CN101254356A - 同心圈逆流型超重力旋转床装置 - Google Patents
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Abstract
一种同心圈逆流型超重力旋转床装置，包括壳体，壳体上端面上设有液相入口和气相出口，壳体下端设有气相入口和液相出口，壳体中心设有旋转体，所述的旋转体上连接有转子，所述的转子包括与所述旋转体固定连接的旋转盘、与壳体固定连接的静止盘，转子的下端的两侧设有第一通道口，转子的上端中心设有第二通道口，第二通道口与所述的气相出口、液相入口相通，第一通道口与所述的气相入口、液相出口相通；所述的转子还包括同心筛孔动圈，同心筛孔动圈由一组同心且直径各异的带有筛孔的旋转圈组合而成，其底端固定连接在旋转盘上，上端与静止盘可转动连接，所述第一通道口和第二通道口与同心筛孔动圈通道连通。本发明提出了一种压降小、转子持液量小，使用效果更好的同心圈逆流型超重力旋转床装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种气液接触设备，尤其是同心圈逆流型超重力旋转床装置，可广泛地用于化工、石油化工、制药、冶金、轻工等行业的吸收、精馏、传热、化学反应及纳米材料制备等场合。
背景技术
超重力技术是强化传递和多相反应过程的一项突破性技术。利用超重力环境下高度强化的传质过程和微观混合过程特性，我们可以将高达几十米的化工塔器设备用高不及两米的超重力机代替，因此超重力旋转床被誉为“化学工业的晶体管”。现有技术的超重力旋转床大部分都是整个转子随轴一起转动，不能实现多个转子串联，单个转子的旋转床不能有效地解决其在有回流的单元操作如连续精馏中的应用和中间加料问题，而且由于单层旋转床的理论板数有限，也限制了旋转床在某些场合的应用。中国专利ZL01134321.4和ZL200510049145.1所公开的超重力场旋转床有效地解决了上述问题，“动静结合”的转子结构使其具有液体分布均匀、传质效率高、易实现中间进料、方便多层串联等优点，但是该类型的旋转床压降较大、转子持液量大的缺点，也限制了它在某些场合的有效应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有超重力旋转床的压降较大、转子持液量大的缺点，提供一种压降小、转子持液量小，使用效果更好的同心圈逆流型超重力旋转床装置。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：
一种同心圈逆流型超重力旋转床装置，包括壳体，壳体上端面上设有液相入口和气相出口，壳体下端设有气相入口和液相出口，壳体中心设有旋转体，所述的旋转体上连接有转子，所述的转子包括与所述旋转体固定连接的旋转盘、与壳体固定连接的静止盘，所述转子的下端的两侧设有第一通道口，转子的上端中心设有第二通道口，所述的第二通道口与所述的气相出口、液相入口相通，所述的第一通道口与所述的气相入口、液相出口相通；所述的转子还包括同心筛孔动圈，所述的同心筛孔动圈由一组同心且直径各异的带有筛孔的旋转圈组合而成，所述的同心筛孔动圈的底端固定连接在旋转盘上，上端与静止盘可转动连接，所述的第一通道口和第二通道口与同心筛孔动圈通道连通。
进一步，所述转子为同轴连接的多层转子结构，其中最上层转子的第二通道口与所述的气相出口、液相入口相通，最下层转子的第一通道口与所述的气相入口、液相出口相通，其余转子的第二通道口与上一层转子的第一通道口相通。
进一步，所述的旋转体为单一的转轴。
或者，所述的旋转体为串联有液体分布器的转轴，所述的第二通道口通过所述的液体分布器与同心筛孔动圈通道连通。
进一步，所述的静止盘上端面固定连接有引流管。
进一步，所述的旋转床装置的侧面上对应于各静止盘的上方设有进料口，从进料口中进入的原料可沿所述的引流管进入转子的第二通道口。
本发明将气液接触元件由原有的折流圈通道更换成了所述的同心筛孔动圈通道，使得转子在给气液相提供良好的接触空间的同时，极大地减小了气体通过转子的压降，并使该设备具有大通量和不易液泛的优点。
