CN100472165C - 一种超重力传质装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超重力传质装置，包括外壳、转轴及进液管，外壳上设有进气口、排气口及排液口，所述转轴上设有转体，转体包括筒状中心轴、设在筒状中心轴外壁上的相互平行的若干同轴的板片以及设在各板片间的筒状中心轴上的若干叶片，所述叶片与板片间设有间隙，此间隙沿径向从内向外减小，所述进液管穿过外壳处在筒状中心轴中心处，所述进气口与筒状中心轴的入口连通，在所述转体外围还设有弧形板片和立体编织筒状的纤维结构层。本发明使空气在被干燥除湿、冷却或加热的同时也被加压，增强了空气处理效果，并且由于气液流向采用顺流方式，有利于气液流动，减少了装置运行阻力，降低了能耗。

Description

一种超重力传质装置

技术领域

本发明涉及化学、化工、环保及制冷、空调、热能动力领域，具体涉及一种超重力传质装置。

背景技术

化学、化工、环保及空调、制冷等过程中，广泛存在着气(汽)-液间直接接触进行的传热传质操作，如湿法脱硫中用硫酸钙溶液吸收烟气中的二氧化硫，天然气工业中利用水和天然气制备天然气水合物进行天然气的储运，在纺织行业中空调系统常采用喷水室处理空气，近年来舒适性空调系统中则出现了采用吸湿液体对空气进行除湿的技术，用多元醇、盐溶液等吸湿液体对空气进行干燥除湿，除湿后的稀溶液则可用低品位余热加热再生，等等。目前最常用的气(汽)液接触传质设备，如填料塔，板式降膜吸收器等，仅仅依靠重力驱动液膜流动、更新，传质系数较低，致使设备体积庞大。超重力传质技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，强化相与相之间的相对速度和相互接触，从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程，获取超重力的方式主要是通过高速转动的转体形成离心力场。超重力传质技术目前已在化工、环保等领域获得了应用，如“低阻高效同心环碟片填料旋转床流阻和传质特性研究”，简弃非、邓先和、张亚君，《硫酸工业》，第5期，第11-15页，2000年，以及“超重力技术及其在环保中的应用”，赵晓曦、邓先和、潘朝群、陈海辉，《化工环保》，第22卷第3期，第142-145页，2002年6月，报道了相关的研究和进展。2005年10月19日公开的申请号为CN200510033125.5的一种超重力液体吸收除湿与再生系统发明专利，其采用超重力传质技术的空气处理装置，利用离心力强化空气处理中的传质过程，所用填料为板式、金属丝网填料，吸湿溶液为多元醇、盐溶液，操作模式为逆流、错流，需克服离心力，存在空气流动阻力大、功能单一的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超重力传质装置，在处理过程中可实现对气(汽)体的增压，强化气(汽)-液接触进行吸收、解吸，冷却、加热，合成、净化等过程，同时减少装置运行阻力，便于气(汽)流动，降低能耗。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超重力传质装置，包括外壳、设在外壳上的转轴及进液管，外壳上设有进气口、排气口及排液口，所述转轴上设有转体，转体包括筒状中心轴、设在筒状中心轴外壁上的相互平行的若干同轴的板片以及环绕设置在各平行的板片间的筒状中心轴上的若干叶片，叶片和板片可以起到对被处理气(汽)体增压、扩大汽液接触面积、产生超重力(离心力)等效果；所述叶片与板片间设有间隙，此间隙沿径向从内向外减小，所述进液管穿过外壳处在筒状中心轴中心处。所述叶片底侧也可以直接连接在板片上，在板片与叶片接合处设径向沟槽而起到与间隙同样的作用，也就是改变间隙设置位置，将间隙设置在板片与叶片接合处，当然，所述沟槽也可以轴向设置。

上述叶片一般采用沿筒状中心轴圆周方向上等距设置的优化结构。

所述叶片可直接沿径向方向外伸，也可前向或后向弯曲外伸，所述叶片形状也可为三维曲面形状，从而增大接触面面积和增压面积，提高气动效率。

优选的，所述进气口与筒状中心轴的入口连通，从而使进气方向与进液方向同向，这样可减少装置运行时受到的阻力，降低能耗。

改进的，在所述转体外围还设有两端与外壳端部内壁固定连接的立体编织筒状纤维结构，或其它类型的多孔填料，一方面可扩大气-液接触面积，同时还可发挥气(汽)-液非均一系分离作用。

