CN1020036C - 旋转床超重力场强化传递与反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种强化传递与反应的超重力场装置，特别是用于气液相逆流接触的旋转床传递与反应装置，本装置在转子中心布置一除去气体夹带的液体的旋转件；在旋转件外侧布置多种形式的进液管；并使旋转件与排气管形成相对密闭的整体；使气体必经旋转件产生的离心力场，得用该离心力场除掉气体中夹带的液体。本装置可大大提高操作气速，强化传质效果，提高生产能力。

Description

本发明涉及一种用于强化传递与反应的超重力场旋转床装置。特别是用于气、液相逆流接触的旋转床传递与反应的装置。

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旋转床装置，均属此类。

图8是美国专利US4382900公开的结构图。

图9是苏联专利SU127408公开的结构图。

如图8所示：装在固定机壳（7）上的盘状转子（1）作高速旋转，转子上装有环形填料层（3），原料液体从中心进液管（12）进入，通过中心进液管下端伸入床层中间部分的液体分布器（即：喷液孔），喷向环形填料的内环面，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（16）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，传递反应后，气体由排气管（5）排出，液体被甩出填料，从机壳底部的排液管（13）排出。

如图9所示的旋转床出于精馏操作的目的，在转子上布置了二层填料层，即远离转子中心的填料层（3）用作提馏段，接近中心的 填料层（14）作为精馏段。在精馏段与提馏段之间设置原料进液管（4），而将液体回流管（15）安置在转子中心处。该专利增加第二填料层，实现一床精馏。

上述的两个对比文献均在转子中心安置了进液管，在一定气速下，该管喷出的液体中会有部分液滴在没进入超重力场之前就被气体夹带进排气管，不仅降低了传质效果，影响了旋转床的生产能力，甚至会使设备不能正常操作。

此外，在目前应用的旋转床装置中，进液管布液器的结构也是较单一的喷液孔，由于布液不均而影响传质效果和生产能力。

本发明的目的：用离心力场的作用除掉出口气体中夹带的液体;改善布液结构从而强化了旋转床的传质效果，提高了生产能力。

本发明的主要技术措施：

A、在转子的中心固定一除液用中心旋转件，最中心的进液管的喷液孔布置在该旋转件外周环形空间内。使转子中心形成一离心力场。

B、旋转件的周面开有气孔，顶面与排气管相连通，其它部分密闭，旋转件与排气管接触的环面上有动密封，使它们在床层中形成相对密闭的整体。这样，气体在进入排气管之前，必须先经过旋转件形成的离心力场。当气体夹带着液体予通过旋转件时，液体就会被甩回外面的填料层，而进入排气管的气体则不含液体。

此外，为了均匀地分布液体，达到提高传质效果的目的，本发明采用的进液管或为均匀联通在一个园环管上的数根直管，喷液孔在开孔区内;或为单根螺旋管;或为多个园环联通组合管。

下面结合实施例和附图对本发明详细公开。

图1是本发明的结构主视图。

图2是本发明A-A剖视图。

图3是本发明采用螺旋进液管时的结构图。

图4是本发明采用一组园环进液管时的结构图。

图5是采用一组园环进液管时B-B剖视图。

图6是本发明采用叶片做中心旋转件的结构图。

图7是采用叶片做旋转件时C-C剖面图。

如图1所示：在机壳（7）上支撑的高速旋转的盘状转子（1）的中心，固定安装一个除液用的环形或园柱形旋转件（2），使转子中心具有离心力场。该旋转件可以是多孔介质（如：泡沫金属填料，泡沫陶瓷填料，机加工多孔件）或者是叶片。本实施例采用带有支撑罩的园柱形泡沫金属填料。同时将原料进液管（4）置于中心旋转件外周侧与环形填料（3）内周侧之间的环形空间内。旋转件的周面开有气孔，顶面与排气管（5）相连通（或开有气孔连通，或直接连通），其它部分密闭。为了防止气体短路，直接进排气管，旋转件与排气管连接的环面上有动密封（6），使二部件在床层中形成相对密闭的整体。这样可保证气体在进排气管之前，必经旋转件形成的离心力场。当气速较高，气体予将液体带进排气管时，由于离心力场的作用有效地阻止了液体进入，并将其甩回外面的填料层。因此均匀了液体分布，提高了填料的利用率。

此外，原料进液管可以采用多种结构形式。

如图1所示本实施例仍采用一园环管（8）上均布连通数根直管（4）做为进液管，每根直管的下部、伸进床层部分、向着填料内环面一侧开有喷液孔，喷液孔在开孔区内均布，每根管横截面上开孔区的张角如图2所示，用下列公式计算得到：

