CN101306258B - 高效旋转精馏床 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精馏装置，具体为一种高效旋转精馏床。解决了现有技术中存在的设备分离能力低，气液交流效果差，易出现液沫夹带和液体淹床现象等问题。包括壳体，壳体内设有至少一层由转轴带动的旋转填料床，旋转填料床由开有通孔的下支撑盘片和环状的带有通气孔的上盘片以及内转鼓、外转鼓构成，其中环状的上盘片和内、外转鼓以及下支撑盘片构成环腔，环腔内装有填料，在每一层旋转填料床上部的壳体上装有进料管，进料管的液体分布器位于环腔内侧，壳体内设有受液盘，受液盘位于下支撑盘片下方，在受液盘上方的壳体上设有降液管。经过多级的填料，延长了气、液的接触时间与面积，使得过程得到强化和效率得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种精馏装置，具体为一种提高气、液强化传递过程与传递效率的高效旋转精馏床。
背景技术
精馏是一传质、传热过程，工业上常通过强化气、液的微观混合，来提高气、液的接触面积和延长气、液的接触时间，提高设备的分离能力。对石油化工、煤化工、制药、冶金、轻工业、火炸药行业等气、液接触的吸收、精馏、解吸、化学反应等场合有着广泛的应用。
近年来，出现了利用旋转床产生的离心力场强化传递与反应的技术。它从提高单位容积内的相接触面积及设备操作的液泛限等方面极大地强化了传质强度。使得几十米高的塔缩小成高不过2米的旋转床，这对于传统的传质、传热技术是突破性的进展。如美国专利US4382900公开的一种离心气液分离装置，苏联专利SU127408公开的以精馏为应用目的的旋转床装置，中国专利CN1059105A及CN1686591公开的旋转床超重力场强化传递与反应装置和多层超重力旋转床装置等，均属此类。
美国专利US4382900的结构包括固定机壳，内设有盘状转子，转子上装有环形填料层，中心进液管下伸入环形填料层中间部分的液体分布器，环形填料内、外环面上开有气、液孔，其它部分保持密闭，液体从填料内环面的孔进入填料，在超重力场下，沿径向扩散，气体从机壳侧面的进气管进入，在压力梯度的作用下，由环形填料外环面进入填料，在填料中，气液相逆流接触，传递或反应后，气体由排气管排出，液体被甩出填料，从机壳底部的排液管排出。
苏联专利SU127408所示旋转床是出于精馏操作的目的。主要构造是在转子上布置了二层填料层，即远离转子中心的填料层用作提馏段，接近中心的填料层作为精馏段。在精馏段与提馏段之间设置原料进液管，而将液体回流管安置在转子中心处。该专利添加第二层填料，实现一床精馏。
中国专利CN1059105A所示的旋转床是在旋转床中心处添加了加了一环形或圆柱形旋转件，利用离心力场来除掉气中夹带的液体，同时采用多种形式的进液管形式，提高了操作气速，均匀了液体分布，强化了传质效果，进而提高了生产能力。
中国专利CN1686591所示的折流式旋转床，其核心部件为上下相嵌的由不同直径同心圈所构成的折流盘；位于上方的折流盘固定在壳体上，为静折流盘；与静折流盘相配套的是相嵌在其下方的动折流盘，动折流盘固定在旋转轴上并与轴一起转动。气体由进气口进入腔体，沿动、静折流盘的间隙曲折地由外缘向中心流动，最后经出气口离开床体；液体从进液口进入，由引导管(引流至动折流盘的中心，随后被一系列旋转的动圈甩向相应的静圈，最后在腔体内收集后由出液口流出。
前三篇文献均为单层(轴向)填料，在一定处理量下，要想提高设备的传递能力(或分离效果)，只能通过加大设备的直径来完成。设备直径加大带来的不足是：(1)旋转床转子内、外径相差太大时，即液体流通的横截面积相差太大，容易出现两种情况：一是转子内径处液体易充满整个横截面，导致气体流动不畅通，同时，液沫夹带现象严重；二是在接近转子外缘处，液体不能将填料完全润湿，气体容易走捷径，致使旋转床传质效率降低；(2)转子在旋转运动中扭矩增大，轴及轴承的负荷加大，在设备长期运行中，动平衡难以维持，同时，轴及轴承也易损坏。