本发明的有益效果是：1、旋转床转子的气液接触元件为一系列带有筛孔的同心旋转圈，气体通过转子的压降小、通量大，液体不易产生液泛；2、液体分布器的使用，使得液体初始分布更加合理，有效地提高了传质效率；3、旋转床的进料口可以方便地设置在静止盘上面，可以方便地应用于连续精馏过程；4、在静止盘上设置引流管，可以实现在一个壳体内方便地将多层转子在同一转轴上串连，从而将理论塔板数成倍地提高；5、结构更加简单、紧凑、合理，设备易于制造加工。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图3是本发明实施例3的结构示意图。
图4是本发明实施例4的结构示意图。
图5是本发明实施例5的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1：
图1所示为一种单层同心圈逆流型超重力旋转床装置，包括壳体2，壳体2上端面上设有液相入口4和气相出口3，壳体2下端设有气相入口1和液相出口8，所述的液相入口4设在所述壳体2上端面的中心，壳体2中心设有旋转体9，所述的旋转体9上连接有一转子，所述的转子包括与所述旋转体固定连接的旋转盘11、与壳体2固定连接的静止盘6，所述转子的下端的两侧设有第一通道口16，转子的上端中心设有第二通道口17，所述的第二通道口17与所述的气相出口1、液相入口4相通，所述的第一通道口16与所述的气相入口1、液相出口8相通；所述的转子还包括同心筛孔动圈7，所述的同心筛孔动圈7由一组同心且直径各异的带有筛孔的旋转圈组合而成，所述的同心筛孔动圈7的底端固定连接在旋转盘11上，上端通过嵌入静止盘6的迷宫式密封而与静止盘可转动连接，所述的第一通道口16和第二通道口17与同心筛孔动圈通道连通。
所述的旋转体9为串联有液体分布器的转轴，旋转轴9下端通过机械密封10与壳体2密封，所述的第二通道口通过所述的液体分布器与同心筛孔动圈通道连通。所述的液体分布器包括相互配合的引流管分布器5和下位分布器14，引流管分布器5将液体引至下位分布器14中。
本实施例中的液体分布器如图1所示，引流分布器5采用引流管，下位分布器14采用逐层隔断式分布器，由上端通向各层的管路将液体引至各层中。
本实施例的工作原理为：
1)用于吸收或脱吸时，气体从气相入口1进入壳体2的内腔，沿径向穿过同心筛孔动圈7上面的筛孔进入转子，与液体进行逆流接触，最后通过气相出口3排出；液体从液相入口4通过液体分布器进入转子内部，在离心力作用下甩出，液体被粉碎成细小的液滴、液丝，并与气体逆流接触，进行传质和传热，从液相出口8排出。
2)用于气液化学反应生成液体或气体与液体时，气体反应物从气相入口1进入壳体2的内腔，沿径向穿过同心筛孔动圈7上面的筛孔进入转子，与液体反应物进行逆流接触，最后通过气相出口3排出；液体反应物从液相入口4通过液体分布器进入转子内部，在离心力作用下甩出，液体被粉碎成细小的液滴、液丝，并与气体反应物逆流接触，进行传质和传热，从液相出口8排出。
实施例2：
如图2所示：本实施例除液体分布器与实施例1不同外，其他与实施例1完全相同。
本实施例采用如图2所示的液体分布器，其中引流分布器5采用十字形引流管，下位液体分布器14采用阶梯型分布器，由十字形引流管将液体引至阶梯型分布器中不同高度的层面上。
实施例3：
如图3所示：本实施例除液体分布器与实施例1不同外，其他与实施例1完全相同。
本实施例采用如图3所示的液体分布器，其中引流分布器5采用排管式引流管，下位液体分布器14采用阶梯型分布器，由排管式引流管将液体引至阶梯型分布器中不同高度的层面上。
实施例4：
如图4所示：本实施例与实施例1的不同之处在于在同心筛孔动圈7的间隙中还添加有填料13。根据经验和工艺情况添加的填料13可以用来提高传热传质效率或者减少雾沫夹带。
实施例5：