$\mathrm{\alpha =}\frac{\mathrm{360}}{\eta }\mathrm{+2arctg}\frac{r_1\mathrm{sln}\frac{\mathrm{180}}{n}}{r_2{\mathrm{-r}}_1\cos \frac{\mathrm{180}}{n}}$

式中：α-开孔区张角

r₁-布液管分园半径

r₂-填料内表面的半径

n-均布的管根数

上述的原料进液管亦可采用单根螺旋管。

如图3所示：用一根平均直径等于环形空间平均直径的螺旋管（9），螺旋管伸入床层部分的螺旋外周面的开孔区内沿管子径向开有喷液孔，喷液孔在开孔区内均布，管子横截面上开孔区的张角为：

α＝2arctg (t)/(2h)

式中：t-螺距

h-管截面中心至填料内表面的距离

上述的原料进液管还可采用多个园环管组合连通的形式。

如图4、图5所示：用一组平均直径等于环形空间平均直径的园环管（11），由一根或数根直管（10）将园环管连通成环形罩，在伸入床层的部分园环上的外周面的开孔区内沿管子径向开有喷液孔，喷液孔在开孔区内均布，每根管横截面上开孔区张角为：

α＝2arctg (H)/(2nh)

式中：H-填料轴向厚度

n-喷液园环管数

h-园环管横截面中心距填料内表面的距离

上述旋转件还可以采用一组叶片。

如图6、图7所示：在转子中心装一组叶片（17），叶片顶面固定有环形盖（18），环形盖与排气管（5）之间形成动密封。

利用本发明上述的中心旋转件，还可以使旋转床转子成为双支点支撑结构，如：直接在旋转件中心安置一轴承，轴承中装一固定于机壳上的支撑轴。又如：在旋转件上固定联接一框式转动件，该转动件通过轴承与一固定在机壳顶面的支撑轴联接，即可形成第二支点。从而增加了转子转动的稳定性，为大尺寸旋转床设计提供了依据。

本发明的效果：本发明利用离心力场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，进而大大提高了生产能力。以下是本发明与现有技术在转速为1200rpm下的操作指标比较：

用现有技术    用本发明

液量 5米³/小时 5米³/小时

气速 190米³/小时 1000米³/小时

气带液情况    较多液体带出    没带液

Claims (5)

1、一种强化传递与反应的超重力场旋转床装置，由机壳支撑的高速旋转的转子、中心排气管、原料进液管及转子上固定的环形填料层所组成，其特征在于：

A.在转子的中心固定一除液用中心旋转件，最中心的进液管的喷液孔布置在该旋转件外周环形空间内。

B.旋转件的周面开有气孔，顶面与排气管相连通，其他部分密闭，旋转件与排气管接触的环面上有动密封，使经传质交换后的气体必经旋转件才可达排气管。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的旋转件是圆柱形（或圆形）的多孔介质。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：置于环形空间内的进液管可采用一圆环管上均布并与环形管连通的若干直管，每根直管伸入床层部分沿径向开有喷液孔，喷液孔在开孔区内均布，每管横截面开孔区的张角为：

$\alpha \frac{\mathrm{360}}{\eta }\mathrm{+2arctg}\frac{r_1\mathrm{sln}\frac{\mathrm{180}}{n}}{r_2{\mathrm{-r}}_1\cos \frac{\mathrm{180}}{n}}$

式中：α-开孔区张角

r₁-布液管分圆半径

r₂-填料内表面半径

n-均布的竖直管数。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：置于环形空间内的进液管可以采用一根平均直径等于环形空间平均直径的螺旋管，螺旋管伸入床层部分的螺旋外周面，即：向着填料内环面一侧的开孔区内沿管子径向开有喷液孔，喷液孔在开孔区内均布，管子横截面开孔区的张角为：

α＝2arctg (t)/(2h)

式中：t-螺距

h-管截面中心至填料内表面的距离。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的置于环形空间的进液管可采用一组平均直径等于环形空间平均直径的圆环管，由一根或几根直进液管将圆环连通成一环形罩，在伸入床层的部分圆环外周面的开孔区沿管子径向开有喷液孔，喷液孔在开孔区内均布，每管横截面开孔区的张角为：

α＝2arctg（H/2nh）

式中：H-填料轴向厚度

n-喷液圆环管数

h-圆环管横截面中心距填料内表面的距离。

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