CN104525394A - 一种旋流器状的传质元件及静态超重力传质分离设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋流器状的传质元件，包括腔体和尾管，所述的腔体上部沿切线方向设有轻相给料管，所述的腔体上部周向出口为轻相溢流管，在轻相溢流管中心设有重相给料管，重相给料管沿轻相溢流管中心插入腔体；腔体下端中心位置为尾管，通过形成无转动部件的静态的超重力场，让密度不同的两相物料在传质元件中同时完成两相的均匀混合和分离的过程。同时公开了包含上述传质元件的静态超重力传质分离设备，包括多个串联的传质元件，第N+1级传质元件的尾管为第N级传质元件的重相给料管，以此类推连接，通过多个传质元件合理的结构设计形成静态离心力场实现密度不同的两相的多极逆流操作。

Description

一种旋流器状的传质元件及静态超重力传质分离设备

技术领域

本发明涉及一种旋流器状的传质元件，同时公开了应用所述传质元件构成的可用于多级逆流操作的静态超重力传质分离设备。

背景技术

现今大部分用于传质分离过程(吸收，精馏，萃取等)的设备，其两相间的传质和分离过程均是在重力场下完成的，剧烈的混合有助于传质，但将大大增加了两相分离的难度；由于重力场制约了两相分离的速率，所以此类传质分离设备不能进行更深程度的混合，从而导致了体积庞大，级效率低。

旋流器是一种常见的分离分级设备，常用离心沉降原理。当待分离的两相混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒与细颗粒之间存在粒度差，其受到离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒经旋流器底流口排出，而大部分细颗粒由溢流管排出，从而达到分离分级目的。如上所述，现有结构的旋流器主要用于对两相混合液进行单一的分离过程，而不是将不同的两相通过不同的入口进入腔体，从而实现混合和分离一体化的传质过程。

为了既能充分的混合又能有效地分离，让上述两个过程在同一个离心力场(超重力场)下完成，通过对传统旋流器的改造，形成一种新型的静态超重力传质元件。由于静态的超重力场具有高剪切、高湍流的特性，且离心加速度远大于重力加速度，所以既大大加强了两相混合的烈度，又能有效地完成两相的分离，从而极大地提高了传质效率。事实上如今已经存在许多离心传质设备，但其离心力场的形成均是靠设备的转动，即均为动态的超重力传质分离设备。此类设备操作费用及维护费用极高，且处理量不大，仅适用于高附加值产品的生产和其它一些特殊场合。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足而提供一种旋流器状的传质元件，所述的传质元件能同时完成混合及分离过程，传质效率高，对于重相为溶剂的场合，可降低溶剂比，大大减少溶剂回收费用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种旋流器状的传质元件，包括腔体和尾管，所述的腔体上部沿切线方向设有轻相给料管，所述的腔体上部周向出口为轻相溢流管，在轻相溢流管中心设有重相给料管，重相给料管沿轻相溢流管中心插入腔体；腔体下端中心位置为尾管，重相和轻相分别由重相给料管和轻相给料管进行给料，重相和轻相在腔体内充分混合后分离，轻相沿轻相溢流管排出，重相由尾管排出，通过形成无转动部件的静态的超重力场，让密度不同的两相物料在传质元件中同时完成两相的均匀混合和分离的过程，既能通过湍流使不同相充分的混合传质，又能利用离心力场有效地完成相分离。

作为本发明所述的传质元件的一种优选方案，所述的轻相给料管为多个，优选的轻相给料管为2个，对称设置在第一腔体切线方向。

同时本发明公开了一种包含上述传质元件的静态超重力传质分离设备，包括多个串联的传质元件，第N+1级传质元件的尾管为第N级传质元件的重相给料管，以此类推连接，通过多个传质元件合理的结构设计形成静态离心力场实现密度不同的两相的多极逆流操作。

作为本发明所述的静态超重力传质分离设备的一种优选方案，还包多级壳体，壳体的级数与传质元件级数相同，传质元件设置于壳体内，相邻级的壳体间通过轻相溢流管连通，最上一级壳体上设有重相入口及轻相出口，最下一级壳体上设有轻相入口和重相出口，重相物料和轻相物料分别沿重相入口和轻相入口进行该分离设备，两相在各级传质元件进行混合及分离，最后分别经重相出口和轻相出口排出。

