CN102824753A

CN102824753A - 一种超重力三相传质分离旋转床的使用方法

Info

Publication number: CN102824753A
Application number: CN2012103362452A
Authority: CN
Inventors: 马庆芬; 卢辉
Original assignee: Hainan University
Current assignee: Hainan University
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: CN102824753B

Abstract

本发明涉及一种超重力三相传质分离旋转床的使用方法，该方法包括：提供超重力三相传质分离旋转床；以及使用超重力三相传质分离旋转床进行分离。所述超重力三相传质分离旋转床分为上部的超重力三相接触传质段和下部的旋流固液分离段，包括：转轴、转子、锥形静态料液分布器、旋转布液盘和阻涡器。所述超重力三相传质分离旋转床的壳体上设置气相出口、轻相出口和重相出口。本发明所述的超重力三相传质分离旋转床具有下列优点：1、同时实现气、液、固三相的传质和预分离、甚至完全分离，可应用于精馏、吸收等多种单元操作过程；2、动静结合的液体分布方法既简化了液体进口结构、易于密封，又使液体获得均匀的轴向和周向的初始分布。

Description

一种超重力三相传质分离旋转床的使用方法

技术领域

本发明涉及超重力技术领域，具体地说，本发明涉及一种超重力三相传质分离旋转床的使用方法。

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。实际应用中，实现超重力环境的方法是通过旋转产生离心力，这种经过特殊设计的旋转设备称为超重力机或超重力旋转床，也因其突破性的优点而被誉为“化学工业的晶体管”。但是目前应用在工业中的超重力旋转床装置的功能只限于气相与液相或固液混合物的传质与分离，而无法在强化传质的同时实现气、液、固三相的分离。现有技术的超重力旋转床根据其转子结构可分为两大类：单层超重力旋转床和多层超重力旋转床。单层超重力长旋转床中国专利有填料式CN 1059105A、CN 1062098A、CN 1064338A、CN 2229833Y，防堵填料式CN201529411U，碟片式CN 2581060Y，折流式CN 117488C，管式CN1438067A；多层超重力旋转床中国专利有折流式CN 1686591A，同心圈式CN 101234261A，同心圆环多层填料式CN 101869776A，多级雾化式CN 201108754Y，多级吸收式CN 202173801。

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。例如美国专利US 4382900和中国专利CN 1507940A中，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CN 101254355A和CN 1116125A公开了一种转动分布形式的液体分布器，其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。这种液体分布器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CN 1060415A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。

中国专利CN 201752587U中，液体分布器为固定于转子之上的多层圆筒式结构，与液体进口通过固定于壳体上的静止圆柱形空心进料槽相连通，靠进料槽的内壁和每一层圆筒的内壁上所设出液孔达到液体雾化与初始分布。虽然这种液体分布器避免了液体分布器与进料管之间的动密封结构，易于制造安装，但是液体流量较大时会造成液体分布器流动阻力较大，液体雾化效果减弱。

发明内容

本发明的目的是继承现有技术的超重力旋转床的优点，拓展超重力旋转床的功能，提供一种集气、液、固三相传质与分离为一体的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，并改进液体分布器结构，提高传质效率。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种新型的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，包括：提供所述超重力三相传质分离旋转床；以及使用所述超重力三相传质分离旋转床进行分离，其中，所述超重力三相传质分离旋转床分为上部的超重力三相接触传质段和下部的旋流固液分离段，所述超重力三相传质分离旋转床包括：

转轴，所述转轴和所述超重力三相传质分离旋转床的壳体之间设置机械密封；

转子，所述转子设置于所述转轴上，并且位于所述超重力三相接触传质段之内，所述转子和位于所述超重力三相传质分离旋转床的壳体内部的静挡板之间设置迷宫密封；

设置在所述超重力三相传质分离旋转床的壳体上方的固液混合物进料管和气相出口；

和所述固液混合物进料管相连的所述锥形静态料液分布器，所述锥形静态料液分布器围绕所述转轴并且固定在所述超重力三相传质分离旋转床的壳体上；

设置在所述转子上的旋转布液盘；

设置在所述超重力三相接触传质段侧面的气相进口；

设置在所述旋流固液分离段的下方的重相出口；以及

轻相出口，所述轻相出口设置在所述超重力三相接触传质段的侧面或者所述旋流固液分离段的下方；以及

阻涡器，所述阻涡器设置在所述重相出口附近。

如本文中使用的，术语“超重力”技术是强化多相流传递及反应过程的新技术。上个世纪问世以来，在国内外受到广泛的重视，由于它的广泛适用性以及具有传统设备所不具有的体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵活以及更能适应环境等优点，使得超重力技术在环保和材料生物化工等工业领域中有广阔的商业化应用前景。但目前超重力技术还主要处于应用开发阶段。其基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，强化相与相之间的相对速度和相互接触，从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。

