CN102716699B - 气升式多级交错循环流动塔及循环流动结构 - Google Patents
气升式多级交错循环流动塔及循环流动结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种气升式多级交错循环流动塔及循环流动结构，包括塔体、微泡气体发生器、多级中心管、环隙向中心导流筒和中心向环隙导流筒；在塔体内设置有多段中心管，多段中心管下设置有间隔设置有环隙向中心导流筒或中心向环隙导流筒，环隙向中心导流筒和中心向环隙导流筒在多级中心管下交替放置。环隙向中心导流筒将下一级上升的气体导入中心管内，使流体形成“管内上升-环隙下降”式循环流动，中心向环隙导流筒将气体导入中心管外与塔体的环隙，使流体形成“环隙上升-管内下降”式循环流动；本发明强化了混合与传质。与只使用了环隙向中心导流筒的传统多级气升式循环流动塔相比，气含率可提高20％-40％，气泡分布均匀度提高10％-30％。
Description
技术领域
本发明涉及一种气升式多级交错循环流动塔及循环流动结构，尤其涉及一种各级之间流体交错流动，相间逆流接触混合充分的气升式多级循环流动结构的流动塔。适用于化工、冶金、废水处理等领域。
背景技术
气升式循环流动塔广泛应用于化工、能源领域的气升式环流反应器，以及冶金、废水处理领域的浮选柱中。传统的机械搅拌式的反应器和浮选机，有着能耗高，结构复杂不利于检修维护的缺点。气升式循环流动塔的原理是气体进入上升管路后，管内外气含率不同造成的密度差推动液体循环流动，起到搅拌混合的作用，强化相间混合和传质。具有结构简单，能耗低的优点。
传统的多级气升式循环流动塔结构如图1所示，包括塔体(1)、微泡气体发生器(2)、多级中心管(3)，且只有一种环隙向中心导流筒(4)，每级的循环流动情况相同。塔内的流动状况如图2-I所示，气体带动中心管(3)内流体向上流动，管内气含率大于环隙，即环隙流体密度大于管内，推动液体向下循环回中心管内，使流体形成“管内上升-环隙下降”式循环流动(I)，因为只有一种循环流动形式，各级之间流体顺流接触，并未充分接触混合，相间传质较差，不能体现出多级循环流动的优势。
发明内容
本发明的目的在于针对传统多级气升式循环流动塔的缺陷提供一种气升式多级交错循环流动塔，使得各级之间流体交错流动，相间逆流接触混合充分，优化传质效果。
本发明的技术方案如下：
一种气升式多级交错循环流动塔，其结构包括塔体(1)、微泡气体发生器(2)、多级中心管(3)、环隙向中心导流筒(4)和中心向环隙导流筒(5)；在塔体(1)内设置有多段中心管，多段中心管下设置有环隙向中心导流筒(4)或中心向环隙导流筒(5)，且环隙向中心导流筒(4)和中心向环隙导流筒(5)在多级中心管(3)下交替放置。
优选结构为塔体(1)直径为100mm-1000mm，中心管(3)与塔体(1)直径之比为0.5-0.9。环隙向中心导流筒(4)为中空圆台形，上底面与中心管直径之比为0.6-0.9，下底面与塔体直径之比为0.8-0.95，圆台的侧面与底面之角为20°-80°。中心向环隙导流筒为两圆锥相对形成的封闭体，锥底面与塔体(1)直径之比为0.8-0.95，上圆锥侧面与底面之角为5°-40°，下圆锥侧面与底面之角为30°-80°。
本发明的气升式多级交错循环流动塔的循环流动结构，环隙向中心导流筒(4)将下一级上升的气体导入中心管内，使流体形成“管内上升-环隙下降”式循环流动，中心向环隙导流筒(5)将气体导入中心管外与塔体的环隙，使流体形成“环隙上升-管内下降”式循环流动；使两级循环流动交错，上一级流入下一级的液体与上升的气体逆流接触。
本发明所述气升式多级交错循环流动结构，塔体(1)底部装有微泡气体发生器(2)，塔内装有多段中心管(3)。导流筒安装在各段中心管之间，所述导流筒有两种，环隙向中心导流筒(4)可以将下一级上升的气体导入中心管(3)内，如图6-I，气体带动中心管(3)内流体向上流动，管内气含率大于环隙，即环隙流体密度大于管内，推动液体向下循环回中心管内，使流体形成“管内上升-环隙下降”式循环流动(I)。中心向环隙导流筒(5)可以将气体导入中心管(3)外与塔体(1)的环隙，如图6-II，气体带动环隙内流体向上流动，环隙气含率大于管内，即管内流体密度大于环隙，推动液体向下循环回环隙，使流体形成“环隙上升-管内下降”式循环流动(II)。两种导流筒交替放置，在相邻两级内形成交错的两种循环流动-“I-II-I……”，上一级流入下一级的液体与上升的气体逆流接触，而传统的多级气升式循环流动塔如图2-I所示，流动情况为“I-I-I……”，气液为顺流接触，因此本发明能够达到比传统多级气升式循环流动塔更加良好的混合与传质效果。由于产生这样的交错流动结构，在第三级环流结构中的液体沿向中心导流筒壁流自上而下流入第二级环流结构的环隙中，与第二级环流结构环隙中上升的气体逆流接触。同样第二级环流结构中的液体沿向环隙导流筒壁流自上而下流入第一级环流结构的中心管中，与第一级环流结构中心管中上升的气体逆流接触。本气升式多级交错循环流动塔的两级之间下降液体与上升气体逆流接触，强化了混合与传质。与只使用了环隙向中心导流筒的传统多级气升式循环流动塔相比，气含率可提高20％-40％，气泡分布均匀度提高10％-30％。
