CN110721650A - 一种同心波纹圈旋转床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同心波纹圈旋转床，涉及气液传质设备领域，主要包括腔体，腔体内设有转子，转子的转轴从腔体的底板穿入，液体进口管从腔体的上部穿入腔体和转子的中心腔室内，并与转轴同轴安装，在液体进口管的管壁上还开有若干出液孔；气体出口管设置在腔体的上面板处，并连通转子的中心腔室；转子由上圆盘和下圆盘组成，上下圆盘之间固定一组同心且直径均匀增加的同心波纹圈，同心波纹圈由数个波峰和波谷组成，且任意两同心波纹圈之间呈交错排列，使得每个同心波纹圈的波峰与相邻的同心波纹圈的波谷相对。本发明的有益效果为：本发明的旋转床转子为同心波纹圈转子，能极大的改善液体周向分布，从而提高旋转床的气液传质效率。

Description

一种同心波纹圈旋转床
技术领域
本发明涉及气液传质设备的领域，具体涉及一种同心波纹圈旋转床。
背景技术
超重力旋转床作为一种新型过程强化设备，能大幅的减小设备体积，从而提高生产效率，减低成本，已经成功的应用于精馏、吸收和反应等多个化工领域。超重力旋转床的原理是通过旋转转子产生离心力场，利用离心力场取代重力场，液体在超重力场下，被撕裂成微米级的液滴、液沫和液膜，极大的强化了多相流之间的传质和传热过程气液传质过程。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。该旋转床属于板式转子旋转床，具有结构简单、制造成本低的优点，但该旋转床传质效率不高，在工业应用中受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种同心波纹圈旋转床，具有气液传质效率较高的优点。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种同心波纹圈旋转床，主要包括腔体，所述腔体内设有转子，转子与腔体之间设有动密封，腔体的侧面设有气体进口管，腔体的底板上设有液体出口管；所述转子的转轴从腔体的底板穿入，液体进口管从腔体的上部穿入腔体和转子的中心腔室内，上部开口同时底部封闭的液体进口管与转轴同轴安装，在液体进口管的管壁上还开有若干出液孔；气体出口管设置在腔体的上面板处，并连通转子的中心腔室；所述转子由上圆盘和下圆盘组成，上下圆盘之间固定一组同心且直径均匀增加的同心波纹圈，所述同心波纹圈由数个波峰和波谷组成，且任意两同心波纹圈之间呈交错排列，使得每个同心波纹圈的波峰与相邻的同心波纹圈的波谷相对。
进一步讲，所述同心波纹圈的波峰或波谷的波长长度是同心波纹圈圆周周长的0.0001～0.25倍，同心波纹圈的波峰或波谷的高度是同心波纹圈圆周半径的0.00001～0.5倍。
作为优选，所述同心波纹圈的波峰或波谷所呈曲线为圆弧曲线或正弦曲线。
本发明的有益效果为：本发明的旋转床转子为同心波纹圈转子，能极大的改善液体周向分布，从而提高旋转床的气液传质效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为液体通过数个同心波纹圈后形成液体周向分布的示意图。
图4为理论塔板数NT随回流量QL的变化示意图。
附图标记说明：1、腔体；2、动密封；3、液体进口管；4、气体出口管；5、上圆盘；6、同心波纹圈；7、气体进口管；8、下圆盘；9、出液孔；10、转子；11、液体出口管；12、波谷；13、波峰；14、液体；15、相邻同心波纹圈的波谷；16、通过第一个同心波纹圈后的液体周向分布路径；17、通过第二个同心波纹圈后的液体周向分布路径；18、通过第三个同心波纹圈后的液体周向分布路径；19、相邻同心波纹圈；20、相邻同心波纹圈的波峰；21、转轴；22、中心腔室。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例1：如附图1所示，这种同心波纹圈旋转床，主要包括腔体1，所述腔体1内设有转子10，转子10与腔体1之间设有动密封2，腔体1的侧面设有气体进口管7，腔体1的底板上设有液体出口管11；所述转子11的转轴21从腔体1的底板穿入，液体进口管3从腔体1的上部穿入腔体1和转子10的中心腔室22内，上部开口同时底部封闭的液体进口管3与转轴21同轴安装，在液体进口管3的管壁上还开有若干出液孔9；气体出口管4设置在腔体1的上面板处，并连通转子10的中心腔室22；所述转子10由上圆盘5和下圆盘8组成，上下圆盘5、8之间固定一组同心且直径均匀增加的同心波纹圈6，所述同心波纹圈6由数个波峰13和波谷12组成，且任意两同心波纹圈6之间呈交错排列，使得每个同心波纹圈6的波峰13与相邻的同心波纹圈6的波谷12相对；所述同心波纹圈6的波峰13或波谷12的波长长度是同心波纹圈6圆周周长的0.0001～0.25倍，同心波纹圈6的波峰13或波谷12的高度是同心波纹圈6圆周半径的0.00001～0.5倍。
作为优选，所述同心波纹圈6的波峰13或波谷12所呈曲线为圆弧曲线或正弦曲线。
如附图3所示，由于同心波纹圈6的波峰13受到的离心力要小于同心波纹圈6的波谷12受到的离心力；一股液体14落在同心波纹圈6的波峰13上，部分液体穿过波峰13，其余的液体向波峰13两侧的波谷12流动，到达波谷12后穿过波谷12。因此，一股液体14穿过第一个同心波纹圈6后形成了有三股液体的周向分布(即图3中通过第一个同心波纹圈后的液体周向分布路径16)；由于同心波纹圈6的波谷12和相邻同心波纹圈的波峰20相对，穿过波谷12的液体落在相邻同心波纹圈的波峰20上，部分液体穿过波峰，其余液体向波峰两侧的相邻同心波纹圈的波谷15运动，进而穿过波谷，因此，液体14穿过第二个同心波纹圈19后形成了有五股液体的周向分布(即图3中通过第二个同心波纹圈后的液体周向分布路径17)；由此类推，液体14穿过第三个同心波纹圈后形成有七股液体的周向分布(即图3中通过第三个同心波纹圈后的液体周向分布路径18)。液体穿过的同心圈越多，所形成的液体周向分布越完善。同心波纹圈转子能极大的改善液体周向分布，从而提高旋转床的气液传质效率。
本实施例的工作过程：气体从气体进口管7切向进入腔体1，进而进入转子10，在同心波纹圈6的旋转带动下，气体作周向运动；同时气体在压差的作用下在转子10内作径向流动，气体穿过各个同心波纹圈6，最后通过气体出口管4排出；液体从液体进口管3通过进口管管壁上的出液孔9进入转子10，在离心力作用下甩出。在同心波纹圈6的作用下，液体获得完善的周向分布。液体在穿过同心波纹圈6的时候和气体密集接触，发生传质和传热，最后从液体出口管11排出。
实施例2：本发明用于精馏时，由再沸器出来的气体从气体进口管7进入腔体1的内腔，沿径向穿过转子10，与液体进行逆流接触，最后通过气体出口管4进入冷凝器冷凝，得到精馏产物；部分冷凝液作为回流液从液体进口管3进入，通过液体进口管上的出液孔9进入转子10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，液体通过液体出口管11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1000r/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同心波纹圈转子，进行全回流常压精馏实验。实验结果如附图4所示，开有筛孔的同心圈转子的理论塔板数为4.2～5.5块，同心波纹圈转子的理论塔板数比开有筛孔的同心圈转子提高15～22％，这说明本发明的同心波纹圈旋转床能显著改善液体周向分布，其传质效率优于开有筛孔的同心圈旋转床，在工业应用上有广阔的前景。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种同心波纹圈旋转床，主要包括腔体(1)，所述腔体(1)内设有转子(10)，转子(10)与腔体(1)之间设有动密封(2)，腔体(1)的侧面设有气体进口管(7)，腔体(1)的底板上设有液体出口管(11)；其特征在于：所述转子(11)的转轴(21)从腔体(1)的底板穿入，液体进口管(3)从腔体(1)的上部穿入腔体(1)和转子(10)的中心腔室(22)内，上部开口同时底部封闭的液体进口管(3)与转轴(21)同轴安装，在液体进口管(3)的管壁上还开有若干出液孔(9)；气体出口管(4)设置在腔体(1)的上面板处，并连通转子(10)的中心腔室(22)；所述转子(10)由上圆盘(5)和下圆盘(8)组成，上下圆盘(5、8)之间固定一组同心且直径均匀增加的同心波纹圈(6)，所述同心波纹圈(6)由数个波峰(13)和波谷(12)组成，且任意两同心波纹圈(6)之间呈交错排列，使得每个同心波纹圈(6)的波峰(13)与相邻的同心波纹圈(6)的波谷(12)相对。
2.根据权利要求1所述的同心波纹圈旋转床，其特征在于：所述同心波纹圈(6)的波峰(13)或波谷(12)的波长长度是同心波纹圈(6)圆周周长的0.0001～0.25倍，同心波纹圈(6)的波峰(13)或波谷(12)的高度是同心波纹圈(6)圆周半径的0.00001～0.5倍。
3.根据权利要求1所述的同心波纹圈旋转床，其特征在于：所述同心波纹圈(6)的波峰(13)或波谷(12)所呈曲线为圆弧曲线或正弦曲线。
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