CN104911352A - 一种低温吸附装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低温吸附装置，包括吸附容器、多层多孔筛板及降温单元；所述吸附容器顶端设有再生吸附剂入口及流体出口，底端设有饱和吸附剂出口及流体进口；所述多孔筛板位于吸附容器内部，从上至下依次安装；所述多孔筛板包括上筛板、下筛板及冷媒蒸发器，所述冷媒蒸发器位于上筛板和下筛板之间；所述降温单元位于吸附容器外部，所述冷媒蒸发器与降温单元连接。本发明的降温单元及多孔筛板可以保证流体处于一个相对恒温的状态，能有效提高吸附装置的吸附速率和吸附剂的饱和吸附容量。

Description

一种低温吸附装置

技术领域

 本发明属于化工分离领域，是一种化工吸附装置，具体涉及一种低温吸附装置。

背景技术

吸附是一种传质过程，广泛用于化工分离过程。吸附一般是指固相物质表面吸住周围液相或气相中的分子或离子的现象。目前，常用的吸附装置有固定床、移动床和流动床。由于吸附过程往往是放热反应，低温条件有利于吸附过程的进行，如能将吸附装置中的热量快速导出并使之维持在一个相对恒定的低温条件，则能有效提高吸附装置的吸附速率和吸附剂的饱和吸附容量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明特别涉及了一种低温吸附装置，包括吸附容器、多层多孔筛板及降温单元；所述吸附容器顶端设有再生吸附剂入口及流体出口，底端设有饱和吸附剂出口及流体进口；所述多孔筛板位于吸附容器内部，从上至下依次安装；所述多孔筛板包括上筛板、下筛板及冷媒蒸发器，所述冷媒蒸发器位于上筛板和下筛板之间；所述降温单元位于吸附容器外部，所述冷媒蒸发器与降温单元连接。

进一步的，所述降温单元包括低压回气管、高压排气管、毛细管及压缩机；所述压缩机、高压排气管、毛细管、冷媒蒸发器及低压回气管形成闭环循环。

进一步的，所述流体进口和流体出口对角布置；所述再生吸附剂入口和饱和吸附剂出口为对角布置。

进一步的，所述相邻两层多孔筛板的间距为0.4-0.5m。

进一步的，所述上筛板及下筛板上分别设置多个过流管，所述上筛板的过流管直径为18-20mm，下筛板的过流管直径为23-25mm；所述上、下筛板上的过流管竖向交错；所述过流管的开口处连接过滤头。

进一步的，所述每层多孔筛板上设有一个吸附剂下降管，相邻两层多孔筛板上的吸附剂下降管竖向交错。

进一步的，所述吸附容器内设置多个温度传感器，位于最上层多孔筛板的上端，由压缩机联动控制。

进一步的，所述冷媒蒸发器中冷媒介质为2氟-1氯甲烷、1氟-3氯甲烷或3氟-2氯乙烷。

进一步的，所述高压排气管上安装有冷凝器，所述冷凝器进口通过流体换热管与流体出口连接。

进一步的，所述吸附容器的外壁上设置厚度为50mm的聚氨酯保温层。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所述的低温吸附装置的优点在于其内部装配的具有降温功能的多孔筛板17，该部件可使整个吸附装置操作温度维持在一个相对恒定的低温水平，因此该发明特别适用于低浓度组分溶液中特定物质的提纯和低浓度挥发性有机气体的净化。常规吸附装置随着吸附过程的进行，由于吸附放热作用，装置内温度会不断上升，导致吸附速率降低和吸附平衡点下移。该装置可有效克服常规吸附装置不断升温的缺点，提高吸附装置的整体运行效率。实验表明，利用此低温吸附装置对盐场外排苦卤水应用吸附法提取元素锂，吸附剂对锂的动态吸附容量可以稳定在18.0±1.0mg/g，较常规吸附装置提高30-50%。

附图说明

图1为本发明一种低温吸附装置的结构示意图；

图2为本发明低温吸附装置内多孔筛板17的结构示意图；

图3为本发明低温吸附装置内多孔筛板17的上筛板5和下筛板6的过流管18和不锈钢滤头7的布置方式图；

图4本发明低温吸附装置多孔筛板17与装置内壁21的连接方式示意图；

图5为本发明一种低温吸附装置的外观俯视图。

其中：1—流体进口；2—流体出口；3—再生吸附剂入口；4—饱和吸附剂出口； 5—上筛板；6—下筛板； 7—不锈钢过滤头；8，8-a，8-b—温度传感器；9—吸附剂下降管；10—低压回气管；11—高压排气管；12—冷凝器；13—毛细管；14，14-a，14-b—冷媒蒸发器；15—降温单元；16—吸附容器；17—多孔筛板；18—过流管，19—压缩机，20—聚氨酯保温层，21—装置内壁，22—筛板吊架；23—铜管支架；24—筛板支架；25—法兰板；26—流体换热管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

