CN112830569A - 一种旋转设备及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转设备及使用方法，属于旋转设备技术领域。其包括箱壳、置于箱壳内的旋转装置；所述旋转装置包括竖向设置的转轴、安装在转轴上呈分形几何结构的分散组件；所述分散组件包括多个分散层，每一分散层至少对应一个物料进口。与现有技术相比，可以大大减轻转子的质量和成本，高速旋转时与固体接触不容易损坏，且用于生物反应过程可大大降低对微生物的损伤；在涉及多股物料进料和高粘流体时，可以大大增加了物料在旋转装置分布的均匀性，控制各股进料在旋转床内的分布及混合，大大提高物料在旋转装置内的传热、传质及反应的效率。
Description
技术领域
本发明属于旋转装备技术领域，具体涉及一种旋转设备及使用方法。
背景技术
过程强化一直是化工技术研究的热点，离心力场强化是过程强化领域异军突起的一门新兴技术，主要应用于强化多相流传递及反应过程。旋转装置作为目前工业生产中被应用最广泛的过程强化设备，具体应用在化工、生物制药、环保、轻工等诸多领域，并取得较好的结果。超重力技术是利用高速旋转的装置产生成百上千倍于重力的离心力场，使液相在离心力的剪切下形成较薄的液膜、细小的液滴和极细的液丝，使相界面积及界面更新显著增加，进而使传质、传热过程得到极大强化。
如现有公开号为CN108355587A的中国发明专利明，公开一种模块化旋转填料床，包括壳体、设置在壳体上的液相进口、气相进口、液相出口和气相出口，设置在壳体中部的转轴，所述转轴上套装有旋转装置，所述旋转装置由上盖板、下支撑板、内环板、外环板和中隔板组成；所述上盖板、下支撑板、内环板和外环板构成圆柱形空腔体，所述中隔板设置在内环板与外环板之间将圆柱形空腔体等分成若干个扇形体；不相邻的扇形体内装填催化填料模块，剩余的扇形体的内侧装填冷却模块，所述冷却模块通过设置在转轴外部的冷却水中心分布管与冷却水进水管和冷却水出水管连接，完成冷却水的循环。该专利可以提高产品反应速率，转化率和收率。但是该设备存在以下缺点：（1）工业化用的旋转转子质量较大，电机能耗较大；（2）转子高速旋转时与固体接触容易损坏；(3)用于生物反应过程转子容易对微生物产生损伤；（4）物料在旋转装置分布不均匀，尤其流体粘度较高时；(5)当涉及到多股物料进料时，不能很好控制各股进料在床内的分布及混合。
发明内容
本发明为了解决上述的问题，提供了一种旋转设备及使用方法，通过设置分形几何结构的分散组件，分散组件设置多个分散层，每一分散层和一物料进口配合，从而达到解决上述存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种旋转设备，包括反应箱壳、置于反应箱壳内的旋转装置、对旋转装置提供动能的电机和与反应箱壳连接的真空泵，所述旋转装置包括竖向设置的转轴和安装在转轴上呈分形几何结构的分散组件；所述分散组件包括多个安装在所述转轴上的多个分散层，每一所述分散层包括多个径向设置在所述转轴的支撑杆和位于支撑杆上的分散元件；每一所述分散元件靠近所述转轴的一端形成突出部，上层的分散层上的突出部比下层的分散层上的突出部离所述转轴的距离更大；所述的旋转设备还包括位于所述反应箱壳上且位于所述分散组件上方的多个物料进口，每一所述物料进口与一个分散层的突出部跟所述转轴之间的区域对应。
进一步地，所述反应箱壳外设有夹套壳体；所述夹套壳体与所述反应箱壳之间形成密闭的导热夹层；所述夹套壳体上设有至少一个夹套循环液出口和至少一个夹套循环液进口。
进一步地，所述反应箱壳包括用于安装所述分散组件的箱壳本体、位于箱壳本体顶部的箱壳盖以及位于箱壳本体底部的锥形底；所述箱壳本体、箱壳盖和锥形底一体连接；所述锥形底的底部设有可闭合的出料口。
