CN102512913A

CN102512913A - 一种旋转填料床用液体分布器

Info

Publication number: CN102512913A
Application number: CN2011103896864A
Authority: CN
Inventors: 栗秀萍; 栗继宏; 李俊妮; 刘有智; 祁贵生; 焦纬洲; 袁志国; 申红艳; 张巧玲
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: CN102512913B

Abstract

本发明涉及一种安装在旋转填料床中的液体分布器，具体为一种能使液体在径向和轴向均能均匀分布在填料内缘面的旋转填料床用液体分布器。解决现有旋转填料床使用的液体分布器存在的液体处理量小、液体分布不均匀问题，包括下盘片、波纹筒，波纹筒位于下盘片上，波纹筒的结构由若干波纹单元并列连接组成，在波纹单元顶部设有阻液板，在波纹单元上设有出液孔，出液孔位于阻液板下方，在下盘片上设有同心的环形导流槽和径向分布的辐射状导流槽，辐射状导流槽和波纹单元对应。本发明结构简单，液体处理量大，可用金属、塑料或高分子材料加工，可应用于单级旋转填料床，也可用于多级旋转填料床。

Description

一种旋转填料床用液体分布器

技术领域

本发明涉及一种安装在旋转填料床中的液体分布器，具体为一种能使液体在径向和轴向均能均匀分布在填料内缘面的旋转填料床用液体分布器。

背景技术

旋转填料床是一种新型的、利用填料旋转产生的离心力场来强化传递与反应的设备。可广泛应用于石油、化工、制药、火炸药等行业的精馏、吸收、化学反应及纳米材料的制备等场合。

旋转填料床的基本结构包括液体分布器和填料两部分，基本工作原理是：液体首先通过液体分布器喷洒在填料内缘面，然后利用填料旋转产生的离心力使液体径向流动，在流动过程中和气体逆向，或同向，或错向接触发生质量、热量传递，或微观混合，或化学反应。

在旋转填料床中，气体是连续相，液体是不连续相，因此，液体能否在填料中均匀分布，直接影响旋转填料床的三传一反性能。旋转填料床通常采用的填料有波纹丝网填料、网状金属填料、金属泡沫、拉西环、或多孔波纹板等专用填料，填料除了提供气、液接触的场所外，不能解决液体均匀分布的问题，因此，液体在填料内缘面的均匀分布性是液体在填料中能否均匀分布的关键。液体是受液体分布器的作用喷洒在填料内缘面，液体分布器的结构设计的好坏，影响液体在填料内缘面的均匀分布性能，也就是说，液体分布器对液体能否在填料中均匀分布起着至关重要的作用，是旋转填料床的核心组成部分。

在旋转填料床（内设一层填料）中，液体分布器一般为设置在设备内腔中心的进液管上的管状结构，如早期的美国公开的专利US4382900离心气液接触装置（图1）、中国公开的专利CN1507940催化反应的方法（图2）、CN101254355平面网板填料式错流型超重力旋转床及其应用（图3）、CN1116125错流旋转床超重力场装置（图4）和CN1060415转动布液式旋转床装置（图5）。

其中，图1、图2所示旋转填料床中的液体分布器为静止不动的，图3、图4、图5中的所示的液体分布器为与填料一起旋转的。图1、图2所示的液体分布器的优点为从液体分布器中喷出的液体与填料发生较大的相对运动，在填料内缘不同轴向高度处，周向能得到均匀分布，但在轴向，液体依靠分布器上开孔的位置与数量决定，并且液体在分布器不同位置处所受的压力不同，液体喷出流速不同，流量亦不同，在轴向得不到均匀分布。

