CN115888448A - 一种输送分散一体式旋转填充床及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输送分散一体式旋转填充床及系统，由输送组件和分散组件组成，输送组件由转动轴以及导入件组成，输送组件通过转动轴带动导入件转动，进而为导入的液体提供推动力，将液体导入至分散组件内，同时分散组件导入分散相流体，在分散组件的作用下将液体与分散相流体充分混合与传质，本发明将输送功能与分散功能一体化，实现反应流程集约化和连续化，有助于提升过程安全化水平。

Description

一种输送分散一体式旋转填充床及系统

技术领域

本申请涉及反应器技术领域，具体涉及一种输送分散一体式旋转填充床及系统。

背景技术

旋转填充床是超重力技术的核心装备，旋转填充床核心是装载填料的转子，在转子内缘液体通过液体分布器形成液柱向填料运动，在填料区液柱经过多孔填料的剪切，液柱破碎为液膜、液线、液滴，气液比表面积大大增加，相界面更新速率得到增强，气液传质大大强化。

在完整的实验流程中，需要配备泵用于液体在旋转填充床与物料罐之间输送，内循环旋转填充床(CN200820122788.3)通过液体提升器将釜底物料输送至转子内缘，使得整体装备一体化和节约化。旋转填充床不仅可以分散液体，将转子浸没在液相中多孔填料可充分分散气体，适用于液体为连续相的体系，可使得气体充分溶解在液相中，提高气液传质效率，进而提高反应效率。

设计一种具有输送功能、可用于分散气体的一体式旋转填充床将大大提高旋转填充床的应用范围，并使得装备一体化和节约化，可方便的用于液体为连续相的传质及反应强化。同时也可用于液液非均相体系，使得作为分散相的液体充分分散至连续相的液体中，在气体溶解、乳液聚合、硝化反应等领域有广阔应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供输送分散一体式旋转填充床及系统，具有输送功能，可不必再在管路中配备泵，同时强化液体为连续相的气液传质反应过程、液液非均相传质反应过程。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一方面，本申请提供一种输送分散一体式旋转填充床，包括：

包括：壳体，以及设于所述壳体内腔的输送组件和分散组件；

所述壳体内部形成一输送腔和一分散腔，所述输送组件置于所述输送腔内，所述分散组件置于所述分散腔内，所述输送腔包括一液体入口；

所述输送组件一转动轴以及导入件，所述转动轴贯穿所述输送组件以及所述分散组件，所述导入件的一端与所述转动轴固定连接，所述导入件在所述转动轴的转动下随之转动，进而为经所述液体入口导入的液体提供推动力，使得液体导入至所述分散组件内；

所述分散组件用于剪切导入其中的液体以及分散相流体，形成所述液体与所述分散相流体的混合流体微元。

优选地，所述导入件包括多个叶片，每相邻两个所述叶片之间形成一液体通道，所述导入件两端倾斜方向相反。

优选地，所述输送组件还包括挡板，所述挡板与所述分散组件固定连接，可将经所述导入件导入的液体导流至所述分散组件内。

优选地，所述分散组件包括垂直于所述转动轴的旋转转盘，所述旋转转盘上设有围绕所述转动轴的切割填料。

10.优选地，所述分散组件还包括：分散相流体入口，以及流体分布器，所述分散相流体入口与所述流体分布器连接，形成一流体通道；

所述流体分布器围绕所述转动轴设置，其上设有多个支管，所述支管朝向所述切割填料设置，其上设有多个开孔。

优选地，围绕所述切割填料的外侧设有多个分散叶片。

优选地，所述分散组件还包括分散挡板，所述分散挡板的一端与所述壳体固定连接。

优选地，所述切割填料表面涂有疏水涂料。

优选地，所述导入件包括一个或多个。

另一方面，本申请提供一种反应系统，包括：如上述所述的输送分散一体式旋转填充床，以及与所述输送分散一体式旋转填充床连接的搅拌釜。

由上述技术方案可知，本发明公开了一种输送分散一体式旋转填充床及系统，由输送组件和分散组件组成，输送组件由转动轴以及导入件组成，输送组件通过转动轴带动导入件转动，进而为导入的液体提供推动力，将液体导入至分散组件内，同时分散组件导入分散相流体，在分散组件的作用下将液体与分散相流体充分混合与传质，本发明将输送功能与分散功能一体化，实现反应流程集约化和连续化，有助于提升过程安全化水平。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例中的输送分散一体式旋转填充床的结构示意图。

图2是本申请实施例中的输送分散一体式旋转填充床反应器与搅拌釜串联联用操作示意图。

图3是本申请实施例中的输送分散一体式旋转填充床反应器与搅拌釜循环联用操作示意图。

附图说明：1、分散相流体入口；2、导入件、3、液体入口；4、挡板；5、切割填料；6、流体分布器；7、分散叶片；8、分散挡板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前，实验中所使用的旋转填充床需要配备泵用于液体在旋转填充床与物料罐之间输送，而内循环旋转填充床需要配备液体提升器将釜底物料输送至转子内缘，使得整体装备一体化和节约化。

基于此，本申请提供一种输送分散一体式旋转填充床的实施例，如图1所示，包括：壳体，以及设于所述壳体内腔的输送组件和分散组件；

所述壳体内部形成一输送腔和一分散腔，所述输送组件置于所述输送腔内，所述分散组件置于所述分散腔内，所述输送腔包括一液体入口3；

所述输送组件一转动轴以及导入件2，所述转动轴贯穿所述输送组件以及所述分散组件，所述导入件2的一端与所述转动轴固定连接，所述导入件2在所述转动轴的转动下随之转动，进而为经所述液体入口3导入的液体提供推动力，使得液体导入至所述分散组件内；

所述分散组件用于剪切导入其中的液体以及分散相流体，形成所述液体与所述分散相流体的混合流体微元。

本发明提供的输送分散一体式旋转填充床，壳体内分为两个空间，即输送腔和分散腔，壳体上设有液体入口3，可导入液体至输送腔，输送腔和分散腔内分别设置输送组件和分散组件，输送组件由转动轴以及导入件2组成，输送组件通过转动轴带动导入件2转动，进而为导入的液体提供推动力，将液体导入至分散组件内，同时分散组件导入分散相流体，在分散组件的作用下将液体与分散相流体充分混合与传质，本发明将输送功能与分散功能一体化，实现反应流程集约化和连续化，有助于提升过程安全化水平。

在一些具体的实施例中，结合图1所示，所述导入件2包括多个叶片，每相邻两个所述叶片之间形成一液体通道，所述导入件2两端倾斜方向相反。

在本实施例中，导入件2包括多个叶片，叶片环绕转动轴，与转动轴固定连接，每两个叶片之间形成可供液体通过的通道，进而液体流向分散组件，每个叶片倾斜设置，叶片两端倾斜方向相反，倾斜角度为锐角，叶片随转动轴转动时，会产生离心力；液体入口3连接液体管路，在一些具体的实施方式中，液体入口3优先与转动轴同轴设置，导入件2可以设置多个，提高液体的吸入力。

当叶片高速转动时，使得流经叶片的连续相液体，会在叶片转动产生的离心力下，从中心向四周运动，进而输送腔内在靠近转动轴附近的区域会形成一个低压区域，进而将液体管路内的液体吸入输送腔内，输送腔与分散腔之间连通，液体经过导入件2静压能得到提高，之后沿着挡板流向分散级。

为了便于液体自输送腔流向分散组件，在一些具体的实施例中，结合图1所示，所述输送组件还包括挡板4，所述挡板4与所述分散组件固定连接，可将经所述导入件2导入的液体导流至所述分散组件内。

挡板4设于导入件2与分散组件之间，其与旋转填充床壳体固定连接，液体经导入件2吸入输送腔后，流至挡板4上，再经挡板4流至分散组件内，在一些具体的实施方式中，可在挡板上4设多个开孔，便于液体导流。

在一些其他的实施例中，所述分散组件包括垂直于所述转动轴的旋转转盘，所述旋转转盘上设有围绕所述转动轴的切割填料5。导入件2与分散组件为同轴设置，由同一电机驱动，切割填料5表面涂有疏水涂料，能够有效的防止液体粘连，同时还使得填料具有一定的自净能力，进一步的，疏水表面在转动时由于其疏水作用，一方面降低液滴冲击切割填料时的动能损失，不会因表面吸附导致动能大量抵消一实施例中，所述分散组件还包括：分散相流体入口1，以及流体分布器6，所述分散相流体入口与所述流体分布器6连接，形成一流体通道；所述流体分布器6围绕所述转动轴设置，其上设有多个支管，所述支管朝向所述切割填料5设置，其上设有多个开孔。流体分布器6上的开孔方向为径向正对填料方向或切线正对填料旋转方向，分散相流体为气体或与输送腔导入的液体不相溶的流体。

同时，在另一个优选的实施例中本申请可以对切割填料进行表面刻蚀，其表面形成多孔状，与此同时，将液体分布器6用泡沫金属制成，泡沫金属的液体分布器可以将进入的反应液体喷出小气泡，配合切割填料的表面刻蚀的多孔，可以暂时将小气泡吸附在多孔的每个小孔内，从而提高了反应的停留时间。进一步的，由于出口表面积较小，进一步形成了“增压”作用，配合前述的无泵设计，从而使得液体经过多处增压且转化为小气泡，以多处增压配合延长停留时间的方式，使得反应效率相较于常规有泵推动的反应器并未降低，反而进一步提高了混合效率和传质效率。

进一步优选的实施例中，在优选的实施方式中，围绕切割填料5的外侧设有多个分散叶片7，液体与分散相流体经分散组件混合切割后，在分散组件转动形成的离心力下流至分散叶片7，分散叶片7跟随分散组件转动形成离心力，从而达到增压作用，与导入件2原理相似，在分散组件与切割填料5连接的区域形成低压区，便于液体与分散相流体的混合物聚集。

进一步地，分散腔内设有分散挡板8，其设于旋转填充床内壁，混合物的流体微元在分散组件转动的离心力作用下，甩至分散挡板8上，便于混合物的聚集。

该实施例中，通过分散叶片7和分散挡板8的配合，进一步形成了增压加上破涡(分散挡板8在增压后的液体中形成了扰流，从而避免液体在增压后形成了涡流)，本实施例在整个填充床内再次添加了增压结构，多处增压结构保证了整个反应环境每个局部区域的液体推动力，配合破涡的分散挡板，结合上述的泡沫金属的液体分布器，可以输出超高气含量/浓度的液体。

本发明输送分散一体式旋转填充床可单独应用，或者与其他类型反应器组合，作为反应器的混合强化单元，使得分散相充分分散至连续相中。

进一步的，本申请提供的一体式旋转填充床尤其适用于二氧化碳的溶解体系，由于无泵设计，使得进料产生的冲击力对反应体系影响较小，例如可以通过如下步骤适配二氧化碳溶解体系：将CO₂气体以及添加纳米多孔材料的初始水溶液导入至超重力反应器内，得到CO₂水溶液，所述初始水溶液的矿化度达到设定阈值；启动所述超重力反应器，所述超重力反应器对所述CO₂水溶液进行剪切，形成CO₂纳微气泡；其中，所述纳米多孔材料可吸附所述CO₂纳微气泡，进而将所述CO₂锁存于所述初始水溶液中。在本实施例中，本发明提供的基于一体式旋转填充床的二氧化碳锁存方法，得到的CO₂水溶液中，除了溶解于水溶液中的CO₂，还包括部分分散在水溶液中的CO₂纳微气泡，即常温常压下，一体积的水消耗的二氧化碳大于一体积，且产生的CO₂纳微气泡在溶液中的停留时间更长，可在水溶液中稳定存在约2.5h，在整个CO₂溶解过程中，CO₂先经曝气组件进行一次剪切形成气泡，再被吸附剂吸附，形成CO₂气泡，这些CO₂气泡会稳定分散在水溶液中。可以理解，正是由于本一体式输送床结构，在整个锁存体系下可以消除进料对体系稳定性的影响，从而可以使得二氧化碳的溶解率更高，保证了二氧化碳的锁存效率。

因此，本发明提供一种反应系统，包括：上述所述的输送分散一体式旋转填充床以及与所述输送分散一体式旋转填充床连接的搅拌釜。输送分散一体式旋转填充床包括一液体出口，位于分散组件侧壁，液体由入口进入输送组件，再经过分散组件，在分散组件内与分散相充分混合，结合图2所示，混合物由分散组件出口导入至搅拌釜内进行后续反应，形成一串联的反应系统，结合图3所示，搅拌釜设有一出口，混合物由分散组件出口导入至搅拌釜内，再经搅拌釜出口流至旋转填充床内，形成一循环的反应系统。

下面结合具体的实施例对本发明的输送分散一体式旋转填充床的气液传质以及液液非均相传质效果进行具体说明。

实施例1

采用本发明输送分散一体式旋转填充床，进行空气-水体系分散实验，输送分散一体式旋转填充床输送级叶轮旋转产生压头将水槽内水吸入通向分散级，空气通入分散相入口，气液充分混合后经出口回流至水槽，转速500～1400转/分。采用多普勒光学探针测量出口产生气泡的尺寸分布，所得气泡尺寸在100微米～2毫米范围，整体流程中不需安装泵。

实施例2

采用本发明输送分散一体式旋转填充床，进行煤油-水体系分散实验，在煤油中加入质量分数2％的吐温80作为表面活性剂，输送分散一体式旋转填充床输送级叶轮旋转产生压头将水槽内水吸入通向分散级，加表面活性剂的煤油通入分散相入口，两相充分混合后经出口回流至水槽。采用激光粒度仪测定出口煤油粒径分布，所得煤油平均粒径在40～320nm范围，整体流程中不需安装泵。