本发明公开了化工分离技术领域中一种低温吸附装置及其多孔筛板的结构形式。所述低温吸附装置包括吸附容器16、多孔筛板17及降温单元15。

所述吸附容器16为圆柱体容器，在吸附容器中填充吸附剂，被吸附流体自下向上流过，再生吸附剂自上向下流过，流体和固体吸附剂逆向接触，从而实现了吸附质的传质过程，因此所述吸附容器16顶端设有再生吸附剂入口3及流体出口2，底端设有饱和吸附剂出口4及流体进口1。流体进口1为被吸附的液体或气体的进入吸附装置一端，流体出口2为被吸附的液体或气体经过吸附剂吸附后排出吸附容器，然后连接流体换热管26。流体进口1和流体出口2 应对角布置，防止流体在装置内发生短流，影响吸附效果。再生吸附剂入口3为再生后的吸附剂重新进入吸附装置一端，饱和吸附剂出口4为吸附饱和后的吸附剂排出吸附装置一端。再生吸附剂入口3和饱和吸附剂出口4同样为对角布置，防止新再生吸附剂未吸附饱和即排出吸附装置。所述吸附容器的顶端及底端封口分别使用法兰板25封口，并预留流体进口1、流体出口2、再生吸附剂入口3和饱和吸附剂出口4。所述吸附容器的外壁上设置厚度为50mm的聚氨酯保温层20对吸附装置进行保温。

所述多孔筛板17位于吸附容器内部，从上向下依次安装，每组多孔筛板17的间距为0.4-0.5m，多孔筛板17与吸附容器的内壁21采用筛板吊架22连接固定。所述多孔筛板包括上筛板5、下筛板6及冷媒蒸发器14。利用筛板支架24固定上筛板及下筛板的相对位置。所述冷媒蒸发器14位于上筛板5和下筛板6之间，包括对称的两套14-a和14-b，所述冷媒蒸发器的两端分别连接低压回气管10和高压排气管11。由于吸附装置内的多孔筛板中设置了能起降温功能的冷媒蒸发器，可缓和由于吸附放热所导致的吸附剂吸附速率和吸附容量下降的趋势。

所述上、下筛板上分别设置若干个过流管18，所述过流管为流体穿过多孔筛板向上流动的通道；上、下筛板上的过流管18竖向交错布置，可以使流体与冷媒蒸发器14充分接触，以达到较好的降温效果；所述上筛板的过流管直径为18-20mm，下筛板的过流管直径为23-25mm，上筛板的过流管直径小于下筛板的过流管直径，可以增加流体向上的流速，有利于提高多孔筛板17上吸附剂的流化效果。过流管的开口处连接不锈钢过滤头7，目的是阻止吸附剂从过流管泄漏到下层多孔筛板上。

每层多孔筛板上设有一个吸附剂下降管9，直径为38-42mm，吸附剂下降管9为吸附剂穿过多孔筛板17向下降落的通道，流体在吸附装置内自下而上流动，使多孔筛板17上的吸附剂被水流或者气流顶托，形成膨胀状态的吸附剂淹没吸附剂下降管9，当吸附剂发生吸附作用后密度大于流体密度时，吸附剂发生下沉，由于吸附剂下降管直径大于上筛板过流管直径，因此过流管处的流速大于吸附剂下降管处的流速，流体会向吸附剂下降管处形成旋流，带动吸附剂向此处移动，最终从吸附剂下降管降落到下层筛板上；相邻两层多孔筛板17上的吸附剂下降管9竖向错开，保证从上一层多孔筛板降落到下一层多孔筛板的吸附剂在每层上具有较长的停留时间，吸附剂最后降落到吸附装置底部而被饱和吸附剂出口4排出，吸附装置内的吸附剂得到不断更新。

所述降温单元15位于吸附容器16外部，包括流体换热管26、冷凝器12、低压回气管10、高压排气管11、毛细管13及压缩机19。所述高压排气管一端通过毛细管与冷媒蒸发器的进口连接，另一端与压缩机连接，所述低压回气管一端与压缩机连接，另一端与所述冷凝器冷媒蒸发器的出口连接，使得冷媒蒸发器14内的冷媒在压缩机19、高压排气管11、毛细管13、冷媒蒸发器14、低压回气管10中形成闭环循环。所述冷凝器安装于高压排气管上，辅助高压排气管11散热。所述冷凝器的进口通过流体换热管26与流体出口2连接，从流体出口2排出的流体经过流体换热管26进入冷凝器12一端，与经压缩机压缩后的冷媒进行热量交换，再从冷凝器另一端排出装置。所述冷凝器12采用经吸附后的流体进行冷却，相比传统空气冷气冷却具有更高的换热效率，且经过升温的流体有利于后续处理，减少了流体升温所需的能耗。

