CN116037011A - 一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业反应器技术领域，特别涉及一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床及方法，包括第一填料层，内圈具有第一空腔且其内部引入喷射溶液的喷淋管；第二填料层，相邻设于所述第一填料层下方并与其同步旋转，内圈具有第二空腔；容腔，包覆在所述第一填料层和所述第二填料层外围，在其底部形成储液槽，经过所述第一填料层的溶液进入所述储液槽后通过所述二空腔进入所述第二填料层形成内循环；所述容腔设有气体入口，气体与所述第一填料层和所述第二填料层中溶液逆流接触后排出容腔；本发明解决了液体在填料床内停留时间短的问题，可以让更多种类的溶液应用到超重力旋转填充床中。

Description

一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床及方法
技术领域
本发明涉及工业反应器技术领域，特别涉及一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床及方法。
背景技术
超重力旋转填充床是一种新型的工业反应器类型，利用高速旋转的填料床产生的强大离心力(或超重力)，使液体不断分散、破碎形成更大且不断更新的表面，气液充分接触从而得到较好的传热传质效果。可大幅度减小设备体积，降低投资，减少了液泛的倾向，以及抵抗中等扰动和倾斜。
对于传统的气液逆流型超重力旋转填充床，其高速的旋转会使得液体在设备内的停留时间短，造成反应时间短，影响了传质或者化学反应的最终效果。往往导致传质不充分，反应不彻底。
现有内循环超重力反应器，如公开号CN101451087B(公开了一种制备润滑油金属清净剂的方法)，公开号CN201543418U(公开了一种内循环超重力反应装置)，以上内循环反应器的侧重点在于通过旋转的填料床加强液-液，液-固类的反应，气体几乎不通过填料床，以制备液体产品为主。
发明内容
本发明的目的是提供一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床及方法，以解决液体在填料床内停留时间短的问题，可让更多种类的溶液应用到超重力旋转填充床中。为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来解决：
第一方面，本发明提供了一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，包括：
第一填料层，内圈具有第一空腔且其内部引入喷射溶液的喷淋管；
第二填料层，相邻设于所述第一填料层下方并与其同步旋转，内圈具有第二空腔；
容腔，包覆在所述第一填料层和所述第二填料层外围，在其底部形成储液槽，经过所述第一填料层的溶液进入所述储液槽后通过所述第二空腔进入所述第二填料层形成内循环；所述容腔设有气体入口，气体与所述第一填料层和所述第二填料层中溶液逆流接触后排出容腔。
作为进一步的技术方案，所述储液槽内设有螺旋提液器，其排液口位于所述第二空腔内，所述螺旋提液器与所述第一填料层、所述第二填料层共用一根转轴。
作为进一步的技术方案，所述第一填料层与所述第二填料层间设有中心支撑板，所述转轴通过所述中心支撑板带动所述第一填料层和所述第二填料层旋转。
作为进一步的技术方案，所述中心支撑板通过其内圈连通所述第一空腔与所述第二空腔，其外圈伸入所述第一填料层与所述第二填料层层间且能保持上下连通。
作为进一步的技术方案，还包括上填料夹板和下填料夹板，与所述中心支撑板一起共同夹持所述第一填料层和所述第二填料层。
作为进一步的技术方案，所述上填料夹板与所述容腔间具有密封结构，所述下填料夹板部分包覆所述螺旋提液器并浸入储液槽溶液中。
作为进一步的技术方案，所述储液槽底部设有液体出口，其内部进液口具有设定高度。
作为进一步的技术方案，所述液体出口配置有放空管道，所述放空管道连接在储液槽底部且管道上设有放空阀。
作为进一步的技术方案，所述容腔还设有气体出口，与所述第一空腔连通。
第二方面，本发明提供了根据如第一方面所述的带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床的工作方法，包括以下步骤：
溶液经喷淋管喷洒在第一填料层内圆周面上，在离心力的作用下流向第一填料层外缘甩出；甩出的溶液在重力作用下汇聚在储液槽内，储液槽内液体被循环不断输送至第二填料层内圆周面上，在离心力的作用下流向第二填料层外缘甩出；进入的气体在压力的作用下进入第一填料层与第二填料层，与溶液逆流接触传质后排出。
上述本发明的有益效果如下：
(1)本发明设置了上下布置的两个填料层，并且之间形成了内循环，在继承传统填料床气体侧传质效率高的优点的同时，延长了液体在填料床内停留时间，解决了液体在填料床内停留时间短的问题，可让更多种类的溶液(例如一些反应速率相对来说比较慢，但是不易腐蚀，不易变质，解析能耗低的溶液)应用到超重力旋转填充床中。