作为本发明所述的静态超重力传质分离设备的一种优选方案，所述的每级壳体内设有多个传质元件。

有益效果：

本发明所述的旋流器状的传质元件让密度不同的两相物料在传质元件中同时完成两相的均匀混合和分离的过程；将多个传质元件串联形成静态离心力场的多级逆流操作，这与动态的离心机相比，大大降低了制造、操作和维护费用，提高了处理能力，能满足大型工业化生产的需要；与大型工业化生产中常用的重力场传质设备(塔、槽、柱等)相比，以对某种物料体系的萃取研究为例，单级传质效率为90％左右，接近于离心机，远大于传统重力场设备的20％-40％；两相夹带水平为4％-11％(受操作条件影响较大)，低于离心机，但优于绝大多数工业生产的要求。

附图说明

图1是所述的旋流器状的传质元件结构示意图。

图2为一种所述的静态超重力传质分离设备结构示意图。

图3为另一种所述的静态超重力传质分离设备结构示意图

1、传质元件 11、第一腔体 12、第二腔体 13、轻相给料管 14、轻相溢流管 15、重相给料管 16、尾管 2、壳体 21、重相入口 22、重相出口 23、轻相入口 24、轻相出口

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，一种旋流器状的传质元件1，包括腔体，腔体包括连接在一起的圆柱状第一腔体11和圆锥状第二腔体12，根据需要第二腔体也可以为双锥形或者其他现有的旋流器结构。第一腔体11沿切线方向设有2个轻相给料管13，第一腔体上部中心周向设有轻相溢流管14，在轻相溢流管14中心设有重相给料管15，重相给料管15沿轻相溢流管14插入第一腔体或延伸至第二腔体；第二腔体下端中心位置为尾管16。

如图2所示为一种静态超重力传质分离设备，包括多个串联的传质元件1，第N+1级传质元件的尾管为第N级传质元件的重相给料管，以此类推连接。在多级传质元件外为多级壳体2，壳体的级数与传质元件级数相同，旋流器状的传质元件设置于壳体内，相邻级的壳体间通过轻相溢流管连通，最上一级壳体上设有重相入口21及轻相出口24，最下一级壳体上设有轻相入口23和重相出口22，重相物料和轻相物料分别沿重相入口和轻相入口进行该分离设备，两相在各级传质元件进行混合及分离，最后分别经重相出口和轻相出口排出。

图3为另一种结构的旋流器状的传质元件的静态超重力传质分离设备，主体结构与图2中结构相同，只是每级壳体内设有多个旋流器状的传质元件，进一步提高分离设备的处理量。

在每一级的传质元件中，轻相物料经轻相给料管沿切线方向进入第一腔体，从而在腔内高速旋转产生离心力场，轻相物料跟随着外旋流先自上而下运动，在一定的位置(由于外旋流重相对空间的挤占)，进入内旋流自下向上运动，然后经轻相溢流口排出；重相物料经重相给料管管壁上的多个小孔或线型切口进入流场，在内旋流的作用下向上运动(轴向)，在离心沉降的作用下向外运动(径向)，当向外运动到某一特定位置(零轴速包络面)，重相物料将进入外旋流从而向下运动，最后作为底流经尾管排出。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种旋流器状的传质元件，包括腔体和尾管，其特征在于：所述的腔体上部沿切线方向设有轻相给料管，所述的腔体上部周向出口为轻相溢流管，在轻相溢流管中心设有重相给料管，重相给料管沿轻相溢流管中心插入腔体；腔体下端中心位置为尾管，重相物料沿重相给料管给料，沿尾管排出；轻相物料沿轻相给料管给料，沿轻相溢出管排出。

2.根据权利要求1所述的旋流器状的传质元件，其特征在于：所述的轻相给料管为多个。

3.一种包含权利要求1或2所述的传质元件的静态超重力传质分离设备，其特征在于：包括多个串联的传质元件，第N+1级传质元件的尾管为第N级传质元件的重相给料管，以此类推连接，实现密度不同的两相的多极逆流操作。

4.根据权利要求3所述的静态超重力传质分离设备，其特征在于：包括多级壳体，壳体的级数与传质元件级数相同，传质元件设置于壳体内，相邻级的壳体间通过轻相溢流管连通，最上一级壳体上设有重相入口及轻相出口，最下一级壳体上设有轻相入口和重相出口。

5.根据权利要求4所述的静态超重力传质分离设备，其特征在于：每级壳体内设有多个传质元件。