中国专利CN1686591对上述文献的基础上作了改进，可以通过加大设备轴向高度来提高传递能力。但由于折流盘上折流板之间的空间较大，气体流动过程中是充满全部通道的，而液体只能润湿折流盘折流板的内侧，也就是说液体与逆流来的气体只能在折流板的内侧进行传质传热，而折流板的外侧及空隙通道则几乎不能被利用，大大降低了旋转床的强化传递效果。同时，由于整个过程中气液均为逆流流动，在床的中心处，气体流速较大，易出现液沫夹带和液体淹床现象。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的设备分离能力低，气液交流效果差，易出现液沫夹带和液体淹床现象等问题而提供了一种高效旋转精馏床。
本发明是由以下技术方案实现的，一种高效旋转精馏床，包括上部带有气体出口，下部带有气体进口、液体出口的壳体，壳体内设有至少一层由转轴带动的旋转填料床，旋转填料床由开有通孔的下支撑盘片和环状的带有通气孔的上盘片以及内转鼓、外转鼓构成，其中环状的上盘片和内、外转鼓以及下支撑盘片构成环腔，环腔内装有填料，在每一层旋转填料床上部的壳体上装有进料管，进料管的液体分布器位于环腔内侧，壳体内设有受液盘，受液盘位于下支撑盘片下方，在受液盘上方的壳体上设有降液管。
气体介质从壳体的下方进气口进入，原料液体介质可从旋转床中部的进料管进入到旋转填料床的环腔内侧，旋转填料床在轴的带动下转动，液体在离心力的作用下从填料环的内侧进入，从外侧出来，然后甩到壳体侧壁上，同时气体从旋转填料床下底面的下支撑盘片通过并向上运动穿过填料，气体和液体在填料中错流接触，液体在碰到壳体壁后下落到受液盘上，然后通过降液管收集再导流进入下一层的旋转填料床上重复这一过程。
本发明涉及气体和液体以总体逆流接触，在各旋转填料内错流的形式分别经过多层旋转填料(3-6层)的方法来强化传递过程和提高传递的效率，其突出的特点是经过多级的填料，延长了气、液的接触时间与面积，使得过程得到强化和效率得到提高。
本发明有以下优点：1.本发明用于精馏操作时：(1)可根据混合物的分离要求加多填料层数；(2)可根据设计在不同的填料层处加入原料或引出产品；(3)回流液也可从第二层引入，将最上面填料层作为除雾层，减少液沫夹带，以提高设备分离能力。2.本发明可用于气体的净化：(1)根据净化要求，可在填料的不同位置引出富液进行再生；(2)可在填料的不同位置加入半贫液；(3)吸收液(或贫液)可从第二层填料加入，将旋转填料床最上层填料作为除雾层，减少雾沫夹带，以提高净化能力。3.气、液在旋转填料床内的流动形式为单层错流、整体逆流，气体流动的横截面积不变，气、液体流动顺畅，这样既保证了旋转填料床精馏的分离能力，又解决了旋转填料床逆流精馏中转子内径处易出现的淹床和液沫夹带现象。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为图1的A-A剖面图
图3为上支撑盘片结构示意图
图4为图1的B局部放大图
图5为本发明及其配套装置结构总图
图中：1-降液管，2-受液盘，3-进料管，4-外转鼓，5-填料，6-上盘片，7-内转鼓，8-壳体，9-转轴，10-气体出口，11-气体进口，12-下支撑盘片，13-液体出口，14-产品储槽，15-再沸器，16-全凝器，17-分凝器，18-原料储槽
具体实施方式
