CN114130051A - 一种浮阀传质元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气‑液传质分离设备技术领域，公开了一种浮阀传质元件，包括筛孔板、阀片以及设置于阀片下部的阀腿，还包括传动装置和叶轮，所述叶轮设置于阀片的下方，所述阀片设置于筛孔板的下方，所述传动装置分别与叶轮以及筛孔板连接，所述传动装置用于将叶轮的转动能转换成筛孔板的垂直方向的脉动。本发明的有益效果为：筛孔板在一定范围内进行垂直方向的脉动，对浮阀周围的气泡产生连续性扰动撞击，使得气泡破碎生成大量小气泡，从而提高气液相界面积和传质效率。

Description

一种浮阀传质元件

技术领域

本发明涉及一种浮阀传质元件，具体为一种气流驱动筛板脉动的浮阀传质元件，属于气-液传质分离设备技术领域。

背景技术

塔设备结构简单，分离效率高，是气液和液液之间进行传质与传热的重要设备，广泛应用于化工、炼油、制药等工业中，涉及精馏、吸收、萃取等化工单元操作。

精馏是现代化工企业应用最为广泛的技术，但在应用中仍然避免不了分离能耗过高等问题，针对精馏过程的节能研究一直备受关注。强化浮阀塔板传质效率是精馏过程强化的重要途径，对降低化工过程能耗具有重要意义。

目前工业上常用的浮阀主要从塔板上流体力学角度考虑，通过对阀体的设计与改进，减少液相返混程度、减少液体滞留区、降低塔板压降、消除塔板上液体滞留现象、提高传质性能、增加塔板处理能力效率等，而很少关注浮阀结构对气泡生成以及尺寸大小的影响。其在正常工作时，浮阀被气相顶起升到一定的高度后，浮阀腿钩住塔盘从而固定住浮阀，气相通过浮阀的侧面进入液相与液相相接触进行传质，形成初始气泡，初始气泡经过湍流的碰撞破碎，形成小气泡，但在精馏过程中，气相速度很快，在液相中无法长时间停留，因此初始气泡经湍流破碎成小气泡的效率较低，无法形成大量的小气泡，从而降低了气液相界面积，降低传质效率。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种浮阀传质元件，叶轮的转动带动筛孔板进行往复脉动，对通过浮阀的大气泡产生连续性的扰动，使其破碎生成数量更为密集的小气泡，从而提高气液相界面积和传质效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种浮阀传质元件，包括筛孔板、阀片以及设置于阀片下部的阀腿，还包括传动装置和叶轮，所述叶轮设置于阀片的下方，所述阀片设置于筛孔板的下方，所述传动装置分别与叶轮以及筛孔板连接，所述传动装置用于将叶轮的转动能转换成筛孔板的垂直方向的脉动。

进一步地，所述筛孔板的轮廓形状为圆形或方形，上面开有直径为1～10mm的圆孔，开孔率为10%～60%；当轮廓形状为圆形时，直径为50～100mm；优选筛孔板轮廓状为圆形，直径为92mm，上面开设的圆孔直径为3mm，开孔率为30%。

进一步地，所述传动装置包括传动杆、轴承以及相匹配咬合的主冠状齿轮和副冠状齿轮，所述阀片中心开设置有容纳轴承的通孔，所述轴承的外圈固定在阀片的通孔内，所述传动杆一端与叶轮连接，另一端穿过轴承与主冠状齿轮连接，所述主冠状齿轮的上方设置有副冠状齿轮，所述副冠状齿轮与筛孔板连接，传动杆与轴承的内圈固定连接，叶轮的转动通过传动杆带动主冠状齿轮水平方向转动，主冠状齿轮水平方向转动带动副冠状齿轮垂直方向的上下往复运动，副冠状齿轮的上下往复运动带动筛孔板在垂直方向的脉动。

进一步地，所述主冠状齿轮的底部设置有支架，所述支架上阵列设置有第一保持槽，所述第一保持槽内设置有第一滚珠，为了减小主冠状齿轮转动时的摩擦力，在支架上设置了相匹配的第一保持槽和第一滚珠，这样第一滚珠代替主冠状齿轮与阀片的上表面接触，大大的减小了接触摩擦力，从而保证主冠状齿轮的高效转动。

进一步地，所述主冠状齿轮和副冠状齿轮的冠齿处阵列且相对应设置有第二保持槽，所述第二保持槽内设置有第二滚珠；同理在主冠状齿轮和副冠状齿轮的冠齿处皆设置有第二保持槽和第二滚珠，是为了减小两者相咬合传动时的摩擦力，从而保证副冠状齿轮能够高效的上下往复运动。