图3、图4和图5正好与图1、图2相反，由于分布器与填料同步高速旋转，从而使得液体获得了较大的离心力，轴向不同小孔上液体流量的均匀性得到了改善，但由于分布器与填料不发生相对运动，使得填料内缘面周向的润湿度受到分布器周向开孔数量的限制，分布器周向有几个小孔，填料内缘周向才产生相应的几个受液点，周向均匀分布性大大下降。同时，上述液体分布器还存在处理量小和只能用于单级旋转填料床缺陷。

为增大液体通量，中国相继公开了专利 CN101898047A一种带盘管式转动液体分布器的超重力旋转床（图6）和CN201752587U带多层圆筒式转动液体分布器的超重力旋转床（图7）。图6从结构上讲，液体周向分布得到大大提高，但从液体流动力学的角度讲，液体的轴向分布体现了不均匀性，在支管正前方，液体由于惯性作用喷出较多，而在支管上、下方，则喷出液体较少。同理，从理论上讲，图7所示，液体分布器中出液孔较多，而且逐层对液体进行分布，但存在的不足是液体流动随意性较大，没有规律，很难控制其均匀。

发明内容

本发明为了解决现有旋转填料床使用的液体分布器存在的液体处理量小、液体分布不均匀问题，提供了一种旋转填料床用液体分布器。

本发明由以下技术方案实现，一种旋转填料床用液体分布器，包括下盘片、波纹筒，波纹筒位于下盘片上，波纹筒的结构由若干波纹单元并列连接组成，在波纹单元顶部设有阻液板，在波纹单元上设有出液孔，出液孔位于阻液板下方，在下盘片上设有同心的环形导流槽和径向分布的辐射状导流槽，辐射状导流槽和波纹单元对应。

所述的波纹单元为阶梯状排列，所述的阻液板的高度渐变，所述的出液孔与下盘片的距离渐变，在下盘片中部设有转轴。所述的出液孔位于阻液板下方，所述的波纹单元为半圆筒，矩形槽，梯形槽，楔形槽等形状，连续连接起来构成波纹状。

本发明的整体结构采用了波纹筒为分布器的核心部件。液体分布器的下盘片也是旋转填料床固定填料的下盘片，液体分布器与填料同步旋转。液体从进液口流到下盘片上，在重力的作用下首先充满同心环向的导流凹槽和辐射状导流凹槽，达到均匀分布在下盘片上。然后，液体在离心力的作用下，沿着径向辐射分布的导流凹槽均匀向四周甩出，并流到波纹筒的波纹单元处，受波纹单元的阻挡作用，液体被迫改变方向，沿着波纹筒的每一个波纹单元壁向上流动，设在波纹单元顶部的阻液板再次改变液体的流动方向，使液体通过出液孔径向排出。由于设置在波纹筒侧壁上的出液孔的分布高度不等而形成阶梯状，且出液孔数量较多，所以液体在轴向得到了均匀分布。从而使液体到达填料上着落点分布均匀。

本发明的结构设计使液体在液体分布器中规范了流动路径，形成了良好的周向、轴向分布，使液体能均匀喷洒在填料内缘面，可有效提高液体在填料中的均匀分布性，强化填料的传递与反应效果，进而大大提高了设备的三传一反性能。处理量大，适用范围广，能使液体在布液管中形成良好的初始周向和轴向分布的液体分布器。

本发明结构简单，液体处理量大，可用金属、塑料或高分子材料加工，可应用于单级旋转填料床，也可用于多级旋转填料床。可广泛应用于石油、化工、制药、火炸药等行业的精馏、吸收、化学反应及纳米材料的制备等场合。

附图说明

图1-7为现有的液体分布器的结构示意

图8为本发明的立体结构图

图9为本发明的展开图

图10 本发明的俯视图

图11为图10的剖面图

图12为本发明所述用液体分布器的旋转填料床在精馏操作中的应用

图13为本发明所述用液体分布器的旋转填料床在吸收操作（气体净化）中的应用

图中：1-转轴，2-下盘片，3-波纹筒，4-出液孔，5-辐射状导流槽，6-环形导流槽，7-阻液板，8-动密封，9-气液接触区，10-填料，11-液体进口，12-液体出口，13-气体进口，14-气体出口，15-壳体，16-上盘片,17、18-冷凝器，19-电磁加热器，20-超重力装置，21-缓冲及原料槽，22-产品槽，23-富液槽，24-再生贮液槽。

