CN103418155A

CN103418155A - 一种用于精馏的超重力旋转填料床装置

Info

Publication number: CN103418155A
Application number: CN2013103380629A
Authority: CN
Inventors: 李育敏; 卢永生; 俞云良
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: CN103418155B

Abstract

本发明涉及一种用于精馏的超重力旋转填料床装置，包括旋转床壳体、内置的中段板式冷凝器、冷却液进出口管；所述的中段板式冷凝器由许多换热板箱组成，换热板箱围绕转子中心环形排列，相邻换热板箱设有冷却液短管作为冷却液流动通道，连接且随中段板式冷凝器一起高速转动的冷却液进出口管与旋转床壳体固定的静止的冷却液进出口管在转子中心下方形成套管；旋转床壳体外面的冷却液通过静止的冷却液进口管和转动的冷却液进口管进入中段板式冷凝器。本发明的有益效果是：内置的中段板式冷凝器有效改善了旋转床转子内气液两相负荷不均，大大增加了旋转床通量和处理能力；同时减少了旋转床精馏过程中能量的不可逆损失，达到节能的目的。

Description

一种用于精馏的超重力旋转填料床装置

技术领域

本发明涉及一种气液接触传质设备，尤其是指一种具有内置中段板式冷凝器的用于精馏的超重力旋转填料床装置，可广泛的用于化工、制药、轻工等行业的精馏过程。

背景技术

超重力技术是强化传递和多相反应的一项突破性技术。超重力旋转床产生比地球重力大数百倍至数千倍的离心力，液体被撕裂成细小的液滴、液膜和液丝，高速向外流动，产生大量快速更新的表面积，传质单元高度因此降低1-2个数量级。同时，超重力旋转床还具有液体停留时间极短，能处理高粘度物料，抗颠簸倾斜的优点。

超重力机结构现在已经发展成多种形式，有气液逆流（CN91109255.2）、气液错流（CN95107423.7）、气液同时并流逆流（CN95107423.7）、转子带抽吸装置（CN92100093.6）、转子管式（CN03115674.6）、转子折流圈式（CN01134321.4）、转子同心圈式（CN200710157094.3）、转子多层式（CN200510049145.1、CN200810054532.8）、转子磁力驱动（CN01143459.7）等。其中最常见的是气液逆流式。气体从转子外缘向转子内缘流动，其流通截面不断缩小，而液体从转子内缘向转子外缘流动，其流通面积不断扩大，造成了转子不同半径处，气液负荷不均。在转子内缘处气液负荷最大，液体易充满整个转子内缘横截面，而气体在转子内缘横截面上气速最高，导致严重液沫夹带和液泛，从而降低了旋转床的通量和处理能力。

中国专利CN200810054532.8公开一种高效旋转精馏床，该旋转精馏床壳体内设有多层同轴旋转填料转子。气体和液体总体逆流接触，在各旋转填料转子内错流接触，气体流动横截面积不变，气液流动通畅，解决了旋转填料床气液逆流在转子内缘处出现的严重液沫夹带和液泛现象。但是，目前还没有专利解决气液逆流在单层转子内缘处出现的严重液沫夹带和液泛现象。