附图说明
图1传统气升式多级循环流动结构示意图；
图2传统多级循环流动状况示意图
图3气升式多级交错循环流动结构示意图；
图4环隙向中心导流筒示意图；
图5中心向环隙导流筒示意图；
图6多级交错循环流动状况示意图。
其中：1-塔体、2-微泡气体发生器、3-多级中心管、4-环隙向中心导流筒、5-中心向环隙导流筒
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
如图3所示，本气升式多级交错循环流动塔由塔体(1)、微泡气体发生器(2)、多级中心管(3)、环隙向中心导流筒(4)、中心向环隙导流筒(5)等部分构成。在塔体(1)内设置有多段中心管，多段中心管下设置有间隔设置有环隙向中心导流筒(4)或中心向环隙导流筒(5)，环隙向中心导流筒(4)和中心向环隙导流筒(5)在多级中心管(3)下交替放置。
本例使用的塔体直径150mm，高度为3000mm，使用了4段中心管，中心管直径为110mm，高度为600mm。环隙向中心导流筒为中空圆台形，上底面直径为50mm，下底面直径为140mm，圆台高130mm。中心向环隙导流筒为两圆锥相对形成的封闭体，锥底面直径为130mm，锥底面距上顶点20mm，距下顶点140mm，锥体总高160mm。
如图6所示，微泡气体发生器(2)产生大量微小均匀气泡。气体上升通过环隙向中心导流筒进入中心管路，如图6-I，气体带动中心管(3)内流体向上流动，管内气含率大于环隙，即环隙流体密度大于管内，推动液体向下循环回中心管内，使流体形成“管内上升-环隙下降”式循环流动。部分微小气泡跟随液体循环流动。其余大量气体在中心管上升，通过中心向环隙导流筒进入环隙管路，如图6-II，气体带动环隙内流体向上流动，环隙气含率大于管内，即管内流体密度大于环隙，推动液体向下循环回环隙，在第二级环流结构中形成“环隙上升-管内下降”式循环流动，同样部分微小气泡跟随液体循环流动。其余大量气体上升通过环隙向中心导流筒进入中心管路，在第三级环流结构中继续形成“管内上升-环隙下降”式循环流动。同理如此通过交替放置的两种导流筒形成交错的循环结构-“I-II-I”。
在异丁醇浓度20ppm，充气速率1.25m3/h条件下，传统多级气升式循环流动塔的气含率为16％，充气均匀系数为61％，本气升式多级交错循环流动塔的气含率可达到21％。充气均匀系数为77％，充气性能大大改善，有利于混合与传质。
本发明提出的气升式多级交错循环流动塔及循环流动结构，已通过实例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的制作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (2)
1.一种气升式多级交错循环流动塔，其结构包括塔体（1）、微泡气体发生器（2）、多级中心管（3）、环隙向中心导流筒（4）和中心向环隙导流筒（5）；其特征是在塔体（1）内设置有多段中心管，多段中心管下设置有环隙向中心导流筒（4）或中心向环隙导流筒（5），且环隙向中心导流筒（4）和中心向环隙导流筒（5）在多级中心管（3）下交替放置；塔体（1）直径为100mm-1000mm，中心管（3）与塔体（1）直径之比为0.5-0.9；环隙向中心导流筒（4）为中空圆台形，上底面与中心管直径之比为0.6-0.9，下底面与塔体直径之比为0.8-0.95，圆台的侧面与底面之角为20°-80°；中心向环隙导流筒（5）为两圆锥相对形成的封闭体，锥底面与塔体（1）直径之比为0.8-0.95，上圆锥侧面与底面之角为5°-40°，下圆锥侧面与底面之角为30°-80°。
2.根据权利要求1所述的气升式多级交错循环流动塔，其特征在于：环隙向中心导流筒（4）将下一级上升的气体导入中心管内，使流体形成“管内上升—环隙下降”式循环流动，中心向环隙导流筒（5）将气体导入中心管外与塔体的环隙，使流体形成“环隙上升—管内下降”式循环流动；使两级循环流动交错，上一级流入下一级的液体与上升的气体逆流接触。
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