具体实施方式

一种旋转填料床用液体分布器，如图8所示意，包括下盘片2、波纹筒3，波纹筒3位于下盘片2上侧，波纹筒3的结构由若干波纹单元并列连接组成，在波纹单元顶部设有阻液板7，在波纹单元上设有出液孔4，出液孔位4于阻液板7下方，在下盘片2上设有同心的环形导流槽6和径向分布的辐射状导流槽5，辐射状导流槽5和波纹单元对应。辐射状导流槽5一般深入到波纹单元内，以使液体流进波纹单位的内壁，波纹筒3的内腔（或波纹筒3与转轴1的空隙处）为液体进口。

如图9所示意，所述的波纹筒3的波纹单元为阶梯状排列，所述的波纹单元为半圆筒，矩形槽，梯形槽，楔形槽等形状，连续连接起来构成波纹状。

所述的阻液板7的高度为阶梯状排列，所述的出液孔4与下盘片2的距离为阶梯状排列，如图10，11所示意，在下盘片2中部设有转轴1，环形导流槽6一般为1～5个，其数量根据液体处理量来定，处理量越大就需要越多。

辐射状导流槽5的数量为

（波纹筒的直径为D，每个波纹单元的直径为（d），一般大于15条，凹槽数越多，液体在填料内缘面周向和径向分布的越均匀。

出液孔4的直径（d ₀）为1～3mm，出液孔（4）的直径（d ₀）可根据液体处理量进行调整。

每一个波纹单元宽度或直径为10～20mm。

（1）液体分布器的设计例之一，

采用本发明所述的旋转填料床用液体分布器，可设填料轴向高度H=0.050m，液体分布器的直径D=0.118m，转轴直径为D ₀=0.060m，波纹筒的每一个波纹呈半圆状，半圆直径d=0.018m，则在波纹筒中有n=17个呈半圆状的波纹，波纹相邻波谷高度差（

）为 ±10mm，每个波纹的高度h _i如表1所示，高度差为0.1m，并列形成阶梯状：

表1 波纹筒中每个波纹的高度h _i

H ₁

h ₂

h ₃

h ₄

h ₅

h ₆

h ₇

h ₈

h ₉

0.008m

0.018m

0.028m

0.038m

0.042m

0.032m

0.022m

0.012m

0.010m

h ₁₀

h ₁₁

h ₁₂

h ₁₃

h ₁₄

h ₁₅

h ₁₆

h ₁₇

0.020m

0.030m

0.040m

0.045m

0.035m

0.025

0.015m

0.005m

当液体分布器转速为N=800r/min，由公式

可计算液体在出液孔的平均速度

=4.2m/s

设液体分布器出液孔直径d=0.003m，可由公式

得出该液体分布器可以处理的液量为L=1.82m ³ /h。

（2）工程化应用

本发明结构简单，液体处理量大，可用金属、塑料或高分子材料加工，可应用于单级旋转填料床，也可用于多级旋转填料床。可广泛应用于石油、化工、制药、火炸药等行业的精馏、吸收、化学反应及纳米材料的制备等场合。以下为精馏和吸收的两个具体的应用实例：

