CN1174788C - 折流式超重力场旋转床装置 - Google Patents
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Abstract
折流式超重力场旋转床是一种气液接触效率极高、体积小，很多场合可以取代传统气液接触设备，由旋转盘、同心旋转折流圈、静止盘、同心静止折流圈、旋转轴、介质a进口管、介质a出口管、介质b进口管、介质b出口管、中间进口管、外壳组成。能广泛地用于化工、石油化工、制药、冶金、轻工等行业的吸收、精馏、传热、化学反应及纳米材料制备等场合。其独特的结构使得密封、检修维护等变得简单易行。
Description
本发明涉及一种气液接触设备，尤其是折流式超重力场旋转床装置，可广泛地用于化工、石油化工、制药、冶金、轻工等行业的吸收、精馏、传热、化学反应及纳米材料制备等场合。
超重力场旋转床的特点是体积小，被誉为化工设备中的“晶体管”。在本发明作出之前，现有技术的超重力场旋转床均为整个转子一起转动，气液在远大于重力的离心力下，在转子内逆流接触。现有的旋转床转子内部的结构有很多种，但主要是金属丝网等多孔介质填料和板式填料。由于气液相在填料内的接触时间过短，不利于气液相间接触传质。液体难以均匀分布造成气液短路或液体形成沟流，使传热传质效率下降。而旋转床外壳必须要有两处动密封，因此加工、安装、维修均较为困难。由于转子随轴转动，故现有的旋转床无法实现单个旋转床的连续精馏操作中的中间加料问题，要进行连续精馏操作至少要有两个旋转床。
本发明的目的是克服现有的旋转填料床的气液接触时间过短、液体分布不均、两处动密封、加工制作复杂、单个旋转床极难实现中间进料的缺点，提供一种能增加径向有效传质距离，延长气液接触时间、液体分布均匀、传质效率高、能进行单个旋转床的中间加料、制造及安装维修方便的折流式超重力场旋转床装置。
折流式超重力场旋转床装置，其中一种结构包含有旋转盘1、同心旋转折流圈2、旋转轴3、介质a出口管4、介质b进口管5、静止盘6、同心静止折流圈7、介质a进口管8、介质b出口管9、中间进口管10、外壳11，其特征是外壳11上设置介质a出口管4和介质b进口管5，同心旋转折流圈2固定连接在旋转盘1上，旋转盘1中心与旋转轴3固定连接，旋转轴3一端穿过外壳11与外壳11密封，同心静止折流圈7固定连接在静止盘6上，静止盘6与介质b出口管9及中间进口管1 0固定连接，介质a进口管8设置在介质b出口管9内，介质a进口管8的一端穿出介质b出口管9并与介质b出口管9密封，介质b出口管9、中间进口管10的一端分别穿过外壳11并与外壳11密封。
该装置的另一种结构包含有旋转盘1、同心旋转折流圈2、旋转轴3、介质a出口管4、介质b进口管5、静止盘6、同心静止折流圈7、介质a进口管8、介质b出口管9、外壳11，其特征是外壳11上设置介质a出口管4和介质b进口管5，同心旋转折流圈2固定连接在旋转盘1上，旋转盘1中心与旋转轴3固定连接，旋转轴3一端穿过外壳11与外壳11密封，同心静止折流圈7固定连接在静止盘6上，静止盘6与介质b出口管9固定连接，介质a进口管8设置在介质b出口管9内，介质a进口管8的一端穿出介质b出口管9并与介质b出口管9密封，介质b出口管9穿过外壳11并与外壳11密封。与现有技术相应的名称相对应，我们将旋转盘1、同心旋转折流圈2、静止盘6、同心静止折流圈7的组合称为“转子”，则从上述结构可知，转子的上半部分的静止盘6、同心静止折流圈7处于静止状态，其拆装、维护、密封就很容易操作，而其特殊构件中间进口管10的设计，又使得前人在旋转床中几乎无法实现的中间进料成为可能，而这在连续精馏等生产工艺中是必不可少的。