(2)本发明以旋转的填料床加强气-液，气-液-固类的反应为主，气液逆流通过第一填料层和第二填料层，适用于气体的净化，如天然气、烟气的脱硫脱碳处理。
(3)本发明液体在填料床内停留时间的延长，提高了液体的吸收负载量或反应的程度，使得单位能耗下可以解析出更多的气体或者提炼出更纯的组分，降低了系统的总能耗。
(4)本发明在一根转轴作用下，实现第一填料层、第二填料层同步旋转的同时，带动螺旋提液器旋转，进而使储液槽内的溶液不断的进入第二填料层，转轴不仅为第一填料层、第二填料层旋转提供动力，同时也为内循环提供动力。
(5)本发明与一般超重力旋转床扭矩传递部位在下填料夹板(旋转轴与下填料夹板连接)不同，由轴到填料层的扭矩传递部位在中心支撑板，相对来说，扭矩传递点与填料层整体的距离更近，提高了填料层转动的稳定性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。还应当理解，这些附图是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。现在将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本发明，其中：
图1示出了本发明实施例中带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床结构示意图。
图中：1、气体出口；2、喷淋管；3、第一填料层；4、第二填料层；5、壳体；6、储液槽；7、液体出口；8、放空阀；9、转轴；10、密封及轴承；11、螺旋提液器；12、下填料夹板；13、中心支撑板；14、上填料夹板；15、气体进口；16、第二密封。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明典型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，包括：
第一填料层3，内圈具有第一空腔且其内部引入喷射溶液的喷淋管2；
第二填料层4，相邻设于第一填料层3下方并与其同步旋转，内圈具有第二空腔；
容腔，包覆在第一填料层3和第二填料层4外围，在其底部形成储液槽6，经过第一填料层3的溶液进入储液槽6后通过第二空腔进入第二填料层4形成内循环；容腔设有气体入口，气体与第一填料层3和第二填料层4中溶液逆流接触后排出容腔。
本实施例中的填料层采用现有填料层即可，环形结构，内圈具有空腔。在离心力的作用下，溶液流向填料层外缘。在此过程中，液体被填料的巨大剪切力分散、切割、破碎，形成液丝、液膜和液滴等常规工况下不能形成的状态，液体的表面积是极大的、且不断更新。填料中曲折的流道更加剧了液体表面的更新，形成了极好的传质与反应条件。
本实施例设置了上下布置的两个填料层，并且之间形成了内循环，在继承传统填料床气体侧传质效率高的优点的同时，延长了液体在填料床内停留时间，解决了液体在填料床内停留时间短的问题，可让更多种类的溶液(例如一些反应速率相对来说比较慢，但是不易腐蚀，不易变质，解析能耗低的溶液)应用到超重力旋转填充床中。
本实施例以旋转的填料床加强气-液，气-液-固类的反应为主，气液逆流通过第一填料层3和第二填料层4，适用于气体的净化，如天然气、烟气的脱硫脱碳处理。
液体在填料床内停留时间的延长，提高了液体的吸收负载量或反应的程度，使得单位能耗下可以解析出更多的气体或者提炼出更纯的组分。总体来说，降低了系统的总能耗。
储液槽6内设有螺旋提液器11，其排液口位于第二空腔内，螺旋提液器11与第一填料层3、第二填料层4共用一根转轴9。在一根转轴作用下，实现第一填料层3、第二填料层4同步旋转的同时，带动螺旋提液器11旋转，进而使储液槽内的溶液不断的进入第二填料层4，转轴9不仅为第一填料层3、第二填料层4旋转提供动力，同时也为内循环提供动力。
本实施例中，螺旋提液器11采用阿基米德螺旋提液器，为套筒形式，套在转轴9上，方便螺旋提液器的拆卸更换。
转轴9从壳体5底部穿入，与壳体5之间设有密封及轴承10。
本实施例的容腔由壳体5形成，包覆在第一填料层3、第二填料层4，气体入口15设置在壳体5上部。容腔还设有气体出口1，设置在容腔顶部，第一填料层3上方，与第一空腔对准连通。
容腔底部形成储液槽6，储液槽6底部设有液体出口7，确保内循环的正常进行首先需确保储液槽6内具有一定液位高度的溶液。本实施例的液体出口7内部进液口具有设定高度，所设置的高度可对储液槽6内的液位进行调节。
液体出口7配置有放空管道，放空管道连接在储液槽6底部且管道上设有放空阀8。打开放空阀8后可将储液槽6内液体放空，方便装置的清理维修。
第一填料层3与第二填料层4间设有中心支撑板13，转轴9通过中心支撑板13带动第一填料层3和第二填料层4旋转。
中心支撑板13通过其内圈连通第一空腔与第二空腔，其外圈伸入第一填料层3与第二填料层4层间且能保持上下连通。需说明的是，进入第二填料层4气体大部分还是先进入第二空腔再汇入第一空腔后排出。当然，进入第二填料层4的剩余部分气体可以通过第一填料层3进入第一空腔后排出。
