CN112206698B - 转子整体旋转的折流式超重力旋转床 - Google Patents

Abstract

转子整体旋转的折流式超重力旋转床，包括壳体和设置在壳体内的转子，壳体顶面中部设有气体出口管，壳体顶面和底面偏离中心的位置分别设有液体进口管和液体出口管，壳体的侧壁下部设有气体进口管；气体出口管的下端连接有喇叭状的液体分布器，液体分布器向下延伸至转子内；转子包括上旋转盘和下旋转盘，上旋转盘、下旋转盘与转轴同步周向转动；转轴由壳体下端向上穿入壳体内，转轴与壳体密封转动连接；上旋转盘的底面设有若干不同直径的第一折流圈，下旋转盘的顶面设有若干直径不同的第二折流圈，且相邻第二折流圈之间留有容纳第一折流圈的间隙，第一折流圈、第二折流圈相互嵌套交错排布。本发明具有压降小和功耗低的优点。

Description

转子整体旋转的折流式超重力旋转床

技术领域

本发明涉及一种气液传质设备，尤其涉及转子整体旋转的折流式超重力旋转床。

背景技术

超重力旋转床是一种新型的传质设备，利用旋转产生的超重力环境，可以改善气—液间的传质，与常规技术相比，其具有体积小、设备费用低、安装灵活、易操作等优点，可设置中间进料口等特点。超重力旋转床是一种典型的强化多相流传递及反应过程的新技术，可以使化工生产在更紧凑的工厂布局、更低的单位能耗和更少的三废污染排放的条件下进行。

目前，以超重力旋转床作为设备载体的超重力技术已经成功的解决了多个化工过程难题，国内外已将此类技术成功地应用到石油化工、烟气CO2捕集、废水处理、制药、冶金、轻工、纳米材料制备等多个领域。

中国专利CN107987279A公开了一种折流式超重力旋转床，其转子包括同心的旋转盘和静止盘，所述静止盘上的折流圈与转动盘留有一定的距离，转动盘上的折流圈与静止盘也留有一定的距离，该旋转床由于其结构独创，体积小，高度低，购置和运行成本低，使用维护方便，可避免使用传统塔设备需考虑的防雷击、台风、地震和高空作业的情况；中国专利CN1014178573A公开了一种复合转子超重力旋转床，其特征在于复合转子最内层为动折流圈,该动折流圈固定在液体进口管外侧,且在该动折流圈的圈壁上固定有从上到下均布的若干个波纹碟片，这种旋转床装置结构紧凑、合理，可适用于液泛气速大、气相通量大的场合。但上述旋转床的气液传质速率不高，存在压降较大和功耗高的缺点，限制了它在某些工业中的应用。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种转子整体旋转的折流式超重力旋转床。

本发明采用的技术方案是：转子整体旋转的折流式超重力旋转床，包括壳体和设置在壳体内的转子，壳体顶面中部设有气体出口管，壳体顶面和底面偏离中心的位置分别设有液体进口管和液体出口管，壳体的侧壁下部设有气体进口管；

所述转子包括上旋转盘和下旋转盘，上旋转盘和下旋转盘同轴固定在转轴的上部，上旋转盘和下旋转盘之间通过螺栓固定连接，上旋转盘、下旋转盘与转轴同步周向转动；转轴由壳体下端向上穿入壳体内，转轴与壳体密封转动连接，上旋转盘与壳体密封转动连接；

所述气体出口管的下端连接有喇叭状的液体分布器，液体分布器向下延伸至上旋转盘和下旋转盘之间的位置；上旋转盘的内缘与液体分布器的下端边缘之间连接有环形挡板，环形挡板上均匀分布有若干出液孔；液体分布器的外壁面与环形挡板之间的间隙形成液体进口圈，液体进口管通向液体进口圈，并经由环形挡板上的出液孔进入转子内；

所述上旋转盘的底面设有若干不同直径的第一折流圈，下旋转盘的顶面设有若干直径不同的第二折流圈，且相邻第二折流圈之间留有容纳第一折流圈的间隙，第一折流圈、第二折流圈相互嵌套交错排布；第一折流圈、第二折流圈的轴向高度均小于上旋转盘和下旋转盘的间距；

第一折流圈的上部内璧环沿周向间隔设有若干第一三棱柱，第一折流圈的下部内壁环在与第二折流圈水平重叠的部分均匀分布若干圆孔；第二折流圈上不开孔，第二折流圈的内璧环在与第一折流圈水平重叠的部分沿周向间隔设有若干第二三棱柱；

所述第一三棱柱的两个棱边与第一折流圈相接，第二三棱柱的侧棱面与相邻第一折流圈甩出液体的运动方向垂直；第二三棱柱的两个棱边与第二折流圈相接，第一三棱柱的侧棱面与相邻第二折流圈上边缘甩出液体的运动方向垂直。

进一步，所述第一折流圈和第二折流圈的结构可以互换。

本发明的有益效果是：转子的上下旋转盘的第一折流圈和第二折流圈分别安装有第一三棱柱和第二三棱柱作为挡片，当液体从第一折流圈或第二折流圈相应位置甩出时，会接触到相邻的第二三棱柱或第一三棱柱的侧棱面，由于液体速度方向与之垂直，可以使其速度损失达到最大，同时获得强大的撞击力，使液体粉碎成大量细小的液滴，增强传质效果，而且液体的S型运动轨迹正好与气体的S型运动轨迹相反，两相接触效果加强，进而提高旋转床气液传质速率，同时，本发明的超重力旋转床具有压降小和功耗低的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是液体分布器的结构示意图。

图3是上旋转盘的折流圈展开图。

图4是下旋转盘的折流圈展开图。

图5是第一折流圈俯视图。

图6是第二折流圈俯视图。

图7是三棱柱的安装示意图。

图8是折流圈上甩出液体的流动示意图。

图9是第一折流圈与第二折流圈样式互换后的结构示意图。

附图标记说明：1、气体出口管；2、液体进口管；3、动密封；4、上旋转盘；5a、第一三棱柱；5b、第二三棱柱；6a、第一折流圈；6b、第二折流圈7、气体进口管；8、下旋转盘；9、机械密封；10、转轴；11、液体出口管；12、壳体；13、螺栓；14、出液孔；15、圆孔；16、液体进口圈；17、液体分布器；18、环形挡板；19、气体出口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1～图9所示：转子整体旋转的折流式超重力旋转床，包括壳体12和设置在壳体12内的转子，壳体12顶面中部设有气体出口管1，壳体12顶面和底面偏离中心的位置分别设有液体进口管2和液体出口管11，壳体12的侧壁下部设有气体进口管7；

所述转子包括上旋转盘4和下旋转盘8，上旋转盘4和下旋转盘8同轴固定在转轴2的上部，上旋转盘4和下旋转盘8之间通过螺栓13固定连接，上旋转盘4、下旋转盘8与转轴2同步周向转动；转轴2由壳体12下端向上穿入壳体12内，转轴2与壳体12通过机械密封9密封转动连接，上旋转盘4与壳体12通过动密封3密封转动连接；

所述气体出口管1的下端连接有喇叭状的液体分布器17，液体分布器17向下延伸至上旋转盘4和下旋转盘8之间的位置；上旋转盘4的内缘与液体分布器17的下端边缘之间连接有环形挡板18，环形挡板18上均匀分布有若干出液孔14；液体分布器17的外壁面与环形挡板18之间的间隙形成液体进口圈16，液体进口管2通向液体进口圈16，并经由环形挡板18上的出液孔14进入转子内；

所述上旋转盘4的底面设有若干不同直径的第一折流圈6a，下旋转盘8的顶面设有若干直径不同的第二折流圈6b，且相邻两个第二折流圈6b之间留有容纳第一折流圈6a的间隙，第一折流圈6a、第二折流圈6b相互嵌套交错排布；第一折流圈6a、第二折流圈6b的轴向高度均小于上旋转盘4和下旋转盘8的间距；

如图3和图5所示，第一折流圈6a的上部内璧环沿周向间隔设有若干第一三棱柱5a，第一折流圈6a的下部内壁环在与第二折流圈6b水平重叠的部分均匀分布若干圆孔15；

如图4和图6所示，第二折流圈6b上不开孔，第二折流圈6b的内璧环在与第一折流圈6a水平重叠的部分沿周向间隔设有若干第二三棱柱5b；第二三棱柱5b的两侧棱与第二折流圈6b连接，随着上下旋转盘的第一折流圈6a和第二折流圈6b直径的增减，适当增减第二三棱柱5b的数量。

如图7和图8所示，本发明转子的上下旋转盘的第一折流圈6a和第二折流圈6b分别安装有第一三棱柱5a和第二三棱柱5b作为挡片，第一三棱柱5a的两个棱边与第一折流圈6a相接，第二三棱柱5b的侧棱面与相邻第一折流圈6a甩出液体的运动方向垂直；第二三棱柱5b的两个棱边与第二折流圈6b相接，第一三棱柱5a的侧棱面与相邻第二折流圈6b上边缘甩出液体的运动方向垂直。当液体从第一折流圈6a的相应位置甩出时，会接触到相邻的第二折流圈6b上的第二三棱柱5b的侧棱面，由于液体速度方向与之垂直，可以使其速度损失达到最大。

本实施例的工作过程：作为连续相的气体从气体进口管7进入壳体12后，因为转子内部安装的都是同心的折流圈(第一折流圈6a、第二折流圈6b)，在压差的作用下，气体会沿着折流圈的缝隙曲折地由外缘向中心逐圈流动，所以气体的运动轨迹呈S型，最后从气体出口管1离开转子。作为分散相的液体从由液体进口管2进入，进入液体分布器17后，在离心力的作用下，通过环形挡板18上的出液孔14进入转子，向转子外缘运动，当液体通过圆孔15时会被分散成细小的液滴，同时被强大离心力甩出，高速运动的液滴在到达下旋转盘8的第二折流圈6b时会被碰撞、剪切和飞溅，同时部分液滴会垂直撞在第二三棱柱5b的侧棱面，使其速度瞬间变为零，获得更强大的撞击力，到达下旋转盘8第二折流圈6b的液滴会被粉碎成大量细小的液滴，当液滴到达下旋转盘8的第二折流圈6b后，下旋转盘8的第二折流圈6b会带着液体转动，液体表面不断更新，由于下旋转盘8的第二折流圈6b没有开孔，液滴会从下旋转盘8的第二折流圈6b上方高速甩出，到达上旋转盘4的第一折流圈6a，液滴在到达上旋转盘4的第一折流圈6a时被碰撞、剪切和飞溅，同时部分液滴会垂直撞在第一三棱柱5a的侧棱面，使其速度瞬间变为零，同时获得强大的撞击力，被粉碎成大量细微的液滴，到达上旋转盘4第一折流圈6a开孔区域上方的液滴，受到重力和表面更新的影响，会向下运动，到达开孔区域后被高速旋转的上旋转盘4的第一折流圈6a甩出，到达下旋转盘8的第二折流圈6b，如此往复，液滴呈S型运动离开转子。

本发明的液体在离开第一折流圈6a或第二折流圈6b后，会接触到第二三棱柱5b或第一三棱柱5a的侧棱面，由于液滴速度方向与之垂直，可以使其速度损失达到最大，从前一层折流圈甩出的液体与相邻层折流圈相对速度变大，液体碰撞的剧烈程度变高，使其液膜的表面更新速率及气液接触面积变大，而且液体的S型运动轨迹与气体的S型运动轨迹相反，液体在转子内与气体逆流接触，增加了传质、传热及反应接触面积，因此具有很高的传热传质效率。

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进入壳体12，在压差的作用下，从转子外缘沿着上旋转盘4的第一折流圈6a与下旋转盘8的第二折流圈6b之间的间隙曲折地由外向中心逐圈流动，与液体进行逆流接触，最后通过气体出口管1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进口管2进入，通过液体分布器上17的出液孔14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，并与气体逆向折流接触，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1300r/min时进行了全回流常压精馏实验。理论板数可以达到每米3.14～4.5块，气体压降比折流式旋转床下降10％，功耗比折流式旋转床减小25％，表明本发明的具有新型转子的整体折流式超重力旋转床优于折流式旋转床装置，具有广阔的应用前景。

实施例3

如图9所示：本实施例的上旋转盘4的第一折流圈6a与下旋转盘8的第二折流圈6b样式互换，其余部分与实施例1相同。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.转子整体旋转的折流式超重力旋转床，其特征在于：包括壳体(12)和设置在壳体(12)内的转子，壳体(12)顶面中部设有气体出口管(1)，壳体(12)顶面和底面偏离中心的位置分别设有液体进口管(2)和液体出口管(11)，壳体(12)的侧壁下部设有气体进口管(7)；

所述转子包括上旋转盘(4)和下旋转盘(8)，上旋转盘(4)和下旋转盘(8)同轴固定在转轴(10 )的上部，上旋转盘(4)和下旋转盘(8)之间通过螺栓(13)固定连接，上旋转盘(4)、下旋转盘(8)与转轴(10 )同步周向转动；转轴(10 )由壳体(12)下端向上穿入壳体(12)内，转轴(10 )与壳体(12)密封转动连接，上旋转盘(4)与壳体(12)密封转动连接；

所述气体出口管(1)的下端连接有喇叭状的液体分布器(17)，液体分布器(17)向下延伸至上旋转盘(4)和下旋转盘(8)之间的位置；上旋转盘(4)的内缘与液体分布器(17)的下端边缘之间连接有环形挡板(18)，环形挡板(18)上均匀分布有若干出液孔(14)；液体分布器(17)的外壁面与环形挡板(18)之间的间隙形成液体进口圈(16)，液体进口管(2)通向液体进口圈(16)，并经由环形挡板(18)上的出液孔(14)进入转子内；

所述上旋转盘(4)的底面设有若干不同直径的第一折流圈(6a)，下旋转盘(8)的顶面设有若干直径不同的第二折流圈(6b)，且相邻第二折流圈(6b)之间留有容纳第一折流圈(6a)的间隙，第一折流圈(6a)、第二折流圈(6b)相互嵌套交错排布；第一折流圈(6a)、第二折流圈(6b)的轴向高度均小于上旋转盘(4)和下旋转盘(8)的间距；

第一折流圈(6a)的上部内壁 环沿周向间隔设有若干第一三棱柱(5a)，第一折流圈(6a)的下部内壁环在与第二折流圈(6b)水平重叠的部分均匀分布若干圆孔(15)；第二折流圈(6b)上不开孔，第二折流圈(6b)的内壁 环在与第一折流圈(6a)水平重叠的部分沿周向间隔设有若干第二三棱柱(5b)；

所述第一三棱柱(5a)的两个棱边与第一折流圈(6a)相接，第二三棱柱(5b)的侧棱面与相邻第一折流圈(6a)甩出液体的运动方向垂直；第二三棱柱(5b)的两个棱边与第二折流圈(6b)相接，第一三棱柱(5a)的侧棱面与相邻第二折流圈(6b)上边缘甩出液体的运动方向垂直。

2.如权利要求1所述的转子整体旋转的折流式超重力旋转床，其特征在于：所述第一折流圈(6a)和第二折流圈(6b)的结构可以互换。

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