CN101898047B - 一种带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，包括壳体、转轴、高速旋转的转子和盘管式液体分布器，盘管式转动液体分布器中间设有一圆柱形空心状的进料槽，进料槽上方有环形挡圈；该进料槽与液体进口相连通，进料槽与主管相连通，主管通过支管与间隔排列的多层盘管相连通，形成液体通道；盘管沿转轴轴向平行分布多层，盘管之间保持一定的轴向间距，盘管上设有出液孔，出液孔与转子的内缘相对应。本发明有益的效果是：1、本发明采用的是盘管式液体分布，形成良好的液体初始轴向和周向分布；2、旋转床的传质效率得到提高；3、结构更加简单、紧凑、合理，设备易于制造安装。
Description
技术领域
本发明涉及超重力旋转床领域，尤其是一种带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床。
背景技术
超重力场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，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工设备中的“晶体管”。现有的旋转床多为固定布液方式，即：将液体分布器与机壳或其它固定支撑连接，进液管静止不动，液体靠泵的压力通过液体分布器布液管上的喷液孔喷向转子内缘表面。例如美国US4382900专利和中国CN1507940A专利公开了一种液体分布器为一中心进液管的超重力旋转床装置，通过泵将液体送入管中，由喷液孔喷向环形填料内缘表面。中国专利CN2221437Y公开了一种将固定不动的两组多孔管型液体分布器置于环形填料内周侧的环形空间内，两种不同液体由喷液孔喷向填料。因为液体的流量由泵的压力和液体分布器上喷液孔的总面积决定，所以对于一定喷液孔面积的液体分布器其流量范围受到限制，操作弹性小。中国专利CN101254355A和CN1116125A公开了一种转动分布形式的液体分布器，即转轴为空心结构并布有出液小孔，液体由进液管进入空心轴，转轴内的液体随转轴一起转动，在离心力的作用下，由转轴上的孔送入填料层。虽然这种液体分布器提高了操作弹性，但是由于转轴半径的限制，液体在空心轴内受到的离心力小，液体处理量小。
中国专利《转动布液式旋转床装置》，专利号：CN1060415A提出了将液体分布器与转子或转子上的部件固定连接的转动布液型旋转床装置。靠旋转产生的离心力分布液体，提高了液体流量操作范围，但是该型液体分布器与液体进料管之间需要动密封结构，分布器结构复杂，制作安装麻烦；液体在布液管中轴向上分布不均匀。
中国专利CN 101254356A和CN101254357A所公开的同心圈逆流型超重力旋转床装置具有传质效率高、易实现中间进料、方便多层安装等优点，但是该类型的旋转床对液体的初始分布要求较高，液体的分布均匀与否直接影响设备的传质性能。该类型的装置中使用的逐层隔断式分布器和阶梯型分布器能够起到对液体的初始分布，但是液体在动盘轴向上分布不均匀，分布器的空隙率低，容易在塔内形成气体通道的瓶颈，分布器的制作安装比较麻烦。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种利用旋转产生的离心力分布液体、液体分布均匀、液体流量操作范围高、空隙率高、结构简单紧凑、制作安装方便，使用效果更好的带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，包括壳体、转轴、高速旋转的转子和盘管式液体分布器，壳体上端设有气体出口和液体进口，壳体下端设有气体进口和液体出口，壳体中心设有转轴和静止盘，转轴固定连接有转子，转子与盘管式液体分布器固定连接。所述的盘管式转动液体分布器中间设有一圆柱形空心状的进料槽，进料槽上方有环形挡圈；该进料槽与液体进口相连通，进料槽与主管相连通，主管通过支管与间隔排列的多层盘管相连通，形成液体通道；盘管沿转轴轴向平行分布多层，盘管之间保持一定的轴向间距，盘管上设有出液孔，出液孔与转子的内缘相对应。
作为优选，所述的转子和盘管式液体分布器为单层设置或同轴串连的多层结构，壳体由静止盘分隔成上腔体、多层中间腔体和下腔体，中间腔体上开有中间进料口，转轴穿过各层盘管式液体分布器，静止盘上固定连接有用于将静止盘上的液体引入进料槽的引流管和挡圈，从而实现多层结构的液体流动，成倍地提高单台设备的传质能力。
作为优选，该盘管式转动液体分布器可以用于同心圈转子，也可以用于填料型转子，或其他类型的转子，该盘管式转动液体分布器可以用于逆流型转子，也可以用于错流型转子。当转子为同心圈转子，转子上设有一组同心且直径各异的带有筛孔的动圈，动圈上端与静止盘呈迷宫式卡槽密封。当转子为填料式转子，填料层上端与静止盘之间设有动密封结构，填料层的下端与转子固定连接。
作为优选，所述进料槽直径为转轴直径的1～10倍，主管直径为进料槽直径的0.01～1倍，支管直径为进料槽直径的0.01～1倍，盘管直径为支管直径的0.01～1倍。
作为优选，所述主管设有2-20根，支管设有2-20根，盘管设有1-15根，盘管之间的轴向间距为盘管管径的0.1～10倍，主管与支管轴线呈垂直设置。