如本文中使用的，措辞“阻涡器设置在重相出口附近”是指阻涡器的位置并不特别限制，只要其可以起到阻止涡旋作用的即可，例如其可以在重相出口内部或者上部等位置。

优选地，所述超重力三相接触传质段为圆柱状，所述旋流固液分离段为圆锥状、或圆锥与圆柱结合状。

优选地，所述旋流固液分离段的圆锥的锥度α为1°～90°之间。

优选地，所述轻相出口上设置溢流口，所述溢流口的壁面上设置有条状、圆形或其它形状的孔隙，或者所述壁面由膜材料制成。

优选地，所述锥形静态料液分布器的内、外壁均为形状为上大下小的圆台曲面，并且所述圆台锥度θ在1°～179°之间。

优选地，所述锥形静态料液分布器的壁面设置1～1000个出液孔，所述的出液孔为圆形、椭圆形、方形、三角形、条形或其它形状，面积为0.1mm²～600mm²。

优选地，所述锥形静态料液分布器固定在所述超重力三相传质分离旋转床的壳体的中心，并且底部开有圆孔，所述圆孔的直径比所述转轴的直径大1～2mm。

优选地，旋转布液盘所述设置在所述转子中心，并且所述旋转布液盘与所述转子等角速度旋转。

优选地，所述旋转布液盘由2~30个布液盘按照一定间距沿竖直方向排布组成，所述布液盘内缘设有倾斜的溢流堰，所述溢流堰与水平面夹角β在95°～170°之间，所述布液盘外圆大小相同，内圆直径从上到下逐渐减小，形成与所述锥形静态料液分布器外壁相匹配的圆台结构，每层布液盘内圆直径比所述锥形静态料液分布器外壁直径大1～2mm。

优选地，所述布液盘由液盘架支撑，所述液盘架包括2~30个水平圆环形托盘与四个沿圆周均布的竖直支腿。

本发明所述的超重力三相传质分离旋转床具有下列优点：1、同时实现气、液、固三相的传质和预分离、甚至完全分离，可应用于精馏、吸收等多种单元操作过程；2、动静结合的液体分布方法既简化了液体进口结构、易于密封，又使液体获得均匀的轴向和周向的初始分布。

附图说明

图1是实施例1的超重力三相传质分离旋转床的结构示意图；

图2是本发明的超重力三相传质分离旋转床的阻涡器的剖面图；

图3是本发明的超重力三相传质分离旋转床的旋转布液盘结构示意图；

图4是本发明的超重力三相传质分离旋转床的液盘架的示意图；

图5是实施例2的超重力三相传质分离旋转床的结构示意图；

图6是实施例3的超重力三相传质分离旋转床的结构示意图；

图中：1、阻涡器；2、旋流固液分离段；3、超重力三相接触传质段；4、转子；5、迷宫密封；6、静挡板；7、气相出口；8、机械密封；9、转轴；10、固液混合物进料管；11、锥形静态料液分布器；12、旋转布液盘；13、气相进口；14、轻相出口；15、溢流口；16、重相出口。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