本发明与现有的技术相比有如下的优点：①由于转子内安装同心折流圈，气液流经转子的轨道为S形，使得径向有效传质距离大大增加，气液接触时间得到延长，增强了传质效率；②固定的进液管将液体送到下部旋转的转子，液体在强大的离心力作用下被甩出，在撞击力和剪切力下与静止固定的上部转子相撞而粉碎成大量的细小液滴，在重力作用下向下运动，与上升的气流逆流接触，沉降到下部旋转的转子，再被甩到下一个同心折流圈上，又被碰撞而粉碎成大量的细小液滴，如此反复直到被甩出转子。因此液体分布非常均匀；③由于电机只需带动半个转子转动，且转子内不必加填料，故功率消耗比一般的旋转床要小，因而能在更高的转速下进行平稳的操作，适合于长时间连续运转；④由于转子的上半部分是静止的，因此很简单地就可以实现在转子中间进料的方法；⑤因为转子的上半部分是静止的，所以旋转床的上半部分不存在进出口的动密封问题，只需采用简单的静密封即可，因此制造、安装、维修相对方便得多。
图1、图2为折流式超重力场旋转床装置结构示意图。
其中，1-旋转盘，2-同心旋转折流圈，3-旋转轴，4-介质a出口管，5-介质b进口管，6-静止盘，7-同心静止折流圈，8-介质a进口管，9-介质b出口管，10-中间进口管，11-外壳。
图1、图2为本发明的实施例。如图1所示时，本发明的实施方案为：折流式超重力场旋转床，包含有旋转盘1、同心旋转折流圈2、旋转轴3、介质a出口管4、介质b进口管5、静止盘6、同心静止折流圈7、介质a进口管8、介质b出口管9、中间进口管10、外壳11，其特征是外壳11上设置介质a出口管4和介质b进口管5，同心旋转折流圈2固定连接在旋转盘1上，旋转盘1中心与旋转轴3固定连接，旋转轴3一端穿过外壳11与外壳11密封，同心静止折流圈7固定连接在静止盘6上，静止盘6与介质b出口管9及中间进口管10固定连接，介质a进口管8设置在介质b出口管9内，其一端穿出介质b出口管9并与介质b出口管9密封，介质b出口管9、中间进口管10的一端分别穿过外壳11并与外壳11密封。如图2所示时，该装置由旋转盘1、同心旋转折流圈2、旋转轴3、介质a出口管4、介质b进口管5、静止盘6、同心静止折流圈7、介质a进口管8、介质b出口管9、外壳11组成，外壳11上设置介质a出口管4和介质b进口管5，同心旋转折流圈2固定连接在旋转盘1上，旋转盘1中心与旋转轴3固定连接，旋转轴3一端穿过外壳11与外壳11密封，同心静止折流圈7固定连接在静止盘6上，静止盘6与介质b出口管9固定连接，介质a进口管8设置在介质b出口管9内，其一端穿出介质b出口管9并与介质b出口管9密封，介质b出口管9穿过外壳11并与外壳11密封。
本发明的工作原理为：
(1)用于精馏时，装置结构见图1。介质a为液体，介质b为气体，由再沸器出来的气体从介质b进口管5进入外壳11内腔，再沿着旋转盘1、同心旋转折流圈2和静止盘6、同心静止折流圈7之间的缝隙(以下简称“折流圈缝隙”)由外向内进行“S”形折流式流动，并最后通过介质b出口管9进入冷凝器冷凝，得到精馏产物c；部分冷凝液作为回流液从介质a进口管8进入中心处同心旋转折流圈2的内圈上，被高速旋转的同心旋转折流圈2反复甩向同心静止折流圈7后粉碎成微小液滴与蒸汽逆流接触，进行传质和传热，液体通过介质a出口管4进入再沸器加热，精馏产物d以液体状态从再沸器排出；原料从中间进口管10穿过静止盘6进入折流圈缝隙，参与介质a、介质b进行传质和传热，原料可以是液体、气体或气液混合物。
由于本发明的转子结构采用动静同心折流圈相间排列，液体从转子中心向转子边缘运动的过程中，由同心旋转折流圈2带动液体转动，沿着折流圈向上运动，液体表面不断更新，在同心旋转折流圈2上端液体被飞速抛出，带有径向速度和切向速度的液体撞击在同心静止折流圈7上，液体在强大的撞击力和剪切力的作用下，被粉碎成大量的细小液滴，在重力作用下向下运动，与上升的气流逆流接触，由于液滴非常细小，比表面积极大，而且是粉碎后露出的新表面，因此，在这一过程中，气流接触非常充分，具有极高的传质、传热速率。气液在转子中经过多次反复的逆流接触，可达到非常高的传热传质效率。本发明以酒精—水为物系，在转速为1200r/min时进行的精馏试验，理论板数已经达到每米48.3块，具有极大的实用价值。
