CN112934126A - 一种同心双层圈超重力旋转床 - Google Patents

一种同心双层圈超重力旋转床 Download PDF

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李育敏
王宇航
计建炳
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Abstract

本发明公开了一种同心双层圈超重力旋转床，包括一腔体，腔体内设有转子；所述转子由上圆盘和下圆盘组成，上圆盘和下圆盘之间固定一组同心且直径均匀增加的双层同心圈，双层同心圈由筛孔圈和起鼓孔圈组成，筛孔圈位于起鼓孔圈内部，筛孔圈直径小于起鼓孔圈，起鼓孔圈上开有凸起的起鼓孔，筛孔圈上设有筛孔和不开孔区，筛孔圈上的筛孔与起鼓孔圈上的起鼓孔位置交错，筛孔圈的不开孔区正对起鼓孔圈的起鼓孔。本发明的转子内的筛孔与起鼓孔位置交错，避免气体直线流动，气体呈“S”型曲折流动地穿过不开孔区两侧的筛孔，增加气体湍动程度，旋转床气相传质系数得以增大，旋转床气液传质效率得以提高。

Description

一种同心双层圈超重力旋转床
技术领域
本发明涉及一种气液传质设备，尤其涉及一种同心双层圈超重力旋转床。
背景技术
超重力旋转床是一种新型的强化传质的设备，因其传质强度高，可大幅减小设备体积，同时极大地提高生产效率。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，液体在巨大剪切力的作用下被撕裂成微米级的液滴、液沫和液膜，产生出巨大的相间传递面积，极大的强化了气液传质过程。在相同操作条件下，与常用的板式塔相比，传质单元高度可降低1-2个数量级，体积传质系数可提高1-2个数量级，设备体积缩小5-10倍以上。超重力旋转床具有传质强度高，能耗低，持液量小，体积小，节省空间，维修成本低，开停车方便等诸多优点。目前，以超重力旋转床为设备载体得超重力技术已经解决了众多化工过程难题，已经广泛应用在油田注水脱硫、制备纳米材料、烟气脱硫、强化除尘过程等多个领域。
中国专利200720192639.X公开了一种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、转子持液量小的优点。但该旋转床的气液传质速率不高，限制了它在某些工业中的应用。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种增加气体湍动，液体在周向分布均匀，气液传质速率较高，同时压降和转子持液量小的同心双层圈超重力旋转床。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种同心双层圈超重力旋转床，包括一腔体，腔体内设有转子，转子与腔体之间设有动密封，转子的转轴从腔体的底板穿入；所述腔体的底板上设有液体出口管，液体进口管从腔体的上部穿入腔体和转子的中心腔室内，所述腔体的侧面设有气体进口管，腔体的上面板处设有气体出口管，气体出口管连通转子的中心腔室；
其特征在于：所述转子由上圆盘和下圆盘组成，上圆盘和下圆盘之间固定一组同心且直径均匀增加的双层同心圈，双层同心圈由筛孔圈和起鼓孔圈组成，筛孔圈位于起鼓孔圈内部，筛孔圈直径小于起鼓孔圈，起鼓孔圈上开有凸起的起鼓孔，筛孔圈上设有筛孔和不开孔区，筛孔圈上的筛孔与起鼓孔圈上的起鼓孔位置交错，筛孔圈的不开孔区正对起鼓孔圈的起鼓孔。
优选地，所述起鼓孔圈上的起鼓孔向转子中心凸起，形成起鼓孔折边。
优选地，所述起鼓孔圈与筛孔圈相邻间距为转子半径的0.0001~0.5倍。
优选地，所述起鼓孔及筛孔在起鼓孔圈和筛孔圈上呈三角形排布，或呈矩形排布。
优选地，所述液体进口管与转轴同轴安装，液体进口管的上部开口且底部封闭，液体进口管伸入转子中心腔室内的管壁上设有若干出液孔。
腔体底部安装在传动装置的转轴上，转轴上部从底板穿入腔体，二者密封连接，用以驱动同心圈转子沿转轴周向旋转从而产生离心力。
本发明的转子内具有一系列同心且直径各异的由筛孔圈和起鼓孔圈组成的圆形的双层同心圈，起鼓孔圈上的起鼓孔向转子中心凸起，形成起鼓孔折边，这样液体可以在起鼓孔圈上积聚形成一定厚度的液层。筛孔圈上设有多个筛孔，没有筛孔的区域为不开孔区，气体从转子外缘向转子内缘流动，由于筛孔圈上的筛孔与起鼓孔圈上的起鼓孔位置交错，避免气体直线流动，而不开孔区可以引导穿过起鼓孔的气体呈“S”型曲折流动地穿过不开孔区两侧的筛孔，增加气体湍动程度，旋转床气相传质系数得以增大。液体从转子内缘向转子外缘流动，液滴直接落在筛孔圈的不开孔区，形成液膜，然后沿不开孔区两侧的筛孔落在起鼓孔圈上，积聚形成液层，液层的液体翻过凸起的起鼓孔折边，离开起鼓孔圈，液体呈“S”型曲折地穿过筛孔和起鼓孔，保证了液体周向分布均匀，旋转床液相传质系数得以增大，旋转床气液传质效率得以提高。
附图说明
以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
图1是同心双层圈旋转床的结构示意图；
图2旋转床中的气体和液体的流动；
图3是起鼓孔的分布排列方式；
图4是筛孔的分布排列方式；
图5是双层同心圈正视图；
图6是双层同心圈剖视图。
