CN105749821A - 一种公转自转超重力旋转填充床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种公转自转超重力旋转填充床，包括：进料系统、公转系统、自转系统和出料系统；本发明将填料区转动自由度增加一级，改为公转和自转并存，这样可以实现让超重力的方向随时间快速变动，效果其一有效拓展填料对液相径向分散传递，增强分散传质作用；其二增加液相在填料中的总历程，增强综合传质效果。

Description

一种公转自转超重力旋转填充床
技术领域
本发明属于充填床技术领域，尤其涉及一种公转自转超重力旋转填充床。
背景技术
超重力旋转填充床是应用旋转离心力来等效重力场作用以强化传质的化学反应设备。核心部件是其内部圆环装的转子，转子内部填充多孔介质填料。通过电机拖带转子高速旋转，使填料内产生数倍至数十倍于重力加速度的离心力场。在填料内部，由于转子高速旋转对流动液体粉碎、撕裂成纳米级的液丝、液滴和液膜，催生巨大的相界面，实现增量级的气液接触和微观混合。如图1是一个典型的超重力填充床示意图，液体从a进入液相分布器500，喷淋到转动的填料100的内缘上。由于填料高速旋转，与液相相对速度很大，液相在通过填料前几层时，被粉碎，被撕裂，这个阶段液相传质以分散传质为主；被粉碎的液相继续前进被填料捕获后，以液丝、液膜沿填料流动，伴有液滴贯穿，这个阶段以强制对流传质和扩散传质为主，液相穿过填料后从d口流出。气体从c口进入，压力作用下克服离心力逆向贯穿填料，通过接触液相界面进行化学反应后从b口流出。
超重力填充床中传质的三种尺度依次是分散传质、强制对流传质和扩散传质。三尺度传质相互影响共同决定了化学反应的效果。三者中分散传质作用最大，也是对流传质和扩散传质的基础。存在如下问题，问题一：分散传质作用区很薄，原因在于液相接触填料前区很薄的几层内即被全部捕获，即流体和填料相对速度为零，分散作用即消失。尤其填料床内涉及两组份以上液相的流体反应时，对分散传质要求更高，问题更严重；问题二：有限的填料层厚度直接决定了液相贯穿填料的历程太短。历程太短又缩短了可调控的化学反应参反时间，影响最终反应效果。比如气液法依托超重力填充床制备纳米颗粒等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种公转自转超重力旋转填充床。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种公转自转超重力填充床包括：进料系统、公转系统、自转系统和出料系统；其中，
所述进料系统包括：安装在第二皮带上第一反应釜和第二反应釜、进料管、进料泵、进料口、连续进料装置，物料从进料口进料，由进料泵泵入连续进料装置，在经过进料管进入第一反应釜和第二反应釜内底部，并喷淋；
所述公转系统包括：中空转轴、第一电机、固定在底座上的第一皮带、用于安装第二皮带的转盘，第一电机电机提供动力由第一皮带传到中空转轴上带动中空转轴旋转，中空转轴和转盘为固定一体，带动转盘旋转，进而带动第一反应釜和第二反应釜旋转；
所述自转系统包括：第二皮带、第二电机、第三电机，第二皮带、第二电机、第三电机安装转盘上随转盘一起旋转，由第二电机、第三电机提供动力，通过第二皮带带动第一反应釜和第二反应釜旋转；
所述出料系统包括：导料管、出料口、出料泵、连续出料装置，导料管与第一反应釜和第二反应釜内壁顶部紧密接合，在中空转轴1内设有一管道连接导料管和连续出料装置，出料时，物料从第一反应釜和第二反应釜通过导料管进入连续出料装置最后由出料泵吸出到出料口。
作为优选，所述第一反应釜和第二反应釜分别为圆锥形反应釜，在其内布置多孔介质填料，釜壁采用波纹导流槽。
作为优选，所述装置引导流体在釜内以螺旋S形上升路线贯穿多孔介质填料，由釜底进料到釜顶收料。
本发明的有益效果如下：
本发明将填料区转动自由度增加一级，改为公转和自转并存，这样可以实现让超重力的方向随时间快速变动，效果其一有效拓展填料对液相径向分散传递，增强分散传质作用；其二增加液相在填料中的总历程，增强综合传质效果。
附图说明
图1为传统的超重力填充床的结构示意图；
图2为本发明的公转自转超重力旋转填充床的结构示意图；
图3为连续出料进料装置的结构示意图；
图4为反应釜壁导流槽示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明提供一种公转自转超重力填充床包括：进料系统、公转系统、自转系统和出料系统；其中，
所述进料系统包括：安装在第二皮带16上第一反应釜3和第二反应釜17、进料管4、进料泵5、进料口6、连续进料装置10，物料从进料口6进料，由进料泵5泵入连续进料装置10，在经过进料管4进入第一反应釜3和第二反应釜17内的底部。
所述公转系统包括：中空转轴1、第一电机11、固定在底座13上的第一皮带12、用于安装第二皮带16的转盘15以及轮子14，第一电机11电机提供动力由第一皮带12传到中空转轴1上带动中空转轴1旋转，中空转轴1和转盘15为固定一体，带动转盘15旋转，进而带动第一反应釜3和第二反应釜17旋转，构成公转系统；轮子14总共有三个，均匀分布安装在转盘15下方随转盘15一起旋转。
所述自转系统包括：第二皮带16、第二电机18、第三电机19，第二皮带16、第二电机18、第三电机19安装转盘15上随转盘15一起旋转，由第二电机18、第三电机19提供动力，通过第二皮带16带动第一反应釜3和第二反应釜17旋转，构成自转旋转系统。
所述出料系统包括：导料管2、出料口7、出料泵8、连续出料装置9，导料管2与第一反应釜3和第二反应釜17内壁顶部紧密接合，在中空转轴1内设有一管道连接导料管2和连续出料装置9，出料时，物料从第一反应釜3和第二反应釜17通过导料管2进入连续出料装置9最后由出料泵8吸出到出料口7。总体，液相从低端进料顶端出料，气相可从低端进顶端出，也可顶端进低端出。
作为优选，如图3所示，所述连续出料进料装置采用螺旋S形上升路线结构20从第一反应釜和第二反应釜中收料。
作为进一步优选，如图4所示，所述第一反应釜3和第二反应釜17分别为圆锥形反应釜，在其内布置多孔介质填料；所述圆锥形反应釜设计便于料从低端进入，周折历程后能汇聚到顶端，顺利进入出料系统。
本发明的技术方案中，转轴上的填料高速公转的同时还在自转，始终与贯穿液相保持较大而且始终变化的相对速度，增加了液相的径向分散传质效果；液相从转子填料的低端进入，在填料内部走螺旋S形上升路线从填料顶管被收料管收走，有效地增加了液相在填料的总历程，增强了综合传质效果，使反应更可控更充分。
本发明通过自转公转系统使得物料在反应釜中能混合均匀，这样可以实现让超重力的方向随时间快速变动，效果其一有效拓展填料对液相径向分散传递，增强分散传质作用；其二增加液相在填料中的总历程，增强综合传质效果，解决了普通装置物料反应不充分的问题；同时设计了连续出料进料装置，使得本装置可以连续进行。
以上实施例仅为本发明的示例性实例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种公转自转超重力填充床，其特征在于，包括：进料系统、公转系统、自转系统和出料系统；其中，
所述进料系统包括：安装在第二皮带上第一反应釜和第二反应釜、进料管、进料泵、进料口、连续进料装置，物料从进料口进料，由进料泵泵入连续进料装置，在经过进料管进入第一反应釜和第二反应釜内底部，以开始喷淋；
所述公转系统包括：中空转轴、第一电机、固定在底座上的第一皮带、用于安装第二皮带的转盘，第一电机电机提供动力由第一皮带传到中空转轴上带动中空转轴旋转，中空转轴和转盘为固定一体，带动转盘旋转，进而带动第一反应釜和第二反应釜旋转；
所述自转系统包括：第二皮带、第二电机、第三电机，第二皮带、第二电机、第三电机安装转盘上随转盘一起旋转，由第二电机、第三电机提供动力，通过第二皮带带动第一反应釜和第二反应釜旋转；
所述出料系统包括：导料管、出料口、出料泵、连续出料装置，导料管与第一反应釜和第二反应釜内壁紧密接合，在中空转轴1内设有一管道连接导料管和连续出料装置，出料时，物料从第一反应釜和第二反应釜通过导料管进入连续出料装置最后由出料泵吸出到出料口。
2.如权利要求1所述的公转自转超重力填充床，其特征在于，所述第一反应釜和第二反应釜分别为圆锥形反应釜，在其内布置多孔介质填料，反应釜内壁为波纹壁。
3.如权利要求1或2所述的公转自转超重力填充床，其特征在于，所述连续进料出料装置采用螺旋S形上升路线结构从第一反应釜和第二反应釜中收料。
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