还包括上填料夹板14和下填料夹板12，与中心支撑板13一起共同夹持第一填料层3和第二填料层4。中心支撑板13通过螺栓或其他连接方式与下填料夹板12和上填料夹板14连接。
下填料夹板12和上填料夹板14为实心板，气液不能穿过。中心支撑板13的内圈与螺旋提液器11接触部分为实心，内圈其余部分连通第一空腔与第二空腔，外圈为肋板或者打孔板，允许流体通过。
与一般的超重力旋转床扭矩传递部位在下填料夹板(旋转轴与下填料夹板连接)不同，由轴到填料层的扭矩传递部位在中心支撑板13，相对来说，扭矩传递点与填料层整体的距离更近，提高了填料层转动的稳定性。
上填料夹板14与容腔间具有密封结构，如图中第二密封16，采用现有密封结构即可。下填料夹板12包括水平部分和竖直部分，其竖直部分包覆螺旋提液器11并浸入储液槽6溶液中。
实施例二
本实施例提供了根据如实施例一所述的带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床的工作方法，包括以下步骤：
溶液经喷淋管2喷洒在第一填料层3内圆周面上，在离心力的作用下流向第一填料层3外缘甩出；甩出的溶液在重力作用下汇聚在储液槽6内，漫过液体出口7的部分由液体出口流出，其余液体随着转轴9的旋转由螺旋提液器11循环不断的带到第二填料层4内圆周面上，在离心力的作用下流向第二填料层4外缘甩出；气体入口15进入的气体在压力的作用下进入第一填料层3与第二填料层4，与溶液逆流接触传质后经气体出口1排出。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，其特征在于，包括：
第一填料层，内圈具有第一空腔且其内部引入喷射溶液的喷淋管；
第二填料层，相邻设于所述第一填料层下方并与其同步旋转，内圈具有第二空腔；
容腔，包覆在所述第一填料层和所述第二填料层外围，在其底部形成储液槽，经过所述第一填料层的溶液进入所述储液槽后通过所述第二空腔进入所述第二填料层形成内循环；所述容腔设有气体入口，气体与所述第一填料层和所述第二填料层中溶液逆流接触后排出容腔。
2.如权利要求1所述的一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，其特征在于，所述储液槽内设有螺旋提液器，其排液口位于所述第二空腔内，所述螺旋提液器与所述第一填料层、所述第二填料层共用一根转轴。
3.如权利要求2所述的一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，其特征在于，所述第一填料层与所述第二填料层间设有中心支撑板，所述转轴通过所述中心支撑板带动所述第一填料层和所述第二填料层旋转。
4.如权利要求3所述的一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，其特征在于，所述中心支撑板通过其内圈连通所述第一空腔与所述第二空腔，其外圈伸入所述第一填料层与所述第二填料层层间且能保持上下连通。
5.如权利要求3所述的一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，其特征在于，还包括上填料夹板和下填料夹板，与所述中心支撑板一起共同夹持所述第一填料层和所述第二填料层。
6.如权利要求5所述的一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，其特征在于，所述上填料夹板与所述容腔间具有密封结构，所述下填料夹板部分包覆所述螺旋提液器并浸入储液槽溶液中。
7.如权利要求1所述的一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，其特征在于，所述储液槽底部设有液体出口，其内部进液口具有设定高度。
8.如权利要求7所述的一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，其特征在于，所述液体出口配置有放空管道，所述放空管道连接在储液槽底部且管道上设有放空阀。
9.如权利要求1所述的一种带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床，其特征在于，所述容腔还设有气体出口，与所述第一空腔连通。
10.根据如权利要求1-9任一项所述的带内循环的气液逆流型超重力旋转填充床的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
溶液经喷淋管喷洒在第一填料层内圆周面上，在离心力的作用下流向第一填料层外缘甩出；甩出的溶液在重力作用下汇聚在储液槽内，储液槽内液体被循环不断输送至第二填料层内圆周面上，在离心力的作用下流向第二填料层外缘甩出；进入的气体在压力的作用下进入第一填料层与第二填料层，与溶液逆流接触传质后排出。
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