作为优选，所述盘管上设有1-300个出液孔，盘管设有单排的出液孔、双排的出液孔或多排的出液孔，双排的出液孔设有挡板，盘管上的上下两侧对称设有均匀分布的倾斜出液孔，出液孔之间的夹角为60°。
作为优选，所述盘管上开设的出液孔是圆形、椭圆形、方形、三角形以及各种其它形状，出液孔的面积是盘管横截面的0.01～2倍。
作为优选，圆柱形进料槽、主管、支管和盘管可以是金属管、塑料管、或其它材料的管件，盘管式转动液体分布器可以用焊接的方法固定在转子上，也可以用螺栓紧固的方法固定在转子上。
本发明有益的效果是：1、本发明采用的是盘管式液体分布，形成良好的液体初始轴向和周向分布；2、旋转床的传质效率得到提高；3、结构更加简单、紧凑、合理，设备易于制造安装。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是实施例1的盘管式液体分布器结构示意图。
图3是图2的俯视结构示意图。
图4是实施例2的双排斜孔盘管式液体分布器的结构示意图。
图5是实施例3的结构示意图。
图6是实施例4的结构示意图。
附图标记：1-转轴，2-壳体，3-气体进口，4-转子，5-动圈，6-气体出口，7-液体进口，8-静止盘，9-动密封结构，10-液体出口，11-机械密封，12-盘管式液体分布器，13-进料槽，14-环形挡圈，15-主管，16-支管，17-盘管，18-出液孔，19-中间进料口，20-挡板，21-填料层，22-引流管，23-挡圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：如图1-3所示为一种单层带盘管式转动液体分布器的同心圈式超重力旋转床，包括壳体2、转轴1、高速旋转的转子4和盘管式液体分布器12，壳体2上端设有气体出口6和液体进口7，壳体2下端设有气体进口3和液体出口10，壳体2中心设有转轴1和静止盘8，转轴1固定连接有转子4，转子4与盘管式液体分布器12固定连接，所述的盘管式转动液体分布器12中间设有一圆柱形空心状的进料槽13，进料槽13上方有环形挡圈14；该进料槽13与液体进口7相连通，进料槽13与主管15相连通，主管15通过支管16与间隔排列的多层盘管17相连通，形成液体通道；盘管17沿转轴1轴向平行分布多层，盘管17之间保持一定的轴向间距，盘管17上设有出液孔18，出液孔18与转子4的内缘相对应。
所述转子4为同心圈转子，转子上设有一组同心且直径各异的带有筛孔的动圈5，动圈5上端与静止盘8呈迷宫式卡槽密封，以防止气体短路，分布器12与液体进口7相连通，转轴1和壳体2连接处安装机械密封11。液体进口7下部伸入进料槽13中，液体经进口管7进入盘管式液体分布器12中，在离心力的作用下液体经主管15和支管16进入盘管17。在离心力作用下，液体通过盘管17的出液孔18喷射出去，形成液体在轴向和周向方向上的初始良好分布。
工作过程：气体从气体进口3切向进入内腔，由于转子采用迷宫式密封，迫使气体在压差的作用下沿径向穿过同心筛孔动圈5上面的筛孔进入转子，与液体进行逆流接触，最后通过气体出口6排出；液体从液体进口7通过盘管式液体分布器12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，从液体出口10排出。
实施例2：
如图4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4所示的双排斜孔盘管式液体分布器，所述的斜孔盘管式液体分布器，包括进料槽13、主管15、支管16、盘管17，盘管沿轴向平行分布两层，进料槽上端设有环形挡圈14，进料槽13连通主管15，主管15通过支管16与盘管17相连通，盘管17上的上下两侧对称设有均匀分布的倾斜出液孔18，出液孔18之间的夹角为60°；所述的液体分布器与转子4固定连接。液体进入液体分布器12中，在离心力作用下液体经主管15和支管16，进入盘管17。液体通过盘管17开设的双排斜孔，斜向上和斜向下喷射出去，与挡板20碰撞后，液体的喷射方向与转轴1垂直，从而形成更均匀的液体周向分布。
实施例3：
如图5所示为一种单层带盘管式转动液体分布器的填料式超重力旋转床装置。本实施例除转子和密封结构与实施例1不同外，其他与实施例1完全相同。本实施例采用如图4所示转子4为填料式转子，在填料式转子上端与静止盘8之间设有动密封结构9，填料层21的下端与转子4固定连接。气液在转子内进行逆流接触后，气体由气体出口6排出，液相由液体出口10排出。
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中所示的液体分布器。
实施例4：
如图6所示为一种带盘管式转动液体分布器的三层同心圈逆流型超重力旋转床装置，包括壳体2，壳体2上端设有气体出口6和液体进口7，下端设有液体出口10和气体进口3，壳体2中心设有两端贯穿壳体的转轴1，转轴1上串联连接有由上至下层状排列的一组转子4，所述的每层转子包括与转子固定连接的盘管式液体分布器12，转子上端与壳体2固定连接的静止盘8上端面设有固定连接的引流管22和挡圈23，所述的引流管22一端与挡圈23相连通，另一端下部伸入盘管式液体分布器12的进料槽13中。壳体2的侧面上对应于各静止盘8的上方设有中间进料口19，从中间进料口19中进入的原料可沿所述的引流管进入分布器。每层转子内的气液流动状况与单层结构相同，不同的是离开转子中心的气体将再次进入相邻的上层转子外缘，沿径向穿过转子后进入其上的另一层转子；而离开该层转子的液体和/或中间进入的液体由下层静盘上的挡圈收集后由引流管21进入下层转子的盘管式液体分布器12，在离心力的作用下穿过下一层转子后进入其下另一层转子。这样在多层转子结构中，气体自下而上依次穿过各层转子，液体自上而下穿过各层转子，气液的流动路径延长，接触时间和接触次数也增加，因而具有很高的传质能力。