进一步地，所述夹套循环液出口设置在所述夹套壳体的外侧壁上部且不低于所述分散组件最高处；所述夹套循环液进口设置在所述锥形底的外侧壁。
进一步地，所述物料进口对称分布在所述的转轴四周。
进一步地，所述分散元件为柔性高分子材料制成的刷片。
进一步地，所述支撑杆与所述转轴可拆卸连接。
进一步地所述反应箱壳为金属箱壳，所述夹套壳体为保温壳体。
进一步地，所述的旋转设备还包括位于所述箱盖上的真空泵接口；所述真空泵接口与所述反应箱壳的内部连通。
一种旋转设备的使用方法，包括以下步骤：
S1、启动与转轴连接的电机，使得旋转装置进行空转；启动与真空泵接口连接的真空泵对反应箱壳的内部进行抽气减压，使得反应箱壳的内部达到反应时的真空要求；
S2、将高温或低温的循环液通过夹套循环液进口注入到导热夹层并通过夹套循环液出口流出，持续循环，使得反应箱壳内的温度达标；
S3、将不同的物料通过多个物料进口灌入到反应箱壳内，使得每一种物料落入到反应箱壳内的一分散元件的突出部所在的活动区域 上，通过控制进料速率达到控制配料比；再通过调整电机转速，将物料进行混合分布，通过带有温度的循环液在导热夹层进行循环，利用金属材质的导热性对反应箱壳内的物料进行加热，使得物料进行充分反应；
S4、经步骤S3处理后，得到的产物由于重力的作用，沉落在锥形底内进行汇集，后打开出料口输出反应产物。
上述的突出部是指一分散元件相较于上层分散层的一分散元件突出的部分，且该部分是所在分散元件最靠近所述转轴的部分。
上述的活动区域是指，固定在支撑杆上的分散元件上的突出部在以转轴为中心进行转动时所经过的区域。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明相较于现有技术中采用大功率的电机和较大的分散组件才可以达到旋转效果，本发明中采用的分形几何结构的分散组件，采用较小的反应箱壳和较小的分散组件就可以较好的完成混合工作，可以大大减轻转子的质量和生产成本；同时与现有技术相比，在得到相同的效果时，本发明的电能较低；
2、本发明中刷毛或刷片可以采用柔性高分子材料制作，设备在高速旋转时与固体接触不容易损坏；同时用于生物反应过程可大大降低对微生物的损伤；具有生产效率更高，良好率更高、产量更高的优点；
3、本发明通过将分散组件设计成分形几何结构，大大增加了物料在旋转装置分布的均匀性，避免流体特别是高粘流体的聚集，大大增加设备的可操作弹性；
4、本发明在生产时，涉及到多股物料进料的时候，本发明可以很好控制各股进料在旋转床内的分布及混合，大大提高物料在旋转装置内的传热、传质及反应的效率。
5、本发明在箱壳外设置夹套壳体，夹套壳体与箱壳形成用于加热的热夹层的基础上，通过在所述夹套壳体上设有至少一个与热夹层外接通的夹套壳体循环液出口和至少一个与热夹层外接通的夹套壳体循环液进口的设置，利用金属质的反应箱壳可以使得箱壳内的温度得到加热；同时所述夹套壳体循环液出口与所述箱壳本体的外侧壁上部对应且高于所述分散组件；所述夹套壳体循环液进口与所述锥形底的外侧壁对应且低于所述分散组件的设置，可以对箱壳进行均匀的加热，而且通过控制循环液的流速，可以精确控制箱壳受热。
说明书附图
图1是本发明截面结构示意图；
图2是分型分散组件的示意图；
图3是实施例1中搅拌装置的俯视图
图4是实施例2中搅拌装置的俯视图。
附图标记说明：1、反应箱壳；11、进料口；12、箱壳本体；13、箱壳盖；14、锥形底；14-1、出料口；15、真空泵接口；2、旋转装置；21、转轴；22、分散组件；22-1、分散层；22-1a、支撑杆；22-1b、分散元件；3、夹套壳体；31、夹套壳体循环液出口；32、夹套壳体循环液进口；4、热夹层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