如图1所示意，一种高效旋转精馏床，包括上部带有气体出口10，下部带有气体进口11、液体出口13的壳体8，壳体8内设有至少一层由转轴9带动的旋转填料床，旋转填料床由开有通孔的下支撑盘片12和环状的带有通气孔的上盘片6以及内转鼓7、外转鼓4构成，其中环状的上盘片6和内、外转鼓以及下支撑盘片12构成环腔，环腔内装有填料5，在每一层旋转填料床上部的壳体8上装有进料管3，进料管3液体分布器位于环腔内侧，壳体8内设有受液盘2，受液盘2位于下支撑盘片12下方，在受液盘2上方的壳体上设有降液管1。
如图4所示意，且受液盘2与壳体8内侧壁夹角为70°-85°，(1)使填料与导液盘下部有一定距离，保持从填料甩出后，几经填料与旋转填料床外壳的碰撞反弹，最终下落(流)到填料下面的受液盘上，并使受液盘与旋转填料床外壳形成的凹槽中有一定的存储量，避免液体由于流动不畅通而造成淹床，致使操作不能正常运行。(2)从使旋转填料床整体结构的设计角度出发，合理调整θ的大小，可既能满足受液盘液体容量的要求，又可减少设备投资费用与运行故障；
受液盘2的宽度为：
L＝(R1-r1+m/2)/cosθ
式中：L-受液盘2的宽度，mm
R1-旋转填料床外半径，mm
r1-转子外半径，mm
m-填料支撑盘片外环宽度，mm
受液盘2内边缘与其上下支撑盘片12的垂直距离为h＝5mm。旋转填料床内气体从下一层填料到上一层填料时，带有一定的压力，此距离既保证转子与受液盘不磨擦，又可完全避免气体走捷径和液体流动不畅通时从导液盘内边缘溢流到下一层填料。
本发明在精馏中的应用如图5所示。包括高效旋转精馏床，分凝器17，全凝器16，原料储槽18，再沸器15，产品储槽14，壳体内有6个旋转填料床，相邻的两个旋转填料床的出液管和进料管连通，在下数第三的旋转填料床邻近的进料管，和第四层的旋转填料床的出料管的连接部分上连接有原料储槽18，壳体下方的气体进口和液体出口连接再沸器15，壳体上方的气体出口连接分凝器17和全凝器16，分凝器17和全凝器16下连接有产品储槽14，分凝器17还和最上层的旋转填料床上的进料口连接。
原料在泵的作用下，经转子流量计计量后从第三层旋转填料床的原料进口进入旋转填料床，经液体分布器喷洒在填料内侧。在填料中，原料受离心力、填料摩擦力及曳力的作用形成液膜、液丝与液滴，并由填料内侧向外侧甩出，离开填料的液体由受液盘收集后，经降液管进入下层液体分布器和下一层填料，经过几层填料后，液体最后从旋转填料床的液体出口流出旋转填料床，进入再沸器。再沸器15中的液体部分引出，部分经加热产生蒸汽，蒸汽从气体进口进入旋转填料床底部，在压力作用下，从旋转填料床的下端依次通过各层旋转的填料。在填料中，蒸汽与液体错流接触进行传质、传热，气液快速达到平衡，使气相中的易挥发组分的浓度越来越大，液体中易挥发组分的浓度越来越小，达到原料液分离的目的。蒸汽从气体出口流出后，依次进入分凝器17与全凝器16，为提高设备的分离能力，分凝器17中的部分液体作为回流液从回流液进口返回到旋转填料床中，其余作为产品引出。
Claims (2)
1.一种高效旋转精馏床，包括上部带有气体出口(10)，下部带有气体进口(11)、液体出口(13)的壳体(8)，壳体(8)内设有至少一层由转轴(9)带动的旋转填料床，其特征在于：旋转填料床由开有通孔的下支撑盘片(12)和环状的带有通气孔的上盘片(6)以及内转鼓(7)、外转鼓(4)构成，其中环状的上盘片(6)和内、外转鼓以及下支撑盘片(12)构成环腔，环腔内装有填料(5)，在每一个旋转填料床上部的壳体(8)上穿有进料管(3)，进料管(3)管口位于环腔内侧，壳体(8)内设有受液盘(2)，受液盘(2)位于下支撑盘片(12)下方，在受液盘(2)上方的壳体上设有降液管(1)，受液盘(2)与壳体(8)内侧壁夹角为70°-85°。
2.根据权利要求1所述的高效旋转精馏床，其特征在于：旋转填料床为3到6层。
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