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中所示的液体分布器。
本发明以酒精-水为物系，使用实施例1分布器在同心圈逆流型超重力旋转床中进行了精馏实验，在转速为1200r/min时，每米理论板数可以达到37～40块，比使用逐层隔断式和阶梯式分布器传质效率高5-10％，操作弹性高10-20％，并且在实验范围内未发现液泛现象，雾末夹带现象明显降低，液体初始分布均匀、合理。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，包括壳体(2)、转轴(1)、高速旋转的转子(4)和盘管式液体分布器(12)，壳体(2)上端设有气体出口(6)和液体进口(7)，壳体(2)下端设有气体进口(3)和液体出口(10)，壳体(2)中心设有转轴(1)和静止盘(8)，转轴(1)固定连接有转子(4)，转子(4)与盘管式液体分布器(12)固定连接，其特征在于：所述的盘管式液体分布器(12)中间设有一圆柱形空心状的进料槽(13)，进料槽(13)上方有环形挡圈(14)；该进料槽(13)与液体进口(7)相连通，进料槽(13)与主管(15)相连通，主管(15)通过支管(16)与间隔排列的多层盘管(17)相连通，形成液体通道；盘管(17)沿转轴(1)轴向平行分布多层，盘管(17)之间保持一定的轴向间距，盘管(17)上设有出液孔(18)，出液孔(18)与转子(4)的内缘相对应。
2.根据权利要求1所述的带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，其特征是：所述的转子(4)和盘管式液体分布器(12)为单层设置或同轴串连的多层结构，壳体(2)由静止盘(8)分隔成上腔体、多层中间腔体和下腔体，中间腔体上开有中间进料口(19)，转轴(1)穿过各层盘管式液体分布器(12)，静止盘(8)上固定连接有用于将静止盘上的液体引入进料槽的引流管(22)和挡圈(23)。
3.根据权利要求1或2所述的带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，其特征是：所述转子(4)为同心圈转子，转子上设有一组同心且直径各异的带有筛孔的动圈(5)，动圈(5)上端与静止盘(8)呈迷宫式卡槽密封。
4.根据权利要求1或2所述的带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，其特征是：所述转子(4)为填料式转子，填料层(21)上端与静止盘(8)之间设有动密封结构(9)，填料层(21)的下端与转子(4)固定连接。
5.根据权利要求1所述的带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，其特征是：所述进料槽(13)直径为转轴(1)直径的1～10倍，主管(15)直径为进料槽(13)直径的0.01～1倍，支管(16)直径为进料槽(13)直径的0.01～1倍，盘管(17)直径为支管(16)直径的0.01～1倍。
6.根据权利要求1或5所述的带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，其特征是：所述主管(15)设有2-20根，支管(16)设有2-20根，盘管(17)设有1-15根，盘管(17)之间的轴向间距为盘管(17)管径的0.1～10倍，主管(15)与支管(16)轴线呈垂直设置。
7.根据权利要求1或5所述的带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，其特征是：所述盘管(17)上设有1-300个出液孔(18)，盘管(17)设有单排的出液孔、双排的出液孔或多排的出液孔；双排的出液孔设有挡板(20)，盘管(17)上的上下两侧对称设有均匀分布的倾斜出液孔，出液孔之间的夹角为60°。
8.根据权利要求7所述的带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床，其特征是：所述盘管(17)上开设的出液孔(18)是圆形、椭圆形、方形或三角形，出液孔(18)的面积是盘管(17)横截面的0.01～2倍。
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| CN101229503A (zh) * | 2007-10-23 | 2008-07-30 | 浙江工业大学 | 折流式气液错流型超重力场旋转床装置 |
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| CN101898047A (zh) | 2010-12-01 |
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