所述吸附容器内设置多个温度传感器8，位于最上层多孔筛板的上端，由压缩机19联动控制；优选为对称安装两个8-a、8-b，，分别与2台压缩机19联动控制，当吸附过程放热导致吸附装置内部温度高于温度传感器17设定的上限温度时，启动压缩机19开始制冷以降低吸附装置内温度，从而保证吸附装置内较高的吸附速率和吸附剂较大的饱和吸附容量。

本发明所述的低温吸附装置的特点在于在集成了对称布置的两套降温单元15，装置的核心元件为具有降温功能的多孔筛板17，目的是对上升流液体或气体进行冷却，使整个吸附过程维持在一个恒定的低温状态，该温度对应吸附剂达最大饱和吸附容量时的温度，即最佳吸附温度。利用该发明对流体进行吸附操作，可提高吸附装置单位面积利用效率，从而减小吸附装置直径，节省占地面积，还可提高吸附剂饱和吸附容量，延长吸附剂再生周期时间，降低再生操作成本。

实施例1

   以利用本发明所述的低温吸附装置提取盐场外排苦卤水中元素锂的工艺过程为例，当处理苦卤水量为1.0吨/小时，设计吸附装置内径为0.8m，高度为2.8m。吸附装置内共布置5组多孔筛板17，每组多孔筛板17的垂直距离为0.45m。多孔筛板17包含上筛板5和下筛板6，其直径同样为0.8m，上筛板5和下筛板6的垂直距离为50mm。上筛板5上开直径为?20mm的孔6个，下筛板6开直径为?25mm的孔4个，上下筛板上的孔竖向错开，并在孔上焊接内螺纹过流管18，过流管18和不锈钢过滤头7之间用螺栓紧固。在多孔筛板17上开直径为?40mm的贯穿上下筛板的孔1组，将吸附剂下降管9与此组孔焊接，每组多孔筛板17上的吸附剂下降管9竖向错开。

多孔筛板17的上筛板5和下筛板6之间为冷媒蒸发器14，冷媒蒸发器14分为冷媒蒸发器14-a和14-b，为两组对称的半圆形盘管。冷媒蒸发器14、低压回气管10和高压排气管11为直径?8mm的空调铜管。本发明中冷媒介质选用R22（2氟-1氯甲烷），也可选用其它冷媒介质，如R11（1氟-3氯甲烷）或R123（3氟-2氯乙烷）等。流体换热管26、冷媒蒸发器14、低压回气管10、压缩机19、高压排气管11、毛细管13和冷凝器12共同构成低温吸附装置的降温系统。

低温吸附装置的上部安装有2套温度传感器8-a和8-b，其被固定在吸附装置内壁21上，温度传感器为热电偶。2套温度传感器分别联动2台压缩机19。本例中当苦卤水温度为5.0℃，吸附剂对苦卤水中锂元素的平衡吸附量达到最大值，因此低温吸附装置内的操作温度被控制在4.0~6.0℃单位内。当吸附装置内温度高于6.0℃，压缩机19即被启动冷却苦卤水，当苦卤水温度低于4.0℃时，压缩机19即被关闭，这样吸附装置内温度始终维持在最佳操作条件范围内。

为尽可能减小吸附装置内温度波动，压缩机19不致被频繁启动，本发明对低温吸附装置采取了保温措施，即在整个装置外层加装聚氨酯保温层20，聚氨酯保温层20厚度为50mm，这样可以有效减少压缩机19启停次数，同时达到了节能降耗的目的。提取锂元素后的苦卤水经冷凝器换热后温度升高，有利于后续热法脱盐获得淡化水，减少了加热所需的能耗，并且用温度较低的苦卤水流体换热较传统空气冷气具有更高的换热效率。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

1）低温吸附装置吸附单元的制作（图1）：

第一步：利用剪板机和卷板机将厚度为8mm的碳钢钢板加工成内径为0.8m，高度为2.8m的吸附容器16的圆柱体部分，圆柱两端先不封口；

第二步：在吸附容器16的圆柱体上预留低压回气管10和高压排气管11的穿出孔，穿出孔孔径为10mm，略大于低压回气管10和高压排气管11的直径（图2）。

2）低温吸附装置多孔筛板17的制作（图2、图3）：

第一步：多孔筛板17的上筛板5和下筛板6是由剪板机加工成直径0.8m的两个圆形钢板，利用开孔器在上筛板5上开直径为?20mm的孔6个，下筛板6开直径为?25mm的孔4个，上下筛板上的孔均匀分布在圆板上，并且上筛板5和下筛板6上的孔竖向位置错开，即孔的中心线不在同一垂线上。之后，在上下筛板的孔上焊接直径分别为?20mm和?25mm的内螺纹过流管18，不锈钢滤头7和焊接好的过流管18用螺栓紧固；

