CN110180203A - 一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床 - Google Patents

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李育敏
刘承伟
计建炳
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    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床，壳体内设有转子，转子的转轴穿入壳体，液体进口管从壳体的上部穿入壳体和转子的轴心腔室；液体进口管的上部开口、底部封闭，液体进口管的管壁上设有出液孔；气体出口管连通转子的轴心腔室；转子的上旋转盘、下旋转盘之间连接一组同心且直径各异的旋转圈，旋转圈上开有圆孔和斜孔；旋转圈上板片翻起形成斜孔，斜孔开口与旋转圈的旋转方向平行；相邻旋转圈上的斜孔开口方向均与旋转圈旋转方向相同或相反，且一个旋转圈斜孔内侧翻起，另一个旋转圈斜孔外侧翻起。相邻的两组同心旋转圈上的斜孔，开口方向相同，翻起方向相反，引导气体在径向方向上作“之”字形流动。

Description

一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床
技术领域
本发明涉及一种气液传质设备，尤其是具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床。
背景技术
超重力技术是新兴的化工过程强化技术，能极大的提高生产效率。其原理是通过旋转转子产生离心力场，利用离心力场模拟超重力场，液体在超重力场下，被撕裂成微米级的液滴、液沫和液膜，极大的强化了气液传质过程。与传统的板式塔和填料塔相比，超重力旋转床气液传质速率可提高1～2个数量级。超重力旋转床具有设备体积小、成本低、占地面积小、安装方便等优点。
中国专利200710157094.3公开的同心圈逆流型超重力旋转床，其转子包括同心筛孔动圈，该动圈由一组同心且直径各异的带有筛孔的旋转圈组合而成。该旋转床具有压降小和转子持液量小的优点，但该旋转床气液传质系速率不高，在工业应用中受到限制。
发明内容
为解决现有技术的不足，提供一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床，该旋转床气液传质速率较高，同时压降和转子持液量小。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床，壳体2内设有转子，壳体2的侧面设有气体进口，壳体2的底板上设有液体出口，转子的转轴从壳体2的底板穿入壳体2，液体进口管7从壳体2的上部穿入壳体2和转子的轴心腔室，液体进口管7与转子的转轴同轴安装；液体进口管7的上部开口、底部封闭，液体进口管7的管壁上设有出液孔11；气体出口管8设于壳体2的上面板，气体出口管8连通转子的轴心腔室；转子包括上旋转盘6、下旋转盘4，上旋转盘6、下旋转盘4之间连接一组同心且直径各异的旋转圈5，旋转圈5上开有圆孔14和斜孔13；旋转圈5上板片12翻起，形成斜孔13，斜孔13开口与旋转圈5的旋转方向平行；
相邻旋转圈5上的斜孔开口方向均与旋转圈5旋转方向相同或相反，且一个旋转圈斜孔内侧翻起，另一个旋转圈斜孔外侧翻起。
进一步，斜孔13的板片12是矩形板片，或半圆形板片，或三角形板片，或梯形板片。
相邻的两组同心旋转圈上的斜孔，开口方向与旋转圈旋转方向相同，一个向旋转圈内侧翻起、一个向旋转圈外侧翻起，引导气体在径向方向上作“之”字形流动。
本发明的有益效果是：本发明的旋转床转子包括一系列带有斜孔和圆孔的同心旋转圈，斜孔能引导气体在径向方向上作“之”字形流动，增大气体湍动，提高旋转床气相传质系数，进而提高旋转床气液传质速率。同时，本发明的旋转床仍然具有压降小和转子持液量小的有点。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是转子同心旋转圈上的展评图。
图3是图2的B-B剖视结构示意图。
图4a是向旋转圈内侧翻起的情形；图4b是向旋转圈外侧翻起的情形；
图5a～图5d是四种不同形状板片的斜孔结构示意图，其中图5a是矩形板片；图5b是半圆形板片；图5c是三角形板片；图5d是梯形板片。
图6是相邻旋转圈上的斜孔开口方向与旋转圈旋转方向相同但一个旋转圈斜孔内侧翻起，另一个旋转圈斜孔外侧翻起的气体流动示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细介绍。
附图标记：1-转轴，2-壳体，3-液体出口，4-下旋转盘，5-同心旋转圈，6-上旋转盘，7-液体进口，8-气体出口，9-动密封，10-气体进口，11-液体进口管的出液孔，12-翻起的板片，13-斜孔，14-圆孔。
实施例1
如图1～图6所示，本发明的一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床，壳体2内设有转子，壳体2的侧面设有气体进口，壳体2的底板上设有液体出口，转子的转轴从壳体2的底板穿入壳体2，液体进口管7从壳体2的上部穿入壳体2和转子的轴心腔室，液体进口管7与转子的转轴同轴安装；液体进口管7的上部开口、底部封闭，液体进口管7的管壁上设有出液孔11；气体出口管8设于壳体2的上面板，气体出口管8连通转子的轴心腔室；转子包括上旋转盘6、下旋转盘4，上旋转盘6、下旋转盘4之间连接一组同心且直径各异的旋转圈5，旋转圈5上开有圆孔14和斜孔13；旋转圈5上板片12翻起，形成斜孔13，斜孔13开口与旋转圈5的旋转方向平行；
相邻旋转圈5上的斜孔开口方向均与旋转圈5旋转方向相同，且一个旋转圈斜孔内侧翻起，另一个旋转圈斜孔外侧翻起。
如图6所示，相邻旋转圈5上的斜孔开口方向相同，但是翻起方向相反。
如图5a～图5d所示，斜孔的板片可以有不同形状，其中图5a是矩形板片；图5b是半圆形板片；图5c是三角形板片；图5d是梯形板片。
该实施例的工作过程：气体从气体进口10切向进入内腔，进而进入转子，在旋转圈的带动下，气体作周向运动。同时气体在压差的作用下在转子内作径向流动，一部分气体穿过斜孔13，另一部分从圆孔14穿过，气体在斜孔的引导下在径向方向上作“之”字形流动，气体湍动加剧，气相传质系数得到提高，最后通过气体出口8排出；液体从液体进口7通过进口管管壁上的出液孔11进入转子，在离心力作用下甩出，液体在转子内与气体逆流接触，发生传质和传热，最后从液体出口3排出。
本实施例中，任意相邻同心旋转圈上的斜孔翻起方向不同，一个向内，一个向外，但斜孔开口方向一致，引导气体在径向方向上作“之”字形流动。
本发明用于精馏时，由再沸器出来的气体从气体进口10进入壳体2的内腔，沿径向穿过同心旋转圈5上的斜孔13和圆孔14进入转子，与液体进行逆流接触，最后通过气体出口8进入冷凝器冷凝，得到精馏产物；部分冷凝液作为回流液和进料液从液体入口7进入，从而通过液体进口管上的出液孔11进入转子内部，在离心力的作用下被加速甩出，液体被粉碎成细小的液沫、液丝，并与气体逆流接触，进行传质和传热，液体通过液体出口3进入再沸器加热，精馏产物从再沸器排出。
以乙醇-水为物系，在超重力旋转床转速为1200r/min下，采用内径为400mm，外径为1000mm，高为100mm的开有筛孔的同心圈转子和本发明的具有气体导流功能的同心圈转子，进行全回流常压精馏实验。开有筛孔的同心圈转子的理论塔板数为3.5～5.1块，具有气体导流功能的同心圈转子的理论塔板数比开有筛孔的同心圈转子提高20～25％，气相压降是开有筛孔的同心圈转子的85％～90％，这说明具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床优于开有筛孔的同心圈超重力旋转床，在工业应用上有广阔的前景。
实施例2
如图1～图6所示，本实施例与实施例1的区别在于：相邻旋转圈5上的斜孔开口方向均与旋转圈5旋转方向相反，其与部分与实施例1相同。

Claims (4)

1.一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床，壳体(2)内设有转子，壳体(2)的侧面设有气体进口，壳体(2)的底板上设有液体出口，其特征在于：转子的转轴从壳体(2)的底板穿入壳体(2)，液体进口管(7)从壳体(2)的上部穿入壳体(2)和转子的轴心腔室，液体进口管(7)与转子的转轴同轴安装；液体进口管(7)的上部开口、底部封闭，液体进口管(7)的管壁上设有出液孔(11)；气体出口管(8)设于壳体(2)的上面板，气体出口管(8)连通转子的轴心腔室；转子包括上旋转盘(6)、下旋转盘(4)，上旋转盘(6)、下旋转盘(4)之间连接一组同心且直径各异的旋转圈(5)，旋转圈(5)上开有圆孔(14)和斜孔(13)；旋转圈(5)上板片(12)翻起，形成斜孔(13)，斜孔(13)开口与旋转圈(5)的旋转方向平行；
相邻旋转圈(5)上的斜孔开口方向均与旋转圈(5)旋转方向相同或相反，且一个旋转圈斜孔内侧翻起，另一个旋转圈斜孔外侧翻起。
2.如权利要求1所述的一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床，其特征在于：相邻旋转圈(5)上的斜孔开口方向均与旋转圈(5)旋转方向相同。
3.如权利要求1所述的一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床，其特征在于：相邻旋转圈(5)上的斜孔开口方向均与旋转圈(5)旋转方向相反。
4.如权利要求2或3所述的一种具有气体导流功能的同心圈超重力旋转床，其特征在于：斜孔的板片是矩形板片，或半圆形板片，或三角形板片，或梯形板片。
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CN114225450A (zh) * 2021-12-29 2022-03-25 浙江工业大学 一种整体旋转式超重力床

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