参考图1至图3，一种旋转设备，包括反应箱壳1、置于反应箱壳1内的旋转装置2、对旋转装置2提供动能的电机和与反应箱壳连接的真空泵，所述旋转装置2包括竖向设置的转轴21和安装在转轴21上呈分形几何结构的分散组件22。所述分散组件22包括四个安装在所述转轴21上的分散层22-1，每一分散层上包括八个径向设置的支撑杆22-1a和位于支撑杆上的分散元件22-1b。每一所述分散元件22-1b靠近所述转轴21的一端形成突出部，上层的分散层上的突出部比下层的分散层上的突出部离所述转轴21的距离更大。所述的旋转设备还包括位于所述反应箱壳1上且位于所述分散组件22上方的八个物料进口11，每一所述物料进口11与一所述突出部所在活区域对应。
如图1所示反应箱壳1外设有夹套壳体3。所述夹套壳体3与所述反应箱壳1之间形成密闭的热夹层4。所述夹套壳体3上设有一个夹套壳体循环液出口31和一个夹套壳体循环液进口32。所示反应箱壳1包括用于安置所述分散组件22的箱壳本体12、位于箱壳本体12顶部的箱壳盖13以及位于箱壳本体底部的锥形底14。所示箱壳本体12、箱壳盖13和锥形底14一体连接且密封。所述锥形底14的底部设有可闭合的出料口14-1。所述夹套壳体循环液出口31与所述箱壳本体12的外侧壁上部对应且不低于所述分散组件22最高处，位于箱盖对应处。所述夹套壳体循环液进口32与所述锥形底14的外侧壁对应，位于所示锥形底14的最低处。所述转轴21贯穿所述热夹层4且与所述箱壳盖中心对应。转轴3与箱壳盖13的连接方式为可拆卸的连接方式。所述箱壳盖13可拆卸，便于清洗箱壳内部和更换搅拌设备。所述物料进口11垂直贯穿所述热夹层4且分布在所述的转轴21两侧。所示的旋转设备还包括位于所述箱盖13上的真空泵接口15。所述真空泵接口15贯穿所述热夹层4与所述反应箱壳1的内部连接。
其中，所示分散元件22-1b为柔性高分子材料的刷毛。
其中，所示支撑杆22-1a与所述转轴21可拆卸连接。
其中，所示反应箱壳1的材质为易导热的金属材质，所述夹套壳体3的材质为保温材料。
实施例2
如图4所示本实施例与实施例1不同的是，本实施例的分散元件22-1b为柔性高分子材料的刷片，其与上述实施例的效果相同。刷片更适合搅拌较硬的物料。
实施例3
一种旋转设备的使用方法，包括以下步骤：
S1、启动与转轴21连接的电机，使得旋转装置2进行空转；启动与真空泵接口15连接的真空泵对反应箱壳1的内部进行抽气减压，使得反应箱壳的内部达到反应时的真空要求；
S2、将高温或低温的循环液通过夹套壳体循环液进口32注入到热夹层4并通过夹套壳体循环液出口31流出，持续循环，使得反应箱壳1内的温度达标；
S3、后将不同的物料通过每一物料进口11灌入到反应箱壳1内，使得每一种物料落入到反应箱壳内的一分散元件22-1b的突出部所在的活动区域上，通过控制进料速率达到控制配料比；后再通过调整电机转速，将物料进行混合分布，通过循环液在热夹层4进行循环，利用金属材质的导热性对反应箱壳1内的物料进行加热，使得物料进行充分反应；
S4、经步骤S3处理后，得到的产物由于重力的作用，沉落在锥形底内进行汇集，后打开出料口14-1输出反应产物。
在上述实施例中，用于蔗糖浓缩的处理，相比传统搅拌釜，在相同的实验条件下，传热效率提高了50%，将设备用于三氯蔗糖的前序反应，相比传统搅拌釜，在相同的实验条件下，反应效率提高了28%。将设备用于精金矿生物处理，转子的质量减少了80%，电机能耗降低了60%以上，生物反应过程可大大降低对微生物的损伤，将设备用于微生物废水处理，生化反应效率提高了12%。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种旋转设备，包括反应箱壳（1）、置于反应箱壳（1）内的旋转装置（2）、对旋转装置（2）提供动能的电机和与反应箱壳连接的真空泵，其特征在于：所述旋转装置（2）包括竖向设置的转轴（21）和安装在转轴（21）上呈分形几何结构的分散组件（22）；所述分散组件（22）包括多个安装在所述转轴（21）上的分散层（22-1），每一所述分散层包括多个径向设置在所述转轴（21）的支撑杆（22-1a）和位于支撑杆上的分散元件（22-1b）；每一所述分散元件（22-1b）靠近所述转轴（21）的一端形成突出部，上层的分散层上的突出部比下层的分散层上的突出部离所述转轴（21）的距离更大；所述的旋转设备还包括位于所述反应箱壳（1）上且位于所述分散组件（22）上方的多个物料进口（11），每一所述物料进口（11）与一所述突出部所在活动区域对应。
2.根据权利要求1所述的一种旋转设备，其特征在于：所述反应箱壳（1）外设有夹套壳体（3）；所述夹套壳体（3）与所述反应箱壳（1）之间形成密闭的导热夹层（4）；所述夹套壳体（3）上设有至少一个夹套壳体循环液出口（31）和至少一个夹套壳体循环液进口（32）。
3.根据权利要求1所述的一种旋转设备，其特征在于：所述反应箱壳（1）包括用于安装所述分散组件（22）的箱壳本体（12）、位于箱壳本体（12）顶部的箱壳盖（13）以及位于箱壳本体底部的锥形底（14）；所述箱壳本体（12）、箱壳盖（13）和锥形底（14）一体连接；所述锥形底（14）的底部设有可闭合的出料口（14-1）。
4.根据权利要求2或3所述的一种旋转设备，其特征在于：所述夹套壳体循环液出口（31）设置在所述夹套壳体（3）的外侧壁上部且不低于所述分散组件（22）最高处；所述夹套壳体循环液进口（32）设置在所述夹套壳体（3）的外侧壁下部且与所述锥形底（14）对应。
5.根据权利要求1或3所述的一种旋转设备，其特征在于：所述物料进口（11）对称分布在所述的转轴（21）四周。
6.根据权利要求1所述的一种旋转设备，其特征在于：所述分散元件（22-1b）为柔性高分子材料制成的刷片。
7.根据权利要求1所述的一种旋转设备，其特征在于：所述支撑杆（22-1a）与所述转轴（21）可拆卸连接。
8.根据权利要求1或2所述的一种旋转设备，其特征在于：所述反应箱壳（1）金属箱壳，所述夹套壳体（3）保温壳体。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种旋转设备，其特征在于：所述的旋转设备还包括位于所述箱盖（13）上的真空泵接口（15）；所述真空泵接口（15）与所述反应箱壳（1）的内部连通。
10.一种权利要求1所述的旋转设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、启动与转轴（21）连接的电机，使得旋转装置（2）进行空转；启动与真空泵接口（15）连接的真空泵对反应箱壳（1）的内部进行抽气减压，使得反应箱壳的内部达到反应时的真空要求；
S2、将高温或低温的循环液通过夹套壳体循环液进口（32）注入到导热夹层（4）并通过夹套壳体循环液出口（31）流出，持续循环，使得反应箱壳（1）内的温度达标；
S3、将不同的物料通过多个物料进口（11）灌入到反应箱壳（1）内，使得每一种物料落入到反应箱壳内的一分散元件（22-1b）的突出部所在的活动区域上，通过控制进料速率达到控制配料比；再通过调整电机转速，将物料进行混合分布，通过带循环液在导热夹层（4）进行循环，利用金属材质的导热性对反应箱壳（1）内的物料进行加热，使得物料进行充分反应；
S4、经步骤S3处理后，得到的产物由于重力的作用，沉落在锥形底内进行汇集，后打开出料口（14-1）输出反应产物。
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