进一步地，还包括风管，所述风管设置于阀片的下方并与阀片相连接，所述风管用于围住叶轮，叶轮设置于风管的内部，风管的设置是为了保障进气量，提高叶轮的转动效率。

进一步地，所述传动装置还包括限位杆，所述限位杆一端与阀片连接，另一端穿出筛孔板，筛孔板上阵列开设有N个限位孔，优选限位孔为3个，并在筛孔板上呈120°分布；限位孔与限位杆为相匹配设置，限位杆的设置用于在筛孔板在垂直方向脉动时其导向和限位的作用。

进一步地，所述主冠状齿轮和副冠状齿轮的冠齿高度为1mm～15mm；冠齿高度决定了筛孔板的脉动幅度，可通过更换不同冠齿高度的冠状齿轮，从而调节筛孔板的脉动幅度。

进一步地，所述筛孔板的脉动频率为1Hz～30Hz，筛孔板的脉动幅度为6～10mm，优选脉动频率为5～12Hz。

进一步地，所述副冠状齿轮的底部和筛孔板固定连接。

进一步地，所述阀腿有N个。

与现有技术相比，本发明提供了一种筛板脉动的浮阀传质元件，具备以下有益效果：

（1）本发明的浮阀传质元件通过气流驱动叶轮转动，通过机械传动使得筛孔板在一定幅度范围内进行垂直方向的往复脉动，使得浮阀上方形成气液耦合脉动现象，从而对浮阀上方的大气泡产生连续性的扰动，通过连续性的撞击使得大气泡破碎生成大量直径较小的气泡，使得气液相界面积提高，从而提高了传质效率。

（2）本发明的浮阀传质元件在原有F1型浮阀上进行改进，安装方便，通过进塔气流即可驱动，节能环保，脉动浮阀的脉动频率与气速成正比。

（3）本发明的浮阀传质元件可通过更换冠状齿轮从而调节脉动的幅度，从而适应不同的工况，保障传质效率。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的仰视结构立体示意图；

图3为图1中A处的局部放大立体图；

图4为本发明中主冠状齿轮6的结构立体示意图；

图5为本发明中主冠状齿轮6的仰视结构示意图；

图6为本发明中主冠状齿轮6与副冠状齿轮13相咬合的结构示意图；

图7为本发明中筛孔板4的结构示意图。

图中附图标记的含义为：1-阀片，2-阀腿，3-叶轮，4-筛孔板，5-圆孔，6-主冠状齿轮，7-支架，8-第一滚珠，9-第二滚珠，10-第二保持槽，11-限位杆，12-轴承，13-副冠状齿轮，14-传动杆，15-轴承外圈，16-轴承内圈，17-通孔，18-第一保持槽，19-限位孔，20-冠齿，21-风管。

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。

如图1至图3所示，本发明的浮阀传质元件，包括筛孔板4、阀片1以及设置于阀片1下部的阀腿2，还包括传动装置和叶轮3，叶轮3设置于阀片1的下方，阀片1设置于筛孔板4的下方，传动装置分别与叶轮3以及筛孔板4连接，传动装置用于将叶轮3的转动能转换成筛孔板4的垂直方向的脉动。

如图7所示，在本实施例的一种具体实施方式中，筛孔板4的轮廓形状为圆形或方形，上面开有直径为1～10mm的圆孔，开孔率为10%～60%；当轮廓形状为圆形时，直径为50～100mm；优选筛孔板4轮廓状为圆形，直径为92mm，上面开设的圆孔直径为3mm，开孔率为30%。

如图1至图3所示，在本实施例的一种具体实施方式中，传动装置包括传动杆14、轴承12以及相匹配咬合的主冠状齿轮6和副冠状齿轮13，阀片1的中心开设置有容纳轴承12的通孔，轴承12的轴承外圈15固定在阀片1的通孔内，传动杆14的一端与叶轮3连接，另一端穿过轴承12与主冠状齿轮6连接，主冠状齿轮6的上方设置有副冠状齿轮13，副冠状齿轮13与筛孔板4连接，传动杆14与轴承12的轴承内圈16固定连接，叶轮3的转动通过传动杆14带动主冠状齿轮6的水平方向转动，主冠状齿轮6的水平方向转动带动副冠状齿轮13垂直方向的上下往复运动，副冠状齿轮13的上下往复运动带动筛孔板4在垂直方向的脉动。

如图5和图6所示，在本实施例的一种具体实施方式中，主冠状齿轮6的底部设置有支架7，支架7上阵列设置有第一保持槽18，第一保持槽18内设置有第一滚珠8，为了防止主冠状齿轮6与阀片1直接接触，设置支架7与阀片1的上表面接触，为了减小主冠状齿轮6转动时的摩擦力，在支架7上设置了相匹配的第一保持槽18和第一滚珠8，这样第一滚珠8代替主冠状齿轮6与阀片1的上表面接触，大大的减小了接触摩擦力，从而保证主冠状齿轮6的高效转动。