精馏是一传质、传热过程，气液的密集接触发生传质传热，液体混合物得到分离。发明专利《改进的分凝分馏塔系统》CN97111162.6公开了把板翅式冷凝器放置于精馏塔内部的分凝分馏塔系统。在精馏塔精馏段设置中间板式冷凝器，可以减少精馏过程的热量不可逆损失。同时，塔顶的汽体流量小于进料处的汽体流量，因此塔顶处的塔径可以相应缩小，起到节约设备费用的效果。把板式冷凝器放置在用于精馏的超重力旋转填料床中，旋转填料床内缘的汽体流量将减小，故可解决旋转填料床气液逆流在转子内缘处出现的严重液沫夹带和液泛现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种用于精馏的超重力旋转填料床装置；本装置的特点是在用于精馏的超重力旋转填料床中内置一个板式冷凝器，构成中段回流系统，有效的改善了不同转子半径处的气液两相负荷不均，同时降低了旋转填料床在精馏过程中能量的不可逆损失，达到节能的目的。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它主要包括旋转床壳体、电机、转轴、转子、动盘、静盘、导液管、中段板式冷凝器和转子支撑框架；旋转床壳体由静盘分为上腔体和下腔体，旋转床壳体上设有气体进口、气体出口、液体进口和液体出口；转轴位于旋转床壳体中心，与电机和转子相连接；电机由旋转床壳体中心上方的凸台支撑，通过转轴带动转子高速旋转；旋转床壳体内部下方设静止的转子支撑框架以支撑转子重量，转子下方的小滚轮在支撑框架的凹槽中滚动，使转子转动平稳；液体通过静盘上的导液管进入转子中心，再通过导液管壁上开设的多排出液小孔喷射到转子内缘；所述的转子内部设有中段板式冷凝器，该中段板式冷凝器的转动的冷却液进口管和转动的冷却液出口管随转子一起转动，与旋转床壳体固定的静止的冷却液进口管和静止的冷却液出口管静止不动；转动的冷却液进口管和转动的冷却液出口管与静止的冷却液进口管和静止的冷却液出口管在转子中心下方形成套管，并且采用对接管机械密封连接。

作为优选，所述的中段板式冷凝器以焊接的方式或螺栓紧固的方式固定在转子上。

作为优选，所述的中段板式冷凝器由2—10000个换热板箱组成，该换热板箱为长方体，内部空心，所有的换热板箱围绕转子中心环形排列；相邻换热板箱一端设有定距杠以固定其间距，另一端设有冷却液短管作为冷却液在相邻换热板箱流动的通道；相邻换热板箱的间距是转子外直径的1/10000—1倍。

作为优选，所述的中段板式换热器采用碳钢、不锈钢、石墨、铜、铝的材料制作。

作为优选，所述的中段板式冷凝器也可采用板翘式冷凝器、列管式冷凝器和螺旋板式冷凝器。

本发明的有益效果是：1、改善超重力旋转填料床中气液两相负荷沿转子半径分布不均，较大幅度提高了旋转床的通量和处理能力；2、减少精馏过程中能量的不可逆损失，达到节约能源的目的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是图1的中段板式冷凝器的B向示意图；