(2)用于吸收或脱吸时，装置结构见图2。介质a为液体，介质b为气体，气体从介质b进口管5进入外壳11内腔，再沿着折流圈缝隙由外向内进行“S”形折流式流动，并最后通过介质b出口管9排出；液体从介质a进口管8进入中心处旋转折流圈2的内圈上，被高速旋转的同心旋转折流圈2反复甩向同心静止折流圈7后粉碎成微小液滴与气体逆流接触，进行传质，液体通过介质a出口管4排出。
本发明由于液体在转子经历了运动—粉碎、静止—运动的数次反复过程，不但增加了传热传质面积，而且大大延长了气液在腔内的停留时间，其理论塔板数得到大幅提高，有极大的实用价值。
(3)在用于气—液化学反应生成液体或液体与气体时，装置结构见图2。介质a为液体反应物，介质b为气体反应物，气体反应物从介质b进口管5进入外壳11内腔，再沿着折流圈缝隙由外向内进行“S”形折流式流动并与从沿折流圈缝隙由内向外进行“S”形折流式流动的液体反应物进行反应，生成的液体反应产物通过折流圈缝隙由内向外流动，最后通过介质a出口管4排出本装置，生成的气体反应产物由外向内流动，并最后通过介质b出口管9排出本装置；液体反应物从介质a进口管8进入中心处旋转折流圈2的内圈上，被高速旋转的同心旋转折流圈2反复甩向同心静止折流圈7后粉碎成微小液滴与气体逆流接触，进行反应、传质和传热，生成的液体反应产物通过介质a出口管4排出。
本发明由于液体在转子经历了运动—粉碎、静止—运动的数次反复过程，不但增加了传质、传热及反应接触面积，而且大大延长了气液在腔内的反应时间，对于一些传质传热控制的反应可显著提高反应速度。
Claims (2)
1.折流式超重力场旋转床装置，包含有旋转盘(1)、同心旋转折流圈(2)、旋转轴(3)、介质a出口管(4)、介质b进口管(5)、静止盘(6)、同心静止折流圈(7)、介质a进口管(8)、介质b出口管(9)、中间进口管(10)、外壳(11)，其特征是外壳(11)上设置介质a出口管(4)和介质b进口管(5)，同心旋转折流圈(2)固定连接在旋转盘(1)上，旋转盘(1)中心与旋转轴(3)固定连接，旋转轴(3)一端穿过外壳(11)与外壳(11)密封，同心静止折流圈(7)固定连接在静止盘(6)上，静止盘(6)与介质b出口管(9)及中间进口管(10)固定连接，介质a进口管(8)设置在介质b出口管(9)内，介质a进口管(8)的一端穿出介质b出口管(9)并与介质b出口管(9)密封，介质b出口管(9)、中间进口管(10)的一端分别穿过外壳(11)并与外壳(11)密封。
2.折流式超重力场旋转床装置，包含有旋转盘(1)、同心旋转折流圈(2)、旋转轴(3)、介质a出口管(4)、介质b进口管(5)、静止盘(6)、同心静止折流圈(7)、介质a进口管(8)、介质b出口管(9)、外壳(11)，其特征是外壳(11)上设置介质a出口管(4)和介质b进口管(5)，同心旋转折流圈(2)固定连接在旋转盘(1)上，旋转盘(1)中心与旋转轴(3)固定连接，旋转轴(3)一端穿过外壳(11)与外壳(11)密封，同心静止折流圈(7)固定连接在静止盘(6)上，静止盘(6)与介质b出口管(9)固定连接，介质a进口管(8)设置在介质b出口管(9)内，介质a进口管(8)的一端穿出介质b出口管(9)并与介质b出口管(9)密封，介质b出口管(9)穿过外壳(11)并与外壳(11)密封。
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