如图4和图6所示，在本实施例的一种具体实施方式中，主冠状齿轮6和副冠状齿轮13的冠齿20处阵列且相对应设置有第二保持槽10，第二保持槽10内设置有第二滚珠9；同理，在主冠状齿轮6和副冠状齿轮13的冠齿20处皆设置有第二保持槽10和第二滚珠9，是为了减小两者相咬合传动时的摩擦力，从而保证副冠状齿轮13能够高效的上下往复运动。

如图2所示，在本实施例的一种具体实施方式中，还包括风管21，风管21设置于阀片1的下方并与阀片1相连接，风管21用于围住叶轮3，叶轮3设置于风管21的内部，风管21的设置是为了保障叶轮3的转动效率。

如图1和图3所示，在本实施例的一种具体实施方式中，传动装置还包括限位杆11，限位杆11一端与阀片1连接，另一端穿出筛孔板4；筛孔板4上阵列开置有N个限位孔19，优选限位孔19为3个，并在筛孔板4上呈120°分布；限位孔19与限位杆11为相匹配设置，限位杆11的设置用于在筛孔板4在垂直方向脉动时其导向和限位的作用。

如图4和图6所示，在本实施例的一种具体实施方式中，主冠状齿轮6和副冠状齿轮13的冠齿高度为1mm～15mm；冠齿高度决定了筛孔板4的脉动幅度，可通过更换不同冠齿高度的冠状齿轮，从而调节筛孔板4的脉动幅度。

在本实施例的一种具体实施方式中，筛孔板4的脉动频率为1Hz～30Hz，筛孔板4的脉动幅度为6～10mm，优选脉动频率为5～12Hz。

在本实施例的一种具体实施方式中，副冠状齿轮13的底部和筛孔板4固定连接。

在本实施例的一种具体实施方式中，阀腿2有N个。

本发明的工作原理：本发明安装于塔板上，进塔气流使得叶轮3水平旋转，叶轮3旋转带动传动杆14与主冠状齿轮6进行水平方向的旋转，主冠状齿轮6水平旋转使得副冠状齿轮13和筛孔板4进行垂直方向的往复脉动，筛孔板4往复脉动过程中，因限位杆11的限位作用从而始终进行垂直方向的直线往复脉动，避免了筛孔板4在往复脉动过程中出现倾斜，从而提高了筛孔板4的脉动精度和稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种浮阀传质元件，包括筛孔板、阀片以及设置于阀片下部的阀腿，其特征在于：还包括传动装置和叶轮，所述叶轮设置于阀片的下方，所述阀片设置于筛孔板的下方，所述传动装置分别与叶轮以及筛孔板连接，所述传动装置用于将叶轮的转动能转换成筛孔板的垂直方向的脉动。

2.根据权利要求1所述的一种浮阀传质元件，其特征在于：所述筛孔板的轮廓形状为圆形或方形，上面开有直径为1～10mm的圆孔，开孔率为10%～60%。

3.根据权利要求1所述的一种浮阀传质元件，其特征在于：所述传动装置包括传动杆、轴承以及相匹配咬合的主冠状齿轮和副冠状齿轮，所述阀片中心开设置有容纳轴承的通孔，所述轴承的外圈固定在阀片的通孔内，所述传动杆一端与叶轮连接，另一端穿过轴承与主冠状齿轮连接，所述主冠状齿轮的上方设置有副冠状齿轮，所述副冠状齿轮与筛孔板连接。

4.根据权利要求3所述的一种浮阀传质元件，其特征在于：所述主冠状齿轮的底部设置有支架，所述支架上阵列设置有第一保持槽，所述第一保持槽内设置有第一滚珠。

5.根据权利要求3所述的一种浮阀传质元件，其特征在于：所述主冠状齿轮和副冠状齿轮的冠齿处阵列且相对应设置有第二保持槽，所述第二保持槽内设置有第二滚珠。

6.根据权利要求3所述的一种浮阀传质元件，其特征在于：还包括风管，所述风管设置于阀片的下方并与阀片相连接，所述风管用于围住叶轮。

7.根据权利要求3所述的一种浮阀传质元件，其特征在于：所述传动装置还包括限位杆，所述限位杆一端与阀片连接，另一端穿出筛孔板。

8.根据权利要求3所述的一种浮阀传质元件，其特征在于：所述主冠状齿轮和副冠状齿轮的冠齿高度为1mm～15mm。

9.根据权利要求3所述的一种浮阀传质元件，其特征在于：所述筛孔板的脉动频率为1Hz～30Hz，筛孔板的脉动幅度为6～10mm。

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