки, так что текучая среда, присутствующая в концентричном канале, доступна для отличающегося одиночного уплотненного слоя за счет наличия вспомогательного соединения, и наоборот. Полость 1451 соединяет окружной канал 1412 с первым вспомогательным соединением 1425а. Через эту полость, окружной канал 1412 и вспомогательное соединение 1425а, очищенный поток из одиночного уплотненного слоя, соединенного со вспомогательным соединением 1425а, отводится из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами через основное соединение 1421. Полость 1452 соединяет окружной канал 1411 со вторым вспомогательным соединением 1425b. Через эту полость, окружной канал 1411 и основное соединение 1422, текучая среда элюента вводится во второй одиночный уплотненный слой. На фиг.10 полость 1452 показана просто в виде прямого расточенного канала, проходящего по всей толщине узла поворотной головки. Полость 1453 соединяет окружной канал 1413 с третьим вспомогательным соединением 1425с. Через эту полость, окружной канал 1413 и основное соединение 1423 поток подаваемой текучей среды вводится в устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Полость 1454 соединяет окружной канал 1414 с четвертым вспомогательным соединением 1425d. Через эту полость, окружной канал 1414 и основное соединение 1424 экстрагируемый поток отводится из устройства для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Относительные положения вспомогательных соединений 1425а, 1425b, 1425с и 1425d зависят от конкретного разделения, для которого применяется устройство для контактной очистки текучих сред твердыми частицами. Например, факторы, которые влияют на количество одиночных уплотненных слоев в последовательности между местами любых двух из вспомогательных соединений 1425а, 1425b, 1425с и 1425d, включают, но не в ограничительном смысле, тип уплотнения твердых частиц, сродство твердых частиц к каждому компоненту смеси текучих сред, скорость протекания смеси текучих сред через слои, температуру смеси текучих сред и тип элюента. Узел 1500 поворотной головки можно приводить в движение любым подходящим средством привода, таким, как перечисленные выше или их эквиваленты.

Хотя выше были описаны предпочтительные варианты осуществления и режимы работы настоящего изобретения, в эти варианты осуществления и режимы работы можно внести многочисленные вариации, изменения и эквивалентные элементы, находящиеся в рамках объема притязаний настоящего изобретения, определяемого нижеследующей формулой изобретения.

Реферат

Клапан предназначен для использования в устройствах разделения многокомпонентных смесей текучих сред. Клапан содержит круглую неподвижную головку, имеющую, по меньшей мере, одно основное отверстие для соединения с потоком текучей среды, и, по меньшей мере, одно вспомогательное отверстие. Неподвижная головка включает, по меньшей мере, один первый окружной канал и, по меньшей мере, один концентричный второй канал, которые соответственно сообщаются с основными и вспомогательными отверстиями. Предусмотрена круглая поворотная головка, имеющая, по меньшей мере, одну радиальную камеру, каждая из которых имеет первое и второе отверстия для соединения с по меньшей мере одним из первых окружных каналов и одним из вторых вспомогательных отверстий. Поворотная головка поворачивается относительно неподвижной головки и каналов и гидравлически уплотнена. Шаговый привод поворачивает поворотную головку для обеспечения взаимного соединения предварительно определенных основных каналов и вспомогательных отверстий. Поворот может быть непрерывным во времени или прерываемым, в зависимости от соответствующего процесса протекания потоков текучих сред. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции и условий монтажа и обслуживания. 7 н. и 31 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула