CN114682159B - 一种液体自增速的多级超重力装置及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液体自增速的多级超重力装置，包括壳体、电机、转轴、多级气体通道、多级导流板、多级液体储槽、多级密封圈、多级螺旋增速叶轮、多级液体分布器、多级填料、回流液进口、气体出口、液体出口和加热盘管；本发明通过内构件设计实现液体在液体分布器内加速，实现液体在填料轴向上的分布均匀，提高了多级超重力装置的气液接触效率；同时节约了设备投资成本，使设备更加简化。

Description

一种液体自增速的多级超重力装置及应用
技术领域
本发明涉及一种超重力通道旋转床及其应用。更具体地，涉及一种液体自增速的多级超重力装置及应用。
背景技术
超重力旋转填料床利用高速旋转的转子形成远大于重力的离心力场，进入转子的液体在强大离心力作用下被分散破碎，形成细小的液滴、液丝和液膜。液体高分散和高湍动，导致气液界面极速更新，并且液体与气体以极大的相对速度在转子填料中逆向接触，极大强化传质过程。超重力旋转填料床的传质系数比传统塔器提高1～2个数量级，可将塔器体积缩小10倍以上。
目前，在多级超重力装置工业应用中，由于回流量较小，存在液体在填料顶部和填料底部分布不均问题。因此如何提高液体流量，提高液体在液体分布器上中下开口的分布均匀性是学术研究人员和生产厂家亟待解决的问题。
中国专利CN 102247706 B公开了一种具有调控轴向液体分布的超重力旋转床装置，通过导流管式液体分布器、点面式液体分布器、对开圆筒式液体再分布器和三角锥形环等内构件调控液体实现在轴向上的均匀分布。但该装置无法实现液体加速，在工业应用中始终存在液体在液体分布器上端和下端流速不均匀的情况，使得液体在填料上段和下段分布不均匀。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种液体自增速的多级超重力装置。该超重力装置可有效实现液体在液体分布器内增速，强化液体在填料内轴向分布均匀。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种液体自增速的多级超重力装置的应用。
为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种液体自增速的多级超重力装置，包括：壳体、电机、转轴、多级气体通道、多级导流板、多级液体储槽、多级密封圈、多级螺旋增速叶轮、多级液体分布器、多级填料、回流液进口、气体出口、液体出口和加热盘管；
设置在电机输出端的转轴穿过壳体顶部中心延伸到壳体内；
所述多级气体通道至少包括第一级气体通道和第二级气体通道；
所述多级导流板至少包括第一级导流板和第二级导流板；
所述多级液体储槽至少包括第一级液体储槽和第二级液体储槽；
所述多级密封圈至少包括第一级密封圈和第二级密封圈；
所述多级螺旋增速叶轮至少包括第一级螺旋增速叶轮和第二级螺旋增速叶轮；
所述多级液体分布器至少包括第一级液体分布器和第二级液体分布器；
所述多级填料至少包括第一级填料和第二级填料；
所述第一级液体储槽环绕设置在转轴上端外侧，该第一级液体储槽下部收口与第一级液体分布器相通；所述第一级液体分布器上设有喷孔，该喷孔正对第一级填料；所述第一级填料的外侧壁和壳体内壁之间通过第一级密封圈密封；所述第一级导流板自壳体内壁上向下倾斜延伸至第一级液体储槽开口上方；所述第一级螺旋增速叶轮向下倾斜设置在第一级液体储槽内并固定在转轴上；所述第一级导流板上设有连通第一级导流板上下部空间的第一级气体通道；
所述第二级液体储槽环绕设置在转轴外侧，该第二级液体储槽下部收口与第二级液体分布器相通；所述第二级液体分布器上设有喷孔，该喷孔正对第二级填料；所述第二级填料的外侧壁和壳体内壁之间通过第二级密封圈密封；所述第二级导流板自壳体内壁上向下倾斜延伸至第二级液体储槽开口上方；所述第二级螺旋增速叶轮向下倾斜设置在第二级液体储槽内并固定在转轴上；所述第二级导流板上设有连通第二级导流板上下部空间的第二级气体通道；
所述壳体的顶部设有气体出口和回流液进口；
所述壳体的底部设有为壳体底部内液体加热的加热盘管。
作为技术方案的进一步改进，所述第一级导流板的内侧边沿弯折延伸至第一液体储槽开口内部。
优先地，所述壳体侧壁上设有进料口，该进料口出口在导流板上方。
优先地，所述壳体的下部还设有气体进口。
优先地，所述液体自增速的多级超重力装置级数为2-6级；更优先地，为2-4级。
优先地，所述液体自增速的多级超重力装置的内部导流板向下呈10°-25°倾斜设置。
优先地，所述液体自增速的多级超重力装置的螺旋增速叶轮底部外缘与液体储槽内部间距5-10cm；更优先地，为7-8cm。
优先地，所述液体自增速的多级超重力装置的液体分布器与填料间距为2-5cm；更优先地，间距为2-3cm。
优先地，所述液体自增速的多级超重力装置的液体分布器开口为2-4个。
优先地，所述液体自增速的多级超重力装置的螺旋增速叶轮向下呈10°-25°倾斜设置；更优先地，呈15°-20°设置。
优先地，所述多级填料为孔板波纹规整填料、泡沫金属填料、金属丝网填料或球形颗粒填料。
为解决上述第二个技术问题，一种液体自增速的多级超重力装置的应用，所述应用包括：强化气液精馏/吸收体系、液液反应及气液固催化反应。
优选地，所述多级超重力装置在强化气液精馏/吸收体系上的应用，包括如下步骤：
S11、原料由第一进料口或第二进料口进入超重力装置，开启超重力装置，打开加热盘管加热物料，打开塔顶冷凝器，关闭回流；
S12、待塔顶冷凝罐出现一定液位时，打开回流，回流液自液体储罐由液体口进入超重力装置维持全回流状态；
S13、在塔顶物料和塔釜物料合格后，打开塔顶物料出料口和塔底物料出料口，连续通入原料，连续采出料。
优选地，所述多级超重力装置在强化液液反应体系上的应用，包括如下步骤：
S21、开启超重力装置，反应物料由第一进料口或第二进料口进入超重力装置；
S22、反应物料经过多级超重力装置强化后，由液体出口采出。
优选地，所述多级超重力装置在强化气液固催化反应体系上的应用，包括如下步骤：
S31、在填料中装填催化剂颗粒；
S32、开启超重力装置，气体物料由气体进口采入；
S33、液体物料由第一进料口或第二进料口进入超重力装置；
S34、反应物料经过多级超重力装置强化后，由液体出口采出。
优先地，所述超重力装置转速为100-2800r/min；更优先地，超重力装置转速为300-1600r/min。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
本发明的有益效果如下：
1)本发明通过螺旋增速叶轮和内部导流板角度设置实现液体在液体分布器内加速，实现液体在填料轴向分布均匀。
2)本发明设置多孔圆筒式液体再分布器，使得液体均匀地喷淋在填料表面。
3)本发明的液体自增速的多级超重力装置，通过将液体处理为液膜、液线、液滴等流体微元，增大气液/液液有效传质比表面积，强化传质，设备体积减小，操作更方便。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明
图1为本发明超重力装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1中多级超重力装置应用流程示意图。
图3为本发明实施例2中多级超重力装置应用流程示意图。
图4为本发明实施例3中多级超重力装置应用流程示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，作为本发明的一个方面，本发明一种液体自增速的多级超重力装置，包括：壳体1、电机2、转轴10、多级气体通道、多级导流板、多级液体储槽、多级密封圈、多级螺旋增速叶轮、多级液体分布器、多级填料、回流液进口11、气体出口12、液体出口14、加热盘管15、第一进料口16和第二进料口17；
设置在电机2输出端的转轴10穿过壳体1顶部中心延伸到壳体1内部；
所述多级气体通道包括第一级气体通道31、第二级气体通道32和第三级气体通道33；可以理解，本发明的术语“多级超重力装置”优选2-6级，更优选3-4级；为描述方便，本实施例以3级为示例进行说明；
所述多级导流板包括第一级导流板41、第二级导流板42和第三级导流板43；
所述多级液体储槽包括第一级液体储槽51、第二级液体储槽52和第三级液体储槽53；
所述多级密封圈包括第一级密封圈61、第二级密封圈62和第三级密封圈63；
所述多级螺旋增速叶轮包括第一级螺旋增速叶轮71、第二级螺旋增速叶轮72和第三级螺旋增速叶轮73；
所述多级液体分布器包括第一级液体分布器81、第二级液体分布器82和第三级液体分布器83；
所述多级填料包括第一级填料91、第二级填料92和第三级填料93；
所述第一级液体储槽51环绕设置在转轴10上部外侧，该第一级液体储槽51下部收口与第一级液体分布器81相通；所述第一级液体分布器81上设有喷孔，该喷孔正对第一级填料91；所述第一级填料91的外侧壁和壳体1内壁之间通过第一级密封圈61密封；所述第一级导流板41自壳体1内壁上向下倾斜延伸至第一级液体储槽51开口上方；所述第一级螺旋增速叶轮71向下倾斜设置在第一级液体储槽51内并固定在转轴10上；所述第一级导流板41上设有连通第一级导流板上下部空间的第一级气体通道31；
所述第二级液体储槽52环绕设置在转轴10中部外侧，该第二级液体储槽52下部收口与第二级液体分布器82相通；所述第二级液体分布器82上设有喷孔，该喷孔正对第二级填料92；所述第二级填料92的外侧壁和壳体1内壁之间通过第二级密封圈62密封；所述第二级导流板42自壳体1内壁上向下倾斜延伸至第二液体储槽52开口上方；所述第二级螺旋增速叶轮72向下倾斜设置在第二级液体储槽52内并固定在转轴10上；所述第二级导流板42上设有连通第二级导流板上下部空间的第二级气体通道32；
所述第三级液体储槽53环绕设置在转轴10下端外侧，该第三级液体储槽53下部收口与第三级液体分布器83相通；所述第三级液体分布器83上设有喷孔，该喷孔正对第三级填料93；所述第三级填料93的外侧壁和壳体1内壁之间通过第三级密封圈63密封；所述第三级导流板43自壳体1内壁上向下倾斜延伸至第三液体储槽53开口上方；所述第三级螺旋增速叶轮73向下倾斜设置在第三液体储槽53内并固定在转轴10上；所述第三级导流板43上设有连通第三级导流板上下部空间的第三级气体通道33；
所述壳体1侧壁上设有第一进料口16，该进料口出口在第三级导流板43上方；
所述壳体1侧壁上还设有第二进料口17，该进料口出口在第二级导流板42上方；
所述壳体1的顶部设有气体出口12和回流液进口11；
所述壳体1的底部设有为壳体底部内液体加热的加热盘管15。
在本发明的某些实施例中，所述第一级导流板41的内侧边沿弯折延伸至第一液体储槽51开口内部。
在本发明的某些实施例中，所述壳体1的下部还设有气体进口13。
在本发明的某些实施例中，所述第一级导流板41、第二级导流板42和第三级导流板43向下呈10°-25°倾斜设置。
在本发明的某些实施例中，所述螺旋增速叶轮71、72、73底部外缘与对应液体储槽51、52、53内部间距5-10cm；更优先地，为7-8cm。
在本发明的某些实施例中，所述液体分布器81、82、83与对应填料91、92、93间距为2-5cm；更优先地，间距为2-3cm。
在本发明的某些实施例中，所述液体分布器81、82、83上的喷孔为2-4个。
在本发明的某些实施例中，所述螺旋增速叶轮71、72、73向下呈10°-25°倾斜设置；更优先地，呈15°-20°设置。
在本发明的某些实施例中，所述多级填料为孔板波纹规整填料、泡沫金属填料、金属丝网填料或球形颗粒填料。
作为本发明的另一方面，本发明一种液体自增速的多级超重力装置的应用，所述应用包括：强化气液精馏/吸收体系、液液反应及气液固催化反应。
在本发明的某些实施例中，所述多级超重力装置在强化气液精馏/吸收体系上的应用，包括如下步骤：
S11、原料由第一进料口或第二进料口进入超重力装置，开启超重力装置，打开加热盘管加热物料，打开塔顶冷凝器，关闭回流；
S12、待塔顶冷凝罐出现一定液位时，打开回流，回流液自液体储罐由液体口进入超重力装置维持全回流状态；
S13、在塔顶物料和塔釜物料合格后，打开塔顶物料出料口和塔底物料出料口，连续通入原料，连续采出料。
在本发明的某些实施例中，所述多级超重力装置在强化液液反应体系上的应用，包括如下步骤：
S21、开启超重力装置，反应物料由第一进料口或第二进料口进入超重力装置；
S22、反应物料经过多级超重力装置强化后，由液体出口采出。
在本发明的某些实施例中，所述多级超重力装置在强化气液固催化反应体系上的应用，包括如下步骤：
S31、在填料中装填催化剂颗粒；
S32、开启超重力装置，气体物料由气体进口采入；
S33、液体物料由第一进料口或第二进料口进入超重力装置；
S34、反应物料经过多级超重力装置强化后，由液体出口采出。
在本发明的某些实施例中，所述超重力装置转速为100-2800r/min；更优先地，超重力装置转速为300-1600r/min。
实施例1
参见图2所示，本发明一种液体自增速的多级超重力装置应用于乙烯-乙烷体系精馏分离乙烯和乙烷，步骤如下：
S1：原料由一级进料口16进入超重力装置，开启超重力装置，打开塔釜再沸器加热物料，打开塔顶冷凝器18，关闭回流；
S12：待塔顶冷凝罐19出现60％液位时，打开回流，液体自塔顶冷凝罐19由回流液进口11进入超重力装置维持全回流状态；
S13：在塔顶物料和塔釜物料组成稳定后，打开塔顶物料出料口和塔底物料出料口，在二级进料口连续通入原料，连续采出料；
步骤S11中，原料为饱和液体，乙烯含量为65mol.％，其余为乙烷；
步骤S11中，超重力转速为1000r/min。
具体应用中，超重力多级精馏装置在添加液体增速的内构件之后，液体在填料内部的分散更加均匀，气液之间的接触更加充分，塔顶乙烯含量>99mol.％，塔底乙烯含量<1mol.％。
实施例2
参见图3所示，本发明一种液体自增速的多级超重力装置应用于碳四烷烃和碳四烯烃烷基化反应制备异辛烷，步骤如下：
S21：将液体出口通过管道连接循环泵20，再通过管道连接到回流液进口11；
S22：开启超重力装置，反应物料由回流液进口11进入超重力装置；
S23：反应物料经过多级超重力装置强化反应后，经循环泵20循环进入超重力装置，合格的液体产品自液体出口14采出。
步骤S23中，反应时间为10-30min。
具体应用中，多级超重力精馏在添加液体增速的内构件之后，液体之间的混合更加均匀，反应更加充分，所生成汽油的辛烷值更好。
实施例3
参见图4所示，本发明一种液体自增速的多级超重力装置应用于α-甲基苯乙烯加氢反应，步骤如下：
S31：在填料中装填催化剂颗粒；
S32：开启超重力装置，气体物料由气体进口13采入；
S33：液体物料由一级进料口16或二级进料口17进入超重力装置；液体出口14通过管道连接循环泵20，再通过管道连接到回流液进口11，循环反应；
S34：反应物料经过多级超重力装置强化后，由液体出口采出。
具体应用中，本发明气液固之间的接触更加充分，α-甲基苯乙烯加氢转化率提高45％，明显提升。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种液体自增速的多级超重力装置，其特征在于：包括壳体、电机、转轴、多级气体通道、多级导流板、多级液体储槽、多级密封圈、多级螺旋增速叶轮、多级液体分布器、多级填料、回流液进口、气体出口、液体出口和加热盘管；
设置在电机输出端的转轴穿过壳体顶部中心延伸到壳体内；
所述多级气体通道至少包括第一级气体通道和第二级气体通道；
所述多级导流板至少包括第一级导流板和第二级导流板；
所述多级液体储槽至少包括第一级液体储槽和第二级液体储槽；
所述多级密封圈至少包括第一级密封圈和第二级密封圈；
所述多级螺旋增速叶轮至少包括第一级螺旋增速叶轮和第二级螺旋增速叶轮；
所述多级液体分布器至少包括第一级液体分布器和第二级液体分布器；
所述多级填料至少包括第一级填料和第二级填料；
所述第一级液体储槽环绕设置在转轴上端外侧，该第一级液体储槽下部收口与第一级液体分布器相通；所述第一级液体分布器上设有喷孔，该喷孔正对第一级填料；所述第一级填料的外侧壁和壳体内壁之间通过第一级密封圈密封；所述第一级导流板自壳体内壁上向下倾斜延伸至第一级液体储槽开口上方；所述第一级螺旋增速叶轮向下倾斜设置在第一级液体储槽内并固定在转轴上；所述第一级导流板上设有连通第一级导流板上下部空间的第一级气体通道；
所述第二级液体储槽环绕设置在转轴外侧，该第二级液体储槽下部收口与第二级液体分布器相通；所述第二级液体分布器上设有喷孔，该喷孔正对第二级填料；所述第二级填料的外侧壁和壳体内壁之间通过第二级密封圈密封；所述第二级导流板自壳体内壁上向下倾斜延伸至第二级液体储槽开口上方；所述第二级螺旋增速叶轮向下倾斜设置在第二级液体储槽内并固定在转轴上；所述第二级导流板上设有连通第二级导流板上下部空间的第二级气体通道；
所述壳体的顶部设有气体出口和回流液进口；
所述壳体的底部设有为壳体底部内液体加热的加热盘管；
所述液体自增速的多级超重力装置的内部导流板向下呈10°-25°倾斜设置；
所述液体自增速的多级超重力装置的螺旋增速叶轮向下呈10°-25°倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的多级超重力装置，其特征在于：所述第一级导流板的内侧边沿弯折延伸至第一液体储槽开口内部。
3.根据权利要求1所述的多级超重力装置，其特征在于：所述壳体侧壁上设有进料口，该进料口的出口在导流板上方；所述壳体的下部还设有气体进口。
4.根据权利要求1所述的多级超重力装置，其特征在于：所述液体自增速的多级超重力装置级数为2-6级。
5.根据权利要求1所述的多级超重力装置，其特征在于：所述液体自增速的多级超重力装置的螺旋增速叶轮底部外缘与液体储槽内部间距5-10 cm；
所述液体自增速的多级超重力装置的液体分布器与填料间距为2-5 cm。
6.根据权利要求1所述的多级超重力装置，其特征在于：所述液体自增速的多级超重力装置的液体分布器开口为2-4个；
所述多级填料为孔板波纹规整填料、泡沫金属填料、金属丝网填料或球形颗粒填料。
7.如权利要求1-6中任一所述多级超重力装置在强化气液精馏/吸收体系上的应用，其特征在于，包括如下步骤：
S11、原料由第一进料口或第二进料口进入超重力装置，开启超重力装置，打开加热盘管加热物料，打开塔顶冷凝器，关闭回流；
S12、待塔顶冷凝罐出现一定液位时，打开回流，回流液自液体储罐由液体口进入超重力装置维持全回流状态；
S13、在塔顶物料和塔釜物料合格后，打开塔顶物料出料口和塔底物料出料口，连续通入原料，连续采出料。
8.如权利要求1-6中任一所述多级超重力装置在强化液液反应体系上的应用，其特征在于，包括如下步骤：
S21、开启超重力装置，反应物料由第一进料口或第二进料口进入超重力装置；
S22、反应物料经过多级超重力装置强化后，由液体出口采出。
9.如权利要求1-6中任一所述多级超重力装置在强化气液固催化反应体系上的应用，其特征在于，包括如下步骤：
S31、在填料中装填催化剂颗粒；
S32、开启超重力装置，气体物料由气体进口采入；
S33、液体物料由第一进料口或第二进料口进入超重力装置；
S34、反应物料经过多级超重力装置强化后，由液体出口采出；
所述超重力装置转速为100-2800 r/min。
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