图4是图1的转子支撑框架的C向示意图；

图5是图1的D局部放大图；

图6是本发明的具有内置中段板式冷凝器的超重力旋转填料床全回流精馏过程的系统流程图；

图7是本发明的具有内置中段板式冷凝器的用于精馏的超重力折流式旋转床结构示意图；

图8是本发明的具有内置中段板式冷凝器的超重力折流式旋转床用于中间进料连续精馏过程的系统流程图。

附图中的标号分别为：1、转子；2、动盘；3、转子支撑框架；4、静盘；5、导液管；6、气体出口；7、壳体；8、离心液环动密封；9、出液小孔；10、凸台；11、电机；12、轴承；13、转轴；14、转子内缘；15、填料；16、液体进口；17、转子外缘；18、气体进口；19、液体出口；20、中段板式冷凝器；21转动的冷却液出口管；22、转动的冷却液进口管；23、静止的冷却液出口管；24、静止的冷却液进口管；25、套管；26、对接管机械密封；27、换热板箱；28、定距杠；29、冷却液短管；30、汽体；31、液体；32、支腿；33、导轨；34、凹槽；35、小滚轮；36、全凝器；37、回流液流量计；38、超重力旋转填料床；39、再沸器；40、冷却水；41、动折流圈；42、静折流圈；43、折流静盘；44、中间进料管；45、产品液流量计；46、折流式旋转床；47、原料液流量计；48、原料储罐；49、塔釜产品储罐；50、塔顶产品储罐。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图1至5所示，本发明主要包括旋转床壳体7、电机11、转轴13、转子1、动盘2、静盘4、导液管5、中段板式冷凝器20和转子支撑框架3。电机11位于壳体7中央上方，由凸台10和轴承12支撑其重量。转轴13与电机11和转子1相连接，电机11通过转轴13带动转子1高速旋转。旋转床壳体7内部下方设静止的转子支撑框架3以支撑转子1重量，并使转子1转动平稳。转子支撑框架3上设有圆形的导轨33，圆形的导轨33上开设凹槽34，转子1的动盘2下方安装有许多小滚轮35，高速旋转的转子1带动小滚轮35在圆形的导轨33上的凹槽34内部滚动。转子1内部填充拉西环、鲍尔环、θ环、丝网等各种散装或规整的填料15。转子1和静盘4之间的动密封采用离心液环动密封8和填料动密封。在转子内部设置中段板式冷凝器20，中段板式冷凝器20以焊接方式或螺栓紧固的方式固定在动盘2上。中段板式冷凝器20由许多换热板箱27组成，换热板箱27为长方体，内部空心，全部换热板箱27围绕转子1中心环形排列。相邻换热板箱27设有定距杠28以固定其间距。并且设有冷却液短管29作为冷却液在相邻换热板箱27流动的通道。中段板式冷凝器20连接有转动的冷却液进口管22和转动的冷却液出口管21随中段板式冷凝器20一起高速旋转。与旋转床壳体7固定的静止的冷却液进口管24和静止的冷却液出口管23静止不动。转动的冷却液进口管22和。转动的冷却液出口管21与静止的冷却液进口管24和静止的冷却液出口管23在转子1的中心下方形成套管25，并且采用对接管机械密封26连接。旋转床壳体7外面的冷却液通过静止的冷却液进口管24和转动的冷却液进口管22进入中段板式冷凝器20，冷却液在换热板箱27内一上一下流动，流过全部换热板箱27后，冷却液通过转动的冷却液出口管21和静止的冷却液出口管23流到旋转床壳体7外面。

静盘4将壳体7分为上腔体和下腔体，上腔体设有气体出口6、液体进口16，下腔体设有气体进口18和液体出口19。液体经液体进口16进入旋转床，通过静盘4上的导液管5进入转子中心，再通过导液管5壁上开设的多排出液小孔9喷射到转子内缘14。在离心力的作用下，液体从转子内缘14向转子外缘17流动，最终离开转子1由液体出口19排出。汽体30由气体进口18进入壳体7，在压力作用下由转子外缘17向转子内缘14流动，遇到中段板式冷凝器20，汽体30从相邻换热板箱27间隙流过，换热板箱27中流动的冷却液通过对流传热带走一部分热量，汽体30部分冷凝为液体31，该液体31与来自转子内缘14处的液体汇合，在离心力的作用下向外流动，这样构成中段回流系统。未冷凝的汽体30继续向转子内缘14流动，从而减轻了转子内缘14处的汽体负荷，有效改善了气液两相负荷不均。从转子内缘14流出的汽体全凝成液体，部分回流，经导液管5进入转子内缘14，从而转子内缘14处的液体负荷也减轻了，较大幅度提高旋转填料床的通量和处理能力。

另外，在精馏段采用内置中段板式冷凝器20后，把中段板式冷凝器20的热负荷分配到旋转床的底部和旋转床中间段，使精馏段操作线靠近平衡线，减少精馏过程能量不可逆损失，达到节能的目的。

实施例1：

如图1所示，一种用于精馏的超重力旋转填料床装置。旋转床壳体7上部设有气体出口6和液体进口16，下部设有气体进口18和液体出口19。旋转床壳体7内设有转子1，转子高度为100mm，转子外径为500mm。转子1中填充丝网作为填料。转子1和静盘4之间采用离心液环动密封8。在转子1内部设置中段板式冷凝器20。中段板式冷凝器20由100个换热板箱27组成，换热板箱27为长方体，内部空心，全部换热板箱27围绕转子1中心环形排列。相邻换热板箱27设有长度为6mm的冷却液短管29作为冷却液的流动通道。转动的冷却液进口管22和转动的冷却液出口管21与中段板式冷凝器20连接，并随中段板式冷凝器20一起高速旋转。与旋转床壳体7固定的静止的冷却液进口管24和静止的冷却液出口管23静止不动。转动的冷却液进口管22和转动的冷却液出口管21与静止的冷却液进口管24和静止的冷却液出口管23在转子1的中心下方形成套管25，并且采用对接管机械密封26连接。

本发明在全回流精馏中的应用如图6所示。将本发明超重力旋转填料床38、与再沸器39、回流液流量计37、全凝器36组成全回流精馏系统。超重力旋转填料床38外面的冷却水40通过静止的冷却液进口管24和转动的冷却液进口管22进入中段板式冷凝器20，冷却水40在换热板箱27内一上一下流动，流过全部换热板箱27后，冷却水40通过转动的冷却液出口管21和静止的冷却液出口管23流到超重力旋转填料床38外面。原料液注入再沸器39中，再沸器39通加热蒸汽，原料液部分汽化形成汽体。汽体从气体进口18进入超重力旋转填料床38底部。在压力作用下，汽体由转子外缘17向转子内缘14流动，遇到中段板式冷凝器20，汽体从相邻换热板箱27间隙流过，换热板箱27中流动的冷却水40使部分汽体冷凝为液体31，该液体31与来自转子内缘14处的液体汇合在离心力的作用下向外流动，这样构成中段回流系统。未冷凝的汽体继续向转子内缘14流动，经过转子内缘14，从气体出口6流出后进入全凝器36。在全凝器36中，汽体全部冷凝成液体。冷凝液体全部回流，经液体进口16进入超重力旋转填料床38，通过静盘4上的导液管5和导液管5壁上开设的多排出液小孔9喷射到转子内缘14。在离心力的作用下，液体从转子内缘14向转子外缘17流动，最终由液体出口19排出，重新进入再沸器39。

由于超重力旋转填料床38内置中段板式冷凝器20，部分汽体在超重力旋转填料床38中部冷凝回流，由此减轻了转子内缘14处的汽体负荷和液体负荷，推迟了超重力旋转填料床38的液泛，所以超重力旋转填料床38全回流下的通量和负荷得以提高。

实施例2：

本发明具有内置中段板式冷凝器的用于精馏的超重力折流式旋转床如图7所示。超重力折流式旋转床的转子由一组同心且直径各异的动折流圈41和静折流圈42相互嵌套组成。在与静折流圈42固定的折流静盘43的任意位置设置中间进料管44，实现连续精馏过程的中间进料，在单台设备实现整个连续精馏过程。同样可以在超重力折流式旋转床内部设置中段板式冷凝器20构成中段回流系统，改善超重力折流式旋转床在不同转子半径处的气液两相负荷不均，提高旋转床通量和处理能力，同时减少精馏中能量不可逆损失，节约能源。

图8是具有内置中段板式冷凝器超重力折流式旋转床用于中间进料连续精馏过程的系统流程图。具有折流式旋转床46、与再沸器39、全凝器36、原料储罐48、塔顶产品储罐50和塔釜产品储罐49组成中间进料连续精馏系统。折流式旋转床46的中间进料管44连接原料储罐48，折流式旋转床46的液体出口和气体进口连接再沸器39，再沸器39连接塔釜产品储罐49，折流式旋转床46的气体出口连接全凝器36，全凝器36连接折流式旋转床46的液体进口和塔顶产品储罐50。

折流式旋转床46外面的冷却水40通过静止的冷却液进口管24和转动的冷却液进口管22进入内置的中段板式冷凝器20，流过中段板式冷凝器20的全部换热板箱27后，冷却水40通过转动的冷却液出口管21和静止的冷却液出口管23流到折流式旋转床46外面。在原料储罐48中的原料液在泵的作用下，经原料液流量计47计量后，由折流式旋转床46的中间进料管44进入折流式旋转床46的转子1内。原料液在离心力作用下向转子外缘17流动，从折流式旋转床46的液体出口流出，进入再沸器39。再沸器39通加热蒸汽，一部分液体汽化形成汽体，另外一部分液体作为塔釜产品进入塔釜产品储罐49。汽体30从气体进口18进入折流式旋转床46底部。在压力作用下，汽体沿动静折流圈构成的“S”形通道由转子外缘17向转子内缘14流动，遇到中段板式冷凝器20，汽体30从相邻换热板箱27间隙流过，换热板箱27中流动的冷却水40使部分汽体冷凝为液体31，该液体31与来自转子内缘14处的液体汇合在离心力的作用下向外流动，这样构成中段回流系统。未冷凝的汽体继续向转子内缘14流动，经过转子内缘14，从气体出口6流出后进入全凝器36。在全凝器36中，汽体全部冷凝成液体。冷凝液体一部分回流，经液体进口16进入折流式旋转床46的转子内缘14。在离心力的作用下，液体从转子内缘14向转子外缘17流动，最终由液体出口19排出，重新进入再沸器39。冷凝液体另外一部分作为塔顶产品，进入塔顶产品储罐50。

由于折流式旋转床46内置中段板式冷凝器20，推迟了折流式旋转床46的液泛，改善折流式旋转床46气液两相负荷沿转子半径分布不均，折流式旋转床46中间进料连续精馏的通量和负荷得以提高。

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

1.一种用于精馏的超重力旋转填料床装置，其特征在于：该装置包括旋转床壳体（7）、电机（11）、转轴（13）、转子（1）、动盘（2）、静盘（4）、导液管（5）、中段板式冷凝器（20）和转子支撑框架（3）；旋转床壳体（7）由静盘（4）分为上腔体和下腔体，旋转床壳体（7）上设有气体进口（18）、气体出口（6）、液体进口（16）和液体出口（19）；转轴（13）位于旋转床壳体（7）中心，与电机（11）和转子（1）相连接；电机（11）由旋转床壳体（7）中心上方的凸台（10）支撑，通过转轴（13）带动转子（1）高速旋转；旋转床壳体（7）内部下方设静止的转子支撑框架（3）以支撑转子（1）重量，转子（1）下方的小滚轮（35）在支撑框架（3）的凹槽（34）中滚动；液体通过静盘（4）上的导液管（5）进入转子（1）中心，再通过导液管（5）壁上开设的多排出液小孔（9）喷射到转子内缘（14）；所述的转子（1）内部设有中段板式冷凝器（20），该中段板式冷凝器（20）的转动的冷却液进口管（22）和转动的冷却液出口管（21）随转子（1）一起转动，与旋转床壳体（7）固定的静止的冷却液进口管（24）和静止的冷却液出口管（23）静止不动；转动的冷却液进口管（22）和转动的冷却液出口管（21）与静止的冷却液进口管（24）和静止的冷却液出口管（23）在转子（1）中心下方形成套管（25），并且采用对接管机械密封（26）连接。

2.根据权利要求1所述的用于精馏的超重力旋转填料床装置，其特征在于：所述的中段板式冷凝器（20）以焊接的方式或螺栓紧固的方式固定在转子（1）上。

3.根据权利要求1所述的用于精馏的超重力旋转填料床装置，其特征在于：所述的中段板式冷凝器（20）由2—10000个换热板箱（27）组成，该换热板箱（27）为长方体，内部空心，所有的换热板箱（27）围绕转子（1）中心环形排列；相邻换热板箱（27）一端设有定距杠（28）以固定其间距，另一端设有冷却液短管（29）作为冷却液在相邻换热板箱（27）流动的通道；相邻换热板箱（27）的间距是转子（1）外直径的1/10000—1倍。

4.根据权利要求1所述的用于精馏的超重力旋转填料床装置，其特征在于：所述的中段板式换热器（20）采用碳钢、不锈钢、石墨、铜或铝的材料制作而成。