实施例3

采用本发明输送分散一体式旋转填充床，与搅拌釜联用，如图2，用于替代鼓泡搅拌釜中的气体分布器，原气体分布器由2mm的小孔通气，产生毫米级别的气泡。本发明输送分散一体式旋转填充床与搅拌釜相连形成循环，转轴旋转输送级将搅拌釜内水吸入通往分散级，在分散级分布器通空气，转速500～1400转/分，气液在旋转填料作用下充分剪切，通过液体出口返回搅拌釜。采用本发明气体被分散为微米级气泡，气液传质比表面积大大增加。采用动态法测定该体系氧气-水体系传质系数，采用本发明比采用原气体分布器体积传质系数提高50％～80％。

实施例4

采用本发明输送分散一体式旋转填充床，与搅拌釜联用，如图3，用于替代鼓泡搅拌釜中的气体分布器，与实施例一不同之处在于，实施例一输送分散一体式旋转填充床与搅拌釜形成循环，实施例二输送分散一体式旋转填充床不循环，原料先经过输送分散一体式旋转填充床后输送到搅拌釜中。水通入输送分散一体式旋转填充床液体进口，空气通入分散相入口，转速500～1400转/分，两相充分混合传质后输送到搅拌釜中。输送分散一体式旋转填充床作为物料通入搅拌釜之前的预混单元，与通过气体分布器直接通入搅拌釜相比，氧气-水体系的体积传质系数提高50％～80％。

输送分散一体式旋转填充床可直接用于气-液混合、液-液不互溶体系混合，用于充分分散相。同时可与目前生产中使用的大部分气-液混合器、气-液反应器、气-液-固反应器联用，如鼓泡塔、列管式固定床反应器、搅拌釜，将输送分散一体式旋转填充床与反应器串联即可起到预混效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施方式的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。

此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施方式的实施方式而已，并不用于限制本说明书实施方式。对于本领域技术人员来说，本说明书实施方式可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施方式的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施方式的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种输送分散一体式旋转填充床，其特征在于，包括：壳体，以及设于所述壳体内腔的输送组件和分散组件；

所述壳体内部形成一输送腔和一分散腔，所述输送组件置于所述输送腔内，所述分散组件置于所述分散腔内，所述输送腔包括一液体入口；

所述输送组件一转动轴以及导入件，所述转动轴贯穿所述输送组件以及所述分散组件，所述导入件的一端与所述转动轴固定连接，所述导入件在所述转动轴的转动下随之转动，进而为经所述液体入口导入的液体提供推动力，使得液体导入至所述分散组件内；

所述分散组件用于剪切导入其中的液体以及分散相流体，形成所述液体与所述分散相流体的混合流体微元。

2.根据权利要求1所述的输送分散一体式旋转填充床，其特征在于，所述导入件包括多个叶片，每相邻两个所述叶片之间形成一液体通道，所述导入件两端倾斜方向相反。

3.根据权利要求2所述的输送分散一体式旋转填充床，其特征在于，所述输送组件还包括挡板，所述挡板与所述分散组件固定连接，可将经所述导入件导入的液体导流至所述分散组件内。

4.根据权利要求1所述的输送分散一体式旋转填充床，其特征在于，所述分散组件包括垂直于所述转动轴的旋转转盘，所述旋转转盘上设有围绕所述转动轴的切割填料。

5.根据权利要求4所述的输送分散一体式旋转填充床，其特征在于，所述分散组件还包括：分散相流体入口，以及流体分布器，所述分散相流体入口与所述流体分布器连接，形成一流体通道；

所述流体分布器围绕所述转动轴设置，其上设有多个支管，所述支管朝向所述切割填料设置，其上设有多个开孔。

6.根据权利要求4所述的输送分散一体式旋转填充床，其特征在于，围绕所述切割填料的外侧设有多个分散叶片。

7.根据权利要求6所述的输送分散一体式旋转填充床，其特征在于，所述分散组件还包括分散挡板，所述分散挡板的一端与所述壳体固定连接。

8.根据权利要求4所述的输送分散一体式旋转填充床，其特征在于，所述切割填料表面涂有疏水涂料。

9.根据权利权利要求1所述的输送分散一体式旋转填充床，其特征在于，所述导入件包括一个或多个。

10.一种反应系统，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的输送分散一体式旋转填充床，以及与所述输送分散一体式旋转填充床连接的搅拌釜。

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