附图标记为：1-转轴，2-腔体，3-液体出口管，4-转子下圆盘，5-筛孔圈，6-起鼓孔圈，7-转子上圆盘，8-液体出口管，9-气体出口管，10-转子，11-气体出口管，12-出液孔，13-起鼓孔，14-筛孔，15-不开孔区，16-液滴，17-液层，18-液膜，19-气体（从转子外缘向转子内缘流动），20-液体（从转子内缘向转子外缘流动），21-双层同心圈，22-起鼓孔折边。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述的同心双层圈旋转床，包括一腔体2，腔体2内设有转子10，转子10与腔体2之间设有动密封。转子10的转轴1从腔体2的底板穿入腔体2，转轴与腔体密封连接，用以驱动转子10沿转轴1周向旋转从而产生离心力。
腔体2的侧面设有气体进口管11，腔体2上面板设置有气体出口管9，气体出口管9连通转子10的中心腔室；腔体2的底板上设有液体出口管3，液体进口管8从腔体2的上部穿入腔体2和转子10的中心腔室，液体进口管8与转子的转轴1同轴安装，液体进口管8上部开口、下部封闭，且液体进口管8伸入转子10中心腔室部分的管壁设有出液孔12。
转子10包括转子下圆盘4和转子上圆盘7，转子下圆盘4与传子上圆盘7之间固定一组同心且直径各异的由筛孔圈5和起鼓孔圈6组成的圆形的双层同心圈21，筛孔圈5位于起鼓孔圈6内部，筛孔圈5直径小于起鼓孔圈6。起鼓孔圈6上开有凸起的起鼓孔13，筛孔圈上开有筛孔14，筛孔圈5的筛孔位置与起鼓孔圈6的起鼓孔位置交错，筛孔圈5上没有筛孔的区域为不开孔区15，不开孔区15正对起鼓孔圈6的起鼓孔13，起鼓孔圈6的起鼓孔13向转子中心凸起，形成起鼓孔折边22，这样液体可以在起鼓孔圈6上积聚形成一定厚度的液层17。起鼓孔13及筛孔14在起鼓孔圈和筛孔圈上呈正三角形排布，也可呈矩形排布，且起鼓孔13和筛孔14为交错式分布。
该实施例的工作过程：气体从气体进口管11切向进入腔体，进而进入双层同心圈转子10，在双层同心圈21的旋转带动下，气体作周向运动。同时气体在压差作用下在转子10内作径向流动，气体从转子外缘向转子内缘流动，由于筛孔圈5的筛孔位置与起鼓孔圈6的起鼓孔位置交错，所以气体从起鼓孔圈6的起鼓孔穿入后，呈“S”型曲折地穿过筛孔圈5不开孔区15两侧的筛孔，气体湍动加剧，气相传质系数得以提高，最后通过气体出口管9排出。
液体从液体进口管8的出液孔12喷出后进入转子10，在离心力的作用下被甩出，液体从转子内缘向转子外缘流动，液滴16直接落在筛孔圈5的不开孔区15，形成液膜18，然后穿过筛孔圈5上的筛孔14落在起鼓孔圈6上，液体经过一层同心圈时先在起鼓孔圈6上积聚形成液层17，起鼓孔13引导液体周向分布均匀后翻过起鼓孔折边22穿过起鼓孔13离开起鼓孔圈6，液体呈“S”型曲折地穿过筛孔圈5上的筛孔14，然后落在下一层起鼓孔圈6上。液体在穿过起鼓孔圈6上的起鼓孔13和筛孔圈5上的筛孔14时和气体密集接触，发生传质和传热，最后从液体出口管8排出。
实施例2
以乙醇-水为物系，在超重力旋转床转速为1300r/min下，采用内径为400mm，外径为1000mm，高为100mm的仅有筛孔圈的同心圈转子和实施例1的双层同心圈转子，进行全回流常压精馏实验。理论塔板数可达到每米3.6~5.3块，双层同心圈转子的理论塔板数比仅有筛孔圈的同心圈转子提高20~25%，这说明双层同心圈超重力旋转床传质效率优于仅有筛孔圈的同心圈超重力旋转床，因而具有广阔的应用前景。
本说明书实施例所述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包括本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种同心双层圈超重力旋转床，包括一腔体，腔体内设有转子，转子与腔体之间设有动密封，转子的转轴从腔体的底板穿入；所述腔体的底板上设有液体出口管，液体进口管从腔体的上部穿入腔体和转子的中心腔室内，所述腔体的侧面设有气体进口管，腔体的上面板处设有气体出口管，气体出口管连通转子的中心腔室；
其特征在于：所述转子由上圆盘和下圆盘组成，上圆盘和下圆盘之间固定一组同心且直径均匀增加的双层同心圈，双层同心圈由筛孔圈和起鼓孔圈组成，筛孔圈位于起鼓孔圈内部，筛孔圈直径小于起鼓孔圈，起鼓孔圈上开有凸起的起鼓孔，筛孔圈上设有筛孔和不开孔区，筛孔圈上的筛孔与起鼓孔圈上的起鼓孔位置交错，筛孔圈的不开孔区正对起鼓孔圈的起鼓孔。
2.如权利要求1所述的一种同心双层圈超重力旋转床，其特征在于：所述起鼓孔圈上的起鼓孔向转子中心凸起，形成起鼓孔折边。
3.如权利要求1所述的一种同心双层圈超重力旋转床，其特征在于：所述起鼓孔圈与筛孔圈相邻间距为转子半径的0.0001~0.5倍。
4.如权利要求1所述的一种同心双层圈超重力旋转床，其特征在于：所述起鼓孔及筛孔在起鼓孔圈和筛孔圈上呈三角形排布，或呈矩形排布。
5.如权利要求1所述的一种同心双层圈超重力旋转床，其特征在于：所述液体进口管与转轴同轴安装，液体进口管的上部开口且底部封闭，液体进口管伸入转子中心腔室内的管壁上设有若干出液孔。
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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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