改进的，在所述转体外围还设有与外壳内壁固定连接的弧形板片，弧形板片间可形成扩压弯道，同时还可起到扩大气-液接触面积、气-液非均一系分离等作用。

改进的，在所述转体外围设有与外壳内壁固定连接的弧形板片，弧形板片外缘部位再设立体编织筒状的纤维结构层或多孔填料层，二者一同扩大气-液接触面积，实现气-液非均一系分离。

工作时，气(汽)体从进气口进入，液体从喷液管喷洒入转体的同轴板片及叶片间，而转体在外部设备带动下高速旋转形成离心力场，使进入的气(汽)体和液体充分接触进行吸收(如空气的除湿)、解吸(如稀溶液的再生)、加湿、冷却(如直接用冷冻水处理空气)或加热，以及化学、化工合成(如水-天然气生成天然气水合物)等，视液体、气(汽)体种类和性质而异，然后再经立体编织筒状的纤维结构层、弧形板片等组成的通道排气口经气(汽)分离器后排出，与气(汽)体进行传质接触后的液体经排液口排出。

本发明所述装置应用超重力传质技术，在高速旋转形成的离心力场内，使进入的气(汽)体(如空气，天然气，烟气等)和液体(如吸湿液体、冷水、硫酸钙溶液等)充分接触，由于板片间设有叶片，使气(汽)体在干燥除湿、合成或净化吸收的同时也被增压，增大了处理过程中的传质推动力，而在转体外围设有与外壳内壁固定连接的弧形板片及立体编织筒状的纤维结构层、多孔填料层等，进一步扩大了气(汽)液接触面积，强化了传质，并起到良好的气(汽)液分离效果，另外由于采用顺流方式，减小了气(汽)体流动阻力，降低了装置运行的阻力和能耗。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一结构示意图；

图2为图1中叶片结构的示意图；

图3、图4为叶片的另外两种结构的示意图；

图5为本发明实施例二结构示意图；

图6为图5中的转体部截面视图；

图7为本发明实施例三结构示意图；

图8为图7中的转体部截面视图；

图9为本发明实施例四结构示意图；

图10为图9中的转体部截面视图；

图11为图1中I处放大结构视图。

具体实施方式

如图1、图11，为本发明超重力传质装置的实施例，包括外壳1、设在外壳1上的转轴2、进液管3，外壳上设有进气口11、排气口12及排液口13，排液口13设在外壳1底部，排液口为带液封的排液口，防止气体从排液口排出，所述转轴2上连接有转体，转体可在转轴2高速带动旋转形成超重力离心力场，它包括与转轴2端部连接的筒状中心轴41、设在筒状中心轴41外壁上的相互平行的若干同轴的板片42以及设在各平行的板片42间的筒状中心轴41上的若干叶片43，筒状中心轴41可以采用现有技术中相同的轴结构，如网格式的筒状中心轴，保证气液顺畅通过。所述的叶片43采用沿筒状中心轴41圆周方向上等距设置的优化结构，所述板片42是作为超重力传质之填料，提供第一气(汽)液接触面，叶片43与板片42间设有间隙5，此间隙5沿径向从内向外逐渐减小，间隙的减小方式优选为线形递减，也可以为其它曲线形式递减。这样，叶片和板片一方面提供了两侧的气(汽)液接触面，一方面可以对被处理空气加压。另外，也可以将叶片43直接与板片42连接，板片42适当加厚，在板片42与叶片接合处设径向或轴向渐变的沟槽，可以同样起到上述间隙5的作用。而在叶片43所述进液管3穿过外壳1处在转体的筒状中心轴41中心处，所述进气口11与筒状中心轴41的入口连通，从而使进气方向与进液方向同向，这样可减少装置运行时受到的阻力，降低能耗。在排气口12处设有旋风气(汽)分离器6或丝网气(汽)分离器7，或两者的组合，保证排出空气的干燥。

所述叶片43可直接沿径向方向外伸，如图3所示；也可前向或后向弯曲外伸，如图2和图4所示；所述叶片形状也可为三维曲面形状，以提高气体增压的气动效率，并扩大气(汽)液接触面积和增压面积，三维曲面可以是与离心压缩机叶片类似结构。而在叶片43的侧壁还可设置各种形状的强化沟槽来扩大气(汽)液接触面积，同时起到气(汽)液非均一系分离作用。