第二步：冷媒蒸发器14为两组对称的空调铜管，将盘好的直径?8mm的空调铜管置于上下筛板中间，距上筛板5和下筛板6均为25mm，在下筛板6上均匀焊接2~4个铜管支架23用于支撑冷媒蒸发器14。放置好冷媒蒸发器14后扣上上筛板5，上下筛板间距50mm，上筛板5和下筛板6用筛板支架24连接，筛板支架24和上下筛板用螺杆紧固，以便拆卸维修冷媒蒸发器14；

第三步：在冷媒蒸发器14上筛板5和下筛板6上开直径为?40mm的通孔一组，开孔时应注意避开上下筛板间的铜管，将吸附剂下降管9穿入上下筛板通孔中，并在吸附剂下降管9和上下筛板交界处用玻璃胶固定，多孔筛板17制作完成。

3）多孔筛板17的布置和低温吸附装置的封装（图4、图5）

第一步：将制作好的多孔筛板17放入吸附装置圆柱体中，每组多孔筛板17的间距为0.45m。根据吸附装置高度均匀布置，每组多孔筛板17与吸附装置内壁21用2个吸附吊架22连接固定，低压回气管10和高压排气管11从预留的穿出孔穿出。多孔筛板17从上向下依次安装，为保证多孔筛板17与吸附装置内壁21连接的密封性，需用玻璃胶将其间歇封堵均匀，防止流体从间歇通过，影响降温效果，在吸附装置内壁21上部对称安装两个装温度传感器8-a、8-b；

第二步：吸附装置圆柱体封口及流体进口1、流体出口2、再生吸附剂入口3和饱和吸附剂出口4的安装。吸附装置圆柱体上下端封口用法兰板25封口，并预留以上各接口，方便今后多孔筛板17的拆卸维修和吸附剂的装填和卸空；

第三步：吸附装置装配完成后，用厚度为50mm的聚氨酯保温层20对吸附装置进行保温。最后，将低压回气管10、压缩机19、高压排气管11、毛细管13依次连接，在高压排气管11上安装冷凝器12。

以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的一种，应当指出，本发明不限于上述实施例；对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低温吸附装置，其特征在于：包括吸附容器、多层多孔筛板及降温单元；所述吸附容器顶端设有再生吸附剂入口及流体出口，底端设有饱和吸附剂出口及流体进口；所述多孔筛板位于吸附容器内部，从上至下依次安装；所述多孔筛板包括上筛板、下筛板及冷媒蒸发器，所述冷媒蒸发器位于上筛板和下筛板之间；所述降温单元位于吸附容器外部，所述冷媒蒸发器与降温单元连接。

2. 根据权利要求1所述的一种低温吸附装置，其特征在于：所述降温单元包括低压回气管、高压排气管、毛细管及压缩机；所述压缩机、高压排气管、毛细管、冷媒蒸发器及低压回气管形成闭环循环。

3. 根据权利要求1所述的一种低温吸附装置，其特征在于：所述流体进口和流体出口对角布置；所述再生吸附剂入口和饱和吸附剂出口为对角布置。

4. 根据权利要求1所述的一种低温吸附装置，其特征在于：所述相邻两层多孔筛板的间距为0.4-0.5m。

5. 根据权利要求1所述的一种低温吸附装置，其特征在于：所述上筛板及下筛板上分别设置多个过流管，所述上筛板的过流管直径为18-20mm，下筛板的过流管直径为23-25mm；所述上、下筛板上的过流管竖向交错；所述过流管的开口处连接过滤头。

6. 根据权利要求1所述的一种低温吸附装置，其特征在于：所述每层多孔筛板上设有一个吸附剂下降管，直径为38-42mm/，相邻两层多孔筛板上的吸附剂下降管竖向交错。

7. 根据权利要求1所述的一种低温吸附装置，其特征在于：所述吸附容器内设置多个温度传感器，位于最上层多孔筛板的上端，由压缩机联动控制。

8. 根据权利要求1所述的一种低温吸附装置，其特征在于：所述冷媒蒸发器中冷媒介质为2氟-1氯甲烷、1氟-3氯甲烷或3氟-2氯乙烷。

9. 根据权利要求2所述的一种低温吸附装置，其特征在于：所述高压排气管上安装有冷凝器，所述冷凝器进口通过流体换热管与流体出口连接。

10. 根据权利要求1所述的一种低温吸附装置，其特征在于：所述吸附容器的外壁上设置厚度为50mm的聚氨酯保温层。