如图5所示：本实施例为一种三层同心圈逆流型超重力旋转床装置，包括壳体2，壳体2上端面上设有液相入口4和气相出口3，壳体2下端设有气相入口1和液相出口8，壳体2中心设有两端贯穿壳体的旋转体9，所述的旋转体9上串连连接有由上至下层状排列的一组转子，所述的转子有三层，每层转子包括与旋转体固定连接的旋转盘11、与壳体2固定连接的静止盘6，所述的静止盘6上端面固定连接有引流管12，所述转子的下端的两侧设有第一通道口16，转子的上端中心设有第二通道口17，其中最上层转子的第二通道口17与所述的气相出口3、液相入口4相通，最下层转子的第一通道口16与所述的气相入口1、液相出口8相通，其余转子的第二通道口17与上一层转子的第一通道口16相通；所述的转子还包括同心筛孔动圈7，所述的同心筛孔动圈7由一组同心且直径各异的带有筛孔的旋转圈组合而成，所述的同心筛孔动圈7的底端固定连接在旋转盘11上，上端通过嵌入静止盘6的迷宫式密封而与静止盘6可转动连接，所述的第一通道口16和第二通道口17与同心筛孔动圈通道连通。
所述的旋转床装置的侧面上对应于各静止盘的上方设有进料口15，从进料口15中进入的原料可沿所述引流管进入转子的第二通道口17。
所述的旋转体9为串联有多个液体分布器的转轴，旋转轴9下端通过机械密封10与壳体2密封，所述的第二通道口17通过所述的各液体分布器与同心筛孔动圈通道连通。所述的液体分布器包括相互配合的引流分布器5和下位分布器14，引流分布器5将液体引至下位分布器14中。
本实施例中的液体分布器和实施例1完全相同，也可以采用实施例2或实施例3或实施例4中所示的液体分布器。
本实施例的工作原理为：
用于精馏时，由再沸器出来的气体从气相入口1进入壳体2的内腔，沿径向穿过同心筛孔动圈7上面的筛孔进入转子，与液体进行逆流接触，最后通过气相出口进入冷凝器冷凝，得到精馏产物；部分冷凝液作为回流液和进料液分别从液相入口4、进料口15通过液体分布器5进入转子内部，在离心力作用下被加速甩出，液体被粉碎成细小的液滴、液丝，并与气体逆流接触，进行传质和传热，液体通过液相出口8进入再沸器加热，精馏产物从再沸器排出；原料由进料口15进入，参与气液的传质和传热，原料可以是液体、气体或者气液混合物，使用时，可以根据经验和工艺情况在同心筛孔动圈7的间隙添加填料来增加传热传质效率或者减少雾沫夹带。
由于本发明的转子为一系列带有筛孔的同心旋转圆环，使得转子在给气液相提供良好的接触空间的同时，极大地减小了气体通过转子的压降，并使该设备具有大通量和不易液泛的优点，而且新型液体分布器的使用，使得液体初始分布更加合理，有效地提高了传质效率，本发明以酒精-水为物系，在转速为1000r/min时进行了精馏实验，理论板数可以达到每米35～37.5块，气相压降比折流式旋转床减小了5～6倍，并且在实验范围内未发现液泛现象，表明同心圈逆流型超重力旋转床装置具有广阔的应用前景。
Claims (6)
1、一种同心圈逆流型超重力旋转床装置，包括壳体，壳体上端面上设有液相入口和气相出口，壳体下端设有气相入口和液相出口，壳体中心设有旋转体，所述的旋转体上连接有转子，所述的转子包括与所述旋转体固定连接的旋转盘、与壳体固定连接的静止盘，所述转子的下端的两侧设有第一通道口，转子的上端中心设有第二通道口，所述的第二通道口与所述的气相出口、液相入口相通，所述的第一通道口与所述的气相入口、液相出口相通，其特征在于：所述的转子还包括同心筛孔动圈，所述的同心筛孔动圈由一组同心且直径各异的带有筛孔的旋转圈组合而成，所述的同心筛孔动圈的底端固定连接在旋转盘上，上端与静止盘可转动连接，所述的第一通道口和第二通道口与同心筛孔动圈通道连通。
2、如权利要求1所述的同心圈逆流型超重力旋转床装置，其特征在于：所述转子为同轴连接的多层转子结构，其中最上层转子的第二通道口与所述的气相出口、液相入口相通，最下层转子的第一通道口与所述的气相入口、液相出口相通，其余转子的第二通道口与上一层转子的第一通道口相通。
3、如权利要求1或2所述的单层同心圈逆流型超重力旋转床装置，其特征在于：所述的旋转体为单一的转轴。
4、如权利要求1或2所述的同心圈逆流型超重力旋转床装置，其特征在于：所述的旋转体为串联有液体分布器的转轴，所述的第二通道口通过所述的液体分布器与同心筛孔动圈通道连通。
5、如权利要求2所述的同心圈逆流型超重力旋转床装置，其特征在于：所述的静止盘上端面固定连接有引流管。
6、如权利要求5所述的同心圈逆流型超重力旋转床装置，其特征在于：所述的旋转床装置的侧面上对应于各静止盘的上方设有进料口，从进料口中进入的原料可沿所述的引流管进入转子的第二通道口。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |