CN108993325B - 一种旋转催化床及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转催化床及其使用方法，包括进口管路、坡度转子、壳体和动力传输装置，所述的坡度转子设于壳体内，所述的动力传输装置与坡度转子连接并带动坡度转子旋转，所述的坡度转子包括底盘、支撑构件和顶部罩体，所述的底盘为中心向上突起且中心至边缘为倾斜向下的锥形结构；所述底盘的边缘与顶部罩体下端之间留有空隙且形成开口，所述的进口管路与坡度转子连接，本发明方案操作方便、实施可靠、成本低且可使填料连续更新。

Description

一种旋转催化床及其使用方法

技术领域

本发明涉及催化反应系统的旋转填料床装置领域和石油化工反应设备领域，尤其是一种旋转催化床及其使用方法。

背景技术

超重力技术自从1981年英国科学家提出此项技术以来便受到了广泛关注。旋转填料床的原理是:将需要接触传质的两股物流送入床体内部，通过坡度转子旋转产生的离心力的作用，来完成强化传质的任务。目前各类旋转填料床均以规整填料为基础进行设计研究，例如CN 206970628 U公开了一种固定化酶催化反应旋转反应器，通过在转子内部设置镶嵌结构的上下板的分体安装以克服清洗不方便，零部件容易丢失，安装繁琐等目前生物行业使用的固定化酶反应器普遍存在的不足；CN 206109415 U公开了一种用于固定化酶催化的旋转反应器，通过具有进液孔和出液孔的旋转床使得固定化酶停留在旋转床内，并使反应液在旋转床转动的离心作用下循环流动于旋转床内，从而提高固定化酶的使用寿命并提高反应液放料速度；CN 1507940A公开了将旋转填料床应用于催化反应的方法，将催化剂固定在旋转填料床坡度转子上进行反应；；CN 206103894 U公开了一种生物催化合成醋酸酯的旋转床反应器，使旋转床由上下板及夹设于二者之间的筒体构成，且上下板之间可通过连接柱及连接槽中卡板的卡接而固定，从而在合成后可通过扳动卡板解除连接柱之间的卡接，实现旋转床的拆卸，便于清洗；CN 206970627 U公开了一种用于固定化酶催化反应的旋转反应装置，顶板设置为端面相接布置的上顶板和下顶板，通过旋转上顶板即可实现进液孔的尺寸调节，调节方式简便，对罐体的尺寸无要求，并且，设置导向机构可使上顶板和下顶板之间的旋转调节快速方便。

以上旋转反应专利的旋转床内固相填料均未考虑固相催化剂颗粒的更换问题，且目前为止旋转填料床多用于规整填料的前提条件下，但在催化反应器设计领域，若将旋转填料床的填料作为催化剂的反应中，规整填料的催化剂更换将会大幅增加生产成本。

发明内容

为了解决旋转填料床应用于工业化生产过程中，无法更换固相填料或更换难的问题，本发明的目的在于提供了一种操作方便、实施可靠、成本低且可使填料连续更新的旋转催化床及其使用方法。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种旋转催化床，包括进口管路、坡度转子、壳体和动力传输装置，所述的坡度转子设于壳体内，所述的动力传输装置与坡度转子连接并带动坡度转子旋转，所述的坡度转子包括底盘、支撑构件和顶部罩体，所述的底盘为中心向上突起且中心至边缘为倾斜向下的锥形结构；所述底盘的边缘与顶部罩体下端之间留有空隙且形成开口，所述的进口管路与坡度转子连接，其方法在于：固相颗粒从进口管路进入坡度转子，通过转速临界值来控制转子内固相颗粒是否循环或更替，通过调节转速来调节固相颗粒的循环速度或更替速度，从而对化工催化反应过程进行控制。

进一步，所述的进口管路包括固相进料管和液相进料管，所述的动力传输装置包括转动轴和驱动器，所述的壳体内具有第一容置腔，所述的固相进料管由壳体的上端面穿入第一容置腔内，所述的坡度转子设置在第一容置腔内且与固相进料管穿入第一容置腔的端部转动连接，坡度转子内具有第二容置腔并与固相进料管连通，所述的液相进料管并行固定设置在固相进料管中且与第二容置腔连通，所述壳体的下端面设有出料口，所述的转动轴的一端穿过出料口并与底盘下端中部固定连接，转动轴的另一端与驱动器连接并由驱动器驱动转动轴带动坡度转子旋转，其中，底盘的边缘与顶部罩体下端之间留有空隙且形成开口将第二容置腔与第一容置腔连通，转动轴的外表面与出料口内壁之间具有供物料流出的间隙；该装置可通过调节转速可轻易实现第二容置腔内固体颗粒的循环更替，及时替换掉失效的固相颗粒，提高生产效率，降低能耗。

进一步，所述的顶部罩体呈凹形结构且其凹形结构的一侧通过若干个支撑柱与底盘固定连接，其中，支撑柱与顶部罩体的连接方式可以为螺纹连接，便于清洗和拆卸。

优选的，所述顶部罩体的侧面上开设有若干个用于分离固相物料和液相物料的孔道。

进一步，所述固相进料管和液相进料管穿入壳体的部分为同轴设置。

进一步，所述坡度转子与固相进料管穿入第一容置腔的端部之间的转动连接部还设有动密封装置。

进一步，所述的驱动器为驱动电机。

进一步，所述的出料口还可拆卸连接有分离装置，所述的分离装置呈筒状结构且其内部设有滤网。

进一步，所述的分离装置包括上下相对设置的第一主体和第二主体，所述的滤网固定在第一主体和第二主体的连接处且第一主体和第二主体通过法兰连接固定。

作为本发明方案的另一种延伸结构，所述的第二容置腔内还设有在第二容置腔分隔出第三容置腔的环形档板，所述的环形档板通过连接柱与坡度转子固定连接，所述的液相进料管与第三容置腔连通，所述液相进料管和固相进料管之间还套设有次固相进料管，所述的次固相进料管与第二容置腔连通。

一种旋转催化床的使用方法，其包括如下步骤：

（1）启动驱动器，使其驱动转动轴带动坡度转子旋转，然后将转动轴的转速维持在能够使加入坡度转子内的固相催化剂颗粒受离心力影响而不脱出坡度转子的第二容置腔，其中，固相催化剂颗粒的粒径小于坡度转子下端面开口的尺寸；

（2）将固相催化剂颗粒从固相进料管与液相进料管的环形间隙中加入到坡度转子内的第二容置腔中，并使第二容置腔被填充满；

（3）将液相反应物混合并从液相进料管中加入到坡度转子的第二容置腔中，使混合后的液相反应物受到催化剂颗粒的催化而产生液相反应产物，液相反应产物受离心力作用而被甩至坡度转子侧壁，并因重力作用而从坡度转子下端面的开口流出到壳体的第一容置腔中，最后从出料口流出；

（4）当固相催化剂颗粒需要更换时，降低转动轴转速，使固相催化剂颗粒从第二容置腔中脱出进入第一容置腔，并从出料口排出。

采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：本发明方案巧妙的运用了离心力，在坡度转子旋转时，令加入到坡度转子内的固相催化剂颗粒受离心力作用而不脱出，然后再加入混合后的液相反应物，在离心力的作用下使其由内向外润湿催化剂填料并进行反应，反应后的液相反应在离心力的作用下被甩向坡度转子侧壁，然后在重力作用下沿壁面由其下端面的出口离开坡度转子进入到壳体的第一容置腔内，然后由壳体下端的出料口出料。

反应一定的时间后，若需要进行更换固相催化剂颗粒的话，只需停止液相进料，然后降低转动轴转速，使已失效的催化剂颗粒因离心力的降低而从坡度转子下端面的开口流出第二容置腔进入壳体的第一容置腔，然后再由出料口出料，可以通过在出料口连接分离装置，分离装置通过滤网将出料口出料的液相反应产物和失效的固相催化剂颗粒分离，在固相催化剂颗粒脱出的时候，还可以同时从固相进料管与液相进料管的环形间隙中加入新的催化剂颗粒，完成催化剂颗粒的连续更新，或者可以等失效的固相催化剂颗粒完全放完后，再调高转动轴转速，然后再加入新的固相催化剂颗粒，实现了固相催化剂颗粒的快速更新和连续性生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：

图1为本发明装置实施例1的简要实施结构示意图，其中，固相催化剂颗粒填满第二容置腔；

图2为图1所示实施结构将固相催化剂颗粒移去后的简要结构示意图；

图3为本发明装置实施例1的坡度转子的底面简要俯视结构示意图；

图4为本发明装置实施例1的坡度转子的简要实施结构之一的示意图；

图5为本发明装置实施例1的坡度转子的底盘剖切结构示意图；

图6为本发明装置实施例1所连接的分离装置的简要实施结构示意图；

图7为实施案例2的设备简要实施结构示意图；

图8为实施案例2的设备转子正视结构示意图；

图9为实施案例2的设备转子俯视结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明旋转催化床包括壳体3、坡度转子、固相进料管9、液相进料管、转动轴7和驱动器（未示出），所述的壳体3内具有第一容置腔，所述的固相进料管9由壳体3的上端面中部穿入第一容置腔内，所述的坡度转子设置在第一容置腔内且与固相进料管9穿入第一容置腔的端部转动连接，坡度转子内具有第二容置腔并与固相进料管9连通，所述的液相进料管并行固定设置在固相进料管9中且与第二容置腔连通，液相进料管位于壳体外的端部具有液相进料口11，液相进料管与固项进料管固项进料管9之间的间隙形成固相进料口10，所述壳体3的下端中部设有出料口6，所述的转动轴7的一端穿过出料口6并与坡度转子下端中部固定连接，转动轴7的另一端与驱动器连接并由驱动器驱动转动轴带动坡度转子旋转，其中，所述的驱动器可以为驱动电机或者蜗杆涡轮传动机构（如涡轮与转动轴7固定，蜗杆一端连接有一电机，蜗杆另一端与涡轮啮合连接）；坡度转子的下端面设有将第二容置腔与第一容置腔连通的开口，转动轴7的外表面与出料口6内壁之间具有供物料流出的间隙。

参见图2至图6之一所示，所述的坡度转子包括底盘5、若干个支撑柱4和顶部罩体2，所述的顶部罩体2呈凹形结构且其凹形结构的一侧通过若干个支撑柱4与底盘5固定连接，所述底盘5的边缘与顶部罩体2下端之间留有空隙且形成开口51。

优选的，所述的底盘2为中心向上突起且中心至边缘为倾斜向下的锥形结构；优选的，所述顶部罩体2的侧面上开设有若干个用于分离固相物料和液相物料的孔道。

另外，所述固相进料管9和液相进料管1穿入壳体3的部分为同轴设置。

进一步，所述坡度转子与固相进料管9穿入第一容置腔的端部之间的转动连接部还设有动密封装置8。

进一步，所述的出料口6还可拆卸连接有分离装置，所述的分离装置呈筒状结构且其内部设有滤网。

参见图6，所述的分离装置包括上下相对设置的第一主体12和第二主体13，所述的滤网固定在第一主体12和第二主体13的连接处且第一主体12和第二主体13通过法兰14连接固定。

为进一步公开而不是限制本发明，以下对本发明旋转催化床的使用方法进一步的详细说明。

对于液固催化反应：

反应物A、B均为液相，C为固相，产物D、E为液相。

结合图1所示结构，其包括如下步骤：

（1）启动驱动器，使其驱动转动轴7带动坡度转子旋转，然后将转动轴7的转速维持在能够使加入坡度转子内的固相催化剂颗粒C受离心力影响而不脱出坡度转子的第二容置腔，其中，固相催化剂颗粒C的粒径小于坡度转子下端面开口的尺寸；

（2）将固相催化剂颗粒C从固相进料管9与液相进料管的环形间隙（即固相进料口10）中加入到坡度转子内的第二容置腔中，并使第二容置腔被填充满；

（3）将液相反应物A和B混合并从液相进料管的液相进料口11中加入到坡度转子的第二容置腔中，使混合后的液相反应物受到催化剂颗粒的催化而产生液相反应产物D和E，液相反应产物D和E受离心力作用而被甩至坡度转子侧壁，并因重力作用而从坡度转子下端面的开口流出到壳体3的第一容置腔中，最后从出料口流出；

（4）当固相催化剂颗粒需要更换时，降低转动轴转速，使固相催化剂颗粒从第二容置腔中脱出进入第一容置腔，并从出料口6排出,在固相催化剂颗粒脱出的时候，还可以同时从固相进料管9与液相进料管的环形间隙中加入新的催化剂颗粒，完成催化剂颗粒的连续更新，或者可以等失效的固相催化剂颗粒完全放完后，再调高转动轴转速，然后再加入新的固相催化剂颗粒，实现了固相催化剂颗粒的快速更新和连续性生产,由于坡度转子的底盘有一个向下的倾角a，可使固相催化剂颗粒顺利的离开坡度转子，催化剂颗粒的固相进料口10与外壳1为固定连接，其与坡度转子为动密封装置连接；同样转动轴7与外壳1也为动密封连接；还可以在分离装置内部放置金属丝网或其他滤网用来静置分离失效催化剂颗粒和反应产物。

实施例2

如图7至9之一所示，本实施例与实施案例1相比，此案例在原有设备的转子结构上增加了一面环形挡板7，将第二容置腔切割为两部分，分别命名为第二容置腔和第三容置腔；这块挡板7是通过螺丝固定的方式固定在坡度转子的底板9上，所述的环形档板7通过连接柱14与坡度转子固定连接，所述的液相进料管3与第三容置腔连通，所述液相进料管3和固相进料管1之间还套设有次固相进料管2，所述的次固相进料管2与第二容置腔连通，其余结构与实施例1大致相同，其中对应标号表示为：1-固相进料管；2-次固相进料管；3-液相进料管；4-壳体；5-顶部罩体；6-支撑柱；7-环形档板；8-出料口；9-底板；10-动密封装置；11-固相进口；12-次固相进口；13-液相进口；14-连接柱。

对于液固相反应

反应物A、B均为液相，C为固相，产物D为液相，E为固相，产物F、G为液相。首先开启电机使转速达到保证固相C不会从坡度转子底盘8缝隙中离开的转速大小，然后从次固相进口12加入固相C，当C充满坡度转子空腔时，从固相进口11加入固相E，直至充满第二容置腔，接着从液相进口13加入液相反应物A、B进行反应，反应产物D在离心力的作用下通过第二容置腔与第三容置腔之间的金属丝网结构被甩出进入到第二容置腔与固相E接触传质进行第二步反应，反应产物F、G从坡度转子侧面的金属丝网被甩出并从壳体底部的出口8进入分离装置；当固相C、E需要更换时，只需降低转速，C和E便会离开坡度转子空腔从壳体4底部的出口8进入分离装置，进行静置分离，同时从固体入口11和12分别加入新的固相C、E继续反应，至此便完成了固相的连续更新。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依照本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆属于本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种旋转催化床，包括进口管路、坡度转子、壳体和动力传输装置，其特征在于：所述的坡度转子设于壳体内，所述的动力传输装置与坡度转子连接并带动坡度转子旋转，所述的坡度转子包括底盘、支撑构件和顶部罩体，所述的底盘为中心向上突起且中心至边缘为倾斜向下的锥形结构；所述底盘的边缘与顶部罩体下端之间留有空隙且形成开口，所述的进口管路与坡度转子连接。

2.根据权利要求1所述的一种旋转催化床，其特征在于：所述的进口管路包括固相进料管和液相进料管，所述的动力传输装置包括转动轴和驱动器，所述的壳体内具有第一容置腔，所述的固相进料管由壳体的上端面穿入第一容置腔内，所述的坡度转子设置在第一容置腔内且与固相进料管穿入第一容置腔的端部转动连接，坡度转子内具有第二容置腔并与固相进料管连通，所述的液相进料管并行固定设置在固相进料管中且与第二容置腔连通，所述壳体的下端面设有出料口，所述的转动轴的一端穿过出料口并与底盘下端中部固定连接，转动轴的另一端与驱动器连接并由驱动器驱动转动轴带动坡度转子旋转，其中，底盘的边缘与顶部罩体下端之间留有空隙且形成开口将第二容置腔与第一容置腔连通，转动轴的外表面与出料口内壁之间具有供物料流出的间隙。

3.根据权利要求1所述的旋转催化床，其特征在于：所述的顶部罩体呈凹形结构且其凹形结构的一侧通过若干个支撑柱与底盘固定连接。

4.根据权利要求1所述的旋转催化床，其特征在于：所述顶部罩体的侧面上开设有若干个用于分离固相物料和液相物料的孔道。

5.根据权利要求2所述的旋转催化床，其特征在于：所述固相进料管和液相进料管穿入壳体的部分为同轴设置。

6.根据权利要求2所述的旋转催化床，其特征在于：所述坡度转子与固相进料管穿入第一容置腔的端部之间的转动连接部还设有动密封装置。

7.根据权利要求2所述的旋转催化床，其特征在于：所述的出料口还可拆卸连接有分离装置，所述的分离装置呈筒状结构且其内部设有滤网。

8.根据权利要求7所述的旋转催化床，其特征在于：所述的分离装置包括上下相对设置的第一主体和第二主体，所述的滤网固定在第一主体和第二主体的连接处且第一主体和第二主体通过法兰连接固定。

9.根据权利要求2所述的旋转催化床，其特征在于：所述的第二容置腔内还设有在第二容置腔分隔出第三容置腔的环形档板，所述的环形档板通过连接柱与坡度转子固定连接，所述的液相进料管与第三容置腔连通，所述液相进料管和固相进料管之间还套设有次固相进料管，所述的次固相进料管与第二容置腔连通。

10.根据权利要求1至9之一所述的旋转催化床的使用方法，其特征在于：其包括如下步骤：

（1）启动驱动器，使其驱动转动轴带动坡度转子旋转，然后将转动轴的转速维持在使加入坡度转子内的固相催化剂颗粒受离心力影响而不脱出坡度转子的第二容置腔，其中，固相催化剂颗粒的粒径小于坡度转子下端面开口的尺寸；

（2）将固相催化剂颗粒从固相进料管与液相进料管的环形间隙中加入到坡度转子内的第二容置腔中；

（3）将液相反应物混合并从液相进料管中加入到坡度转子的第二容置腔中，使混合后的液相反应物受到催化剂颗粒的催化而产生液相反应产物，液相反应产物受离心力作用而被甩至坡度转子侧壁，并因重力作用而从坡度转子下端面的开口流出到壳体的第一容置腔中，最后从出料口流出；

（4）当固相催化剂颗粒需要更换时，降低转动轴转速，使固相催化剂颗粒从第二容置腔中脱出进入第一容置腔，并从出料口排出。

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