应用实例1：在精馏单元操作中，本发明可安装在多级旋转填料床中，实现连续精馏操作在单一旋转填料床中完成。如图12所示，原料在泵的作用下，经转子流量计计量后从原料进口进入多级旋转填料床的液体分布器，液体从进液口流到下盘片上，在离心力作用下向外甩出，在此过程中，液体首先浸满下盘片上的同心的凹槽中，然后沿着径向辐射分布的凹槽均匀向四周分布，快速辐射流动的液体受波纹筒的作用被迫改变流动方向，沿着波纹筒的每一个波纹波谷向上流动，最后从设在顶部的出液孔以液滴、液膜、液丝的形式排出，由于设置在波纹筒上小孔的分布成阶梯状，故出液孔的液体能均匀喷洒在填料内缘面。在填料中，液体与气体逆流接触进行传质传热。离开填料的液体从多级旋转填料床底部的液体出口流出，进入再沸器。再沸器中的液体部分引出，部分经加热产生蒸汽，蒸汽从气体进口进入多级旋转填料床，在压力作用下，在压力作用下由外至内通过上层填料。然后从多级旋转填料床顶部的气体出口进入冷凝器。冷凝器中的部分液体作为回流液从回流液进口返回到多级旋转填料函床中，其余作为产品引出。

应用实例2：以气体净化为例，如图13所示，在吸收单元操作中，本发明可根据气体的净化要求安装在一级或多级旋转填料床中，可实现一级净化,或多级净化。原料气（待净化气）从旋转填料床入口进入旋转填料床外腔，在压力作用下，从旋转填料外侧进入内侧，在填料中，气体与吸收液逆流接触，进行传质净化，经净化后的气体从旋转填料床的气体出口排出。吸收液从旋转填料床的进液口进入液体分布器的内腔，并流到下盘片上，在离心力作用下向外流动，在此过程中，液体首先浸满下盘片上的同心的凹槽中，然后沿着径向辐射分布的凹槽均匀向四周分布，快速辐射流动的液体受波纹筒的作用被迫改变流动方向，沿着波纹筒的每一个波纹波谷向上流动，最后从设在顶部的出液孔以液滴、液膜、液丝的形式排出，由于设置在波纹筒上小孔的分布成阶梯状，故出液孔的液体能均匀喷洒在填料内缘面，与逆流的气体进行传质。离开填料的液体从旋转填料床底部的液体出口流出，进入再生旋转填料床进行再生，再生后的液体循环使用。

Claims

1.一种旋转填料床用液体分布器，其特征在于：包括下盘片（2）、波纹筒（3），波纹筒（3）位于下盘片（2）上侧，波纹筒（3）的结构由若干波纹单元并列连接组成，在波纹单元顶部设有阻液板（7），在波纹单元上设有出液孔（4），出液孔（4）位于阻液板（7）下方，在下盘片（2）上设有同心的环形导流槽（6）和径向分布的辐射状导流槽（5），辐射状导流槽（5）和波纹单元对应。

2.根据权利要求1所述的旋转填料床用液体分布器，其特征在于：所述的波纹单元为半圆筒，矩形槽，梯形槽，楔形槽。

3.根据权利要求1或2所述的旋转填料床用液体分布器，其特征在于：所述的波纹筒（3）的所述的波纹单元为阶梯状排列。

4.根据权利要求1所述的旋转填料床用液体分布器，其特征在于：所述的阻液板（7）的高度为阶梯状排列。

5.根据权利要求1所述的旋转填料床用液体分布器，其特征在于：所述的出液孔（4）与下盘片（2）的距离为阶梯状排列。

6.根据权利要求1所述的旋转填料床用液体分布器，其特征在于：在下盘片（2）中部设有转轴（1）。

7.根据权利要求1所述的旋转填料床用液体分布器，其特征在于：环形导流槽（6）一般为1～5个，辐射状导流槽（5）的数量大于15条。

8.根据权利要求1所述的旋转填料床用液体分布器，其特征在于：出液孔（4）的直径为1～3mm。

9.根据权利要求1所述的旋转填料床用液体分布器，其特征在于：每一个波纹单元宽度或直径为10～20mm。

10.根据权利要求1或2所述的旋转填料床用液体分布器，其特征在于：波纹筒（3）的阶梯状高差为0.01-0.3m。