对实施例一进行改进，如图5和图6所示，即实施例二，可以在所述转体外围增设与外壳1内壁固定连接的立体编织筒状的纤维结构层9，一方面可扩大气(汽)液接触面积，同时起到气(汽)液非均一系分离作用，当然，该立体编织筒状的纤维结构层9也可以采用填料床式结构或其它类似结构来实现上述的目的。

对实施例一的另一种改进，如图7和图8所示，即实施例三，可以在所述转体外围增设与外壳1内壁固定连接的弧形板片8，各弧形板片8间可形成扩压弯道，一方面可扩大气(汽)液接触面积，同时还可起到气(汽)液非均一系分离的作用。

将实施例二和实施例三相结合，如图9和图10所示，可以得到本发明更优选的实施例四，在所述转体外围设有与外壳1内壁固定连接的弧形板片8，弧形板片外缘部位再设立体编织筒状的纤维结构层9，二者一同扩大气(汽)液接触面积，实现气(汽)液非均一系分离。

工作时，气体从进气口进入，液体从喷液管喷洒入转体的同轴板片及叶片间，而转体在外部设备带动下高速旋转形成离心力场，使进入的气(汽)体和液体充分接触，气(汽)体在此或被干燥除湿，或被冷却、加热，或与液体进行化工合成，或被净化，视液体种类和性质而异，然后经过弧形板片从排气口经气(汽)液分离器后排出，与气(汽)体进行传质接触后的液体经排液口排出。该装置可以对气(汽)体进行冷却，加热，除湿，加湿，净化，还可进行气(汽)体与液体的化学反应用于化工合成，如水-天然气合成天然气水合物等等。根据具体需要，本发明中使用的液体可为低温冷水、低温多元醇、有机或无机盐溶液、热水、常温多元醇等。所述液体还可以采用含有适量起强化处理效果作用固体微粒的液体，所述固体微粒可以是冰微粒、封装成微胶囊的相变材料颗粒以及各类催化剂微粒等。

Claims (10)

1、一种超重力传质装置，包括外壳(1)、设在外壳(1)上的转轴(2)及进液管(3)，外壳(1)上设有进气口(11)、排气口(12)及排液口(13)，所述转轴(2)上设有转体，转体中心设有筒状中心轴(41)，所述进液管(3)穿过外壳(1)处在筒状中心轴(41)中心处，筒状中心轴外壁上设有若干相互平行且同轴的板片(42)，其特征在于：所述板片(42)间的筒状中心轴上环设有若干叶片(43)，所述叶片(43)与板片(42)间设有间隙(5)，此间隙(5)沿径向从内向外减小。

2、根据权利要求1所述一种超重力传质装置，其特征在于：所述叶片(43)直接沿径向方向外伸。

3、根据权利要求1所述一种超重力传质装置，其特征在于：所述叶片(43)前向或后向弯曲外伸。

4、根据权利要求1所述一种超重力传质装置，其特征在于：在所述叶片(43)侧壁设有强化沟槽。

5、根据权利要求1所述一种超重力传质装置，其特征在于：所述若干叶片(43)沿筒状中心轴(41)圆周方向上等距设置。

6、根据权利要求1所述一种超重力传质装置，其特征在于：所述进气口(11)与筒状中心轴(41)的入口连通。

7、根据权利要求1所述一种超重力传质装置，其特征在于：在排气口(12)处设有旋风气液分离器(6)或丝网气液分离器(7)、或两者的组合。

8、根据权利要求1、5、6或7所述一种超重力传质装置，其特征在于：在所述外壳(1)内的转体外围还设有立体编织筒状的纤维结构层(9)或填料床层。

9、根据权利要求1、5、6或7所述一种超重力传质装置，其特征在于：在所述转体外围设有与外壳(1)内壁固定连接的弧形板片(8)，各弧形板片(8)间形成扩压弯道。

10、根据权利要求1、5、6或7所述一种超重力传质装置，其特征在于：在所述转体外围设有与外壳(1)内壁固定连接的弧形板片(8)，弧形板片(8)外缘部位再设立体编织筒状的纤维结构层(9)或填料床层。

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