图1示意性示出超重力三相传质分离旋转床的示意图，其分为上部的超重力三相接触传质段3和下部的旋流固液分离段2，所述超重力三相传质分离旋转床包括：转轴9，所述转轴9和所述超重力三相传质分离旋转床的壳体之间设置机械密封8；转子4，所述转子4设置于所述转轴9上，并且位于所述超重力三相接触传质段3之内，所述转子4和位于所述超重力三相传质分离旋转床的壳体内部的静挡板6之间设置迷宫密封5；设置在所述超重力三相传质分离旋转床的壳体上方的固液混合物进料管10和气相出口7；和所述固液混合物进料管10相连的所述锥形静态料液分布器11，所述锥形静态料液分布器11围绕所述转轴9并且固定在所述超重力三相传质分离旋转床的壳体中心；设置在所述转子4中心的旋转布液盘12；设置在所述超重力三相接触传质段3侧面的气相进口13；设置在所述旋流固液分离段2的下方的重相出口16；以及轻相出口14，所述轻相出口14设置在所述超重力三相接触传质段3的侧面；以及阻涡器1，所述阻涡器1设置在所述重相出口16附近。图2中示意性示出所述阻涡器1的结构示意图。

所述超重力三相接触传质段3为圆柱状，所述旋流固液分离段2为圆锥状。所述旋流固液分离段2的圆锥的锥度α为60°左右。所述轻相出口14上设置溢流口15，所述溢流口15的壁面上可以设置有条状、圆形或其它形状的孔隙，或者所述壁面由膜材料制成，以便于液体更好地流动。

所述锥形静态料液分布器11的内、外壁均为形状为上大下小的圆台曲面，并且所述圆台锥度θ为60°左右。所述锥形静态料液分布器11的壁面设置100个出液孔，所述的出液孔为圆形，面积为100mm²。

所述锥形静态料液分布器11固定在所述超重力三相传质分离旋转床的壳体的中心，并且底部开有圆孔，所述圆孔的直径比所述转轴9的直径大2mm。如本文中使用的，固定的方式并不特别限制，本领域技术人员可以使用任何方式来进行固定，只要能够达到不再移动的效果即可。

图3示意性示出旋转布液盘12结构示意图。所述旋转布液盘12与所述转子4等角速度旋转，旋转布液盘12的出口与转子4的填料或塔板内缘相对应。所述旋转布液盘12由20个布液盘按照一定间距沿竖直方向排布组成，所述布液盘内缘设有倾斜的溢流堰，所述溢流堰与水平面夹角β在120°左右，所述布液盘外圆大小相同，内圆直径从上到下逐渐减小，形成与所述锥形静态料液分布器11外壁相匹配的圆台结构，每层布液盘内圆直径比所述锥形静态料液分布器11外壁直径大2mm。所述布液盘由液盘架支撑。图4示意性示出液盘架的示意图。所述液盘架由20个水平圆环形托盘与四个沿圆周均布的竖直支腿焊接而成。

在使用超重力三相传质分离旋转床时，气体或带有固体颗粒杂质的气体从气相进口13切向进入超重力三相接触传质段3。由于转子4与静挡板6之间采用迷宫密封5，迫使气体在压差的作用下沿径向穿过转子4的填料或者塔板，与料液进行逆流接触，最后通过气相出口7排出。固液混合物或者吸收液从固液混合物进料管10通过锥形静态料液分布器11壁面的小孔以一定初速度流入旋转布液盘12，并在离心力场的作用下以薄液膜的方式甩出，在逆流气体的作用下破碎成细小液滴、液丝进入转子4内缘并与气体逆流接触进行传质传热。从转子4外缘甩出的固液混合物具有较大的切向速度，在壳体内壁上螺旋向下流动进入旋流固液分离段2，经过此段的分离，重相被甩在壁面最后经阻涡器1消弱旋转强度后从重相出口16排出，轻相经过孔隙进入溢流口15，沿管道向上流动从位于旋流固液分离段2上方的轻相出口14排出。这样就实现了气、液、固三相在超重力场中的接触传质与分离。

实施例2

图5示意性示出另一种超重力三相传质分离旋转床，其和实施例1中的超重力三相传质分离旋转床完全相同，不同之处在于，轻相出口14设置于旋流固液分离段2下方、重相出口16附近，从而使得分离后的轻重相均向壳体下方流动，分别从对应出口流出。重相出口16上方壳体设计为渐扩圆台结构，一方面可以为轻相出口14的管道提供空间，另一方面可以进一步降低重相旋转速度，减小设备压降。

实施例3

图6示意性示出另一种超重力三相传质分离旋转床，其和实施例1中的超重力三相传质分离旋转床完全相同，不同之处在于，旋流固液分离段的内表面的形状和实施例1中的情况不同。旋流固液分离段2为圆锥1-圆柱-圆锥2的形式，适应于直径较大的气、液、固三相超重力传质分离装置。圆锥1型线的存在可以提高转子4外缘甩出料液的切向速度、提高固液分离效率，增加旋流固液分离段2的液体容积率，减小旋流固液分离段2的体积。

需要说明的是，本实施例中的轻相出口14和重相出口16与实施例1完全相同，也可以采用实施例2中所示的轻相出口14与重相出口16的结构。

Claims

1.一种超重力三相传质分离旋转床的使用方法，包括：提供所述超重力三相传质分离旋转床；以及使用所述超重力三相传质分离旋转床进行分离，其中，

所述超重力三相传质分离旋转床分为上部的超重力三相接触传质段（3）和下部的旋流固液分离段（2），所述超重力三相传质分离旋转床包括：

转轴（9），所述转轴（9）和所述超重力三相传质分离旋转床的壳体之间设置机械密封（8）；

转子（4），所述转子（4）设置于所述转轴（9）上，并且位于所述超重力三相接触传质段（3）之内，所述转子（4）和位于所述超重力三相传质分离旋转床的壳体内部的静挡板（6）之间设置迷宫密封(5)；

设置在所述超重力三相传质分离旋转床的壳体上方的固液混合物进料管（10）和气相出口（7）；

和所述固液混合物进料管（10）相连的所述锥形静态料液分布器（11），所述锥形静态料液分布器（11）围绕所述转轴（9）并且固定在所述超重力三相传质分离旋转床的壳体上；

设置在所述转子（4）上的旋转布液盘（12）；

设置在所述超重力三相接触传质段（3）侧面的气相进口（13）；

设置在所述旋流固液分离段（2）的下方的重相出口（16）；以及

轻相出口（14），所述轻相出口（14）设置在所述超重力三相接触传质段（3）的侧面或者所述旋流固液分离段（2）的下方；以及

阻涡器（1），所述阻涡器（1）设置在所述重相出口（16）附近。

2.根据权利要求1所述的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，其特征在于，所述超重力三相接触传质段（3）为圆柱状，所述旋流固液分离段（2）为圆锥状、或圆锥与圆柱结合状。

3.根据权利要求2所述的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，其特征在于，所述旋流固液分离段（2）的圆锥的锥度α为1°～90°之间。

4.根据权利要求1所述的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，其特征在于，所述轻相出口（14）上设置溢流口（15），所述溢流口（15）的壁面上设置有条状、圆形或其它形状的孔隙，或者所述壁面由膜材料制成。

5.根据权利要求1所述的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，其特征在于，所述锥形静态料液分布器（11）的内、外壁均为形状为上大下小的圆台曲面，并且所述圆台锥度θ在1°～179°之间。

6.根据权利要求5所述的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，其特征在于，所述锥形静态料液分布器（11）的壁面设置1～1000个出液孔，所述的出液孔为圆形、椭圆形、方形、三角形、条形或其它形状，面积为0.1mm²～600mm²。

7.根据权利要求1所述的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，其特征在于，所述锥形静态料液分布器（11）固定在所述超重力三相传质分离旋转床的壳体的中心，并且底部开有圆孔，所述圆孔的直径比所述转轴（9）的直径大1～2mm。

8.根据权利要求1所述的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，其特征在于，所述旋转布液盘（12）设置在所述转子（4）中心，并且所述旋转布液盘（12）与所述转子（4）等角速度旋转。

9.根据权利要求1所述的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，其特征在于，所述旋转布液盘（12）由2~30个布液盘按照一定间距沿竖直方向排布组成，所述布液盘内缘设有倾斜的溢流堰，所述溢流堰与水平面夹角β在95°～170°之间，所述布液盘外圆大小相同，内圆直径从上到下逐渐减小，形成与所述锥形静态料液分布器（11）外壁相匹配的圆台结构，每层布液盘内圆直径比所述锥形静态料液分布器（11）外壁直径大1～2mm。

10.根据权利要求1所述的超重力三相传质分离旋转床的使用方法，其特征在于，所述布液盘由液盘架支撑，所述液盘架包括2~30个水平圆环形托盘与四个沿圆周均布的竖直支腿。