CN1611293A - 一种超重力场旋转床传质与反应设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超重力场旋转床传质与反应设备。该设备包括机壳、转子、旋转捕沫器和传动装置，所述的机壳包括气体进口端封头、直筒段和气体出口端封头；所述的传动装置由电机、转动轴、支撑轴承和密封系统组成；所述的转子是双转子，由具有共用底板的两个金属框组成，气、液两相在一个转子上并流接触，在另一个转子上逆流接触；转子通过共用底板固定于轴上。本发明的设备可广泛地用于气－液、气－液－固、气－液－液的多相物系的传质和反应过程。本发明的设备在一台装置内同时完成并流和逆流两种操作过程，从而减小了设备尺寸，减少了中间管线，减小了占地面积，降低了能耗，降低了设备投资。
Description
技术领域
本发明涉及一种由旋转填充床(下面简称旋转床)的离心力形成超重力场来强化传质和反应过程的旋转床传质与反应设备。
背景技术
超重力场旋转床传质与反应设备是八十年代初才发展起来的一种新型设备。与常规技术相比，该设备具有以下特点：其传质强度高，设备尺寸小，物料停留时间短，持液量小，泛点高，不易起泡，不易堵塞，维修方便，能在数分钟内使设备运转达到稳定。
通常超重力场旋转床设备由机壳、转子、物料进出口、转动轴和电机组成。转子内填充多孔介质，物料在多孔介质表面进行传质和反应，如中国专利文献CN1059105A，CN1062098A，CN1428189A等所公开的旋转床设备。由于一台设备只有一个转子，因此在一个机壳内只能实现一种操作方式，如气液相并流操作或逆流操作。
在工业生产中，常常会遇到这样的操作过程：气相中的某一组份需要除去，被液相吸收的这一组份在液相中需要浓缩到一定的浓度才能作为产品从体系中送出。这一操作过程包含气体净化和液相浓缩两项操作，目前在工业上是采用两个操作塔来完成的，如果用通常的超重力场旋转床装置，需要两台才能完成。也就是说完成这一操作过程需要一台气体净化塔(或一台气体净化超重力场旋转床装置)和一台浓缩塔(或一台浓缩超重力场旋转床装置)。
发明内容
本发明的目的就是在一台超重力场旋转床装置内同时实现并流和逆流两种操作方式，并除去气体中的液沫。也就是说，使用本发明的超重力场旋转床装置，只需一台就可以同时完成上述的气体净化和液相浓缩两项操作。
本发明的超重力场旋转床传质与反应设备，包括机壳、转子、旋转捕沫器和传动装置，所述的机壳包括气体进口端封头、直筒段和气体出口端封头；所述的传动装置由电机、转动轴、支撑轴承和密封系统组成；其特征在于：
所述的转子是双转子，由具有共用底板的两个金属框组成，气、液两相在一个转子上并流接触，在另一个转子上逆流接触；转子通过共用底板固定于轴上。
在实施本发明的旋转床传质与反应设备时，在所述的气体进口端封头上设置有气体进口，并流段液体进口；在所述的气体出口端封头上设置有气体出口，逆流段液体进口；在反应设备的壳体内，与液体进口对应的位置设置有液体进口受液槽和液体分布器，液体分布器为圆形直管，管面向填料的一面钻有两排孔。管的根数和孔的数目由液体的量来确定。计算公式如下：
管的根数：
其中：N----管的根数；
V1----液体体积流量；
U1----管内的允许流速，由经验选取；
R----管半径，由机械强度来确定。
管上的孔数：
其中：n----孔数；
V1----液体体积流量；
Ut----孔的喷出流速，由经验选取；
r----孔的半径，通常取2-15mm。
在实施本发明的旋转床传质与反应设备时，在所述的壳体的直筒段下部设置液体出口受液槽，由隔板隔开，分为并流段出口受液槽和逆流段出口受液槽；与并流段和逆流段液体出口受液槽分别对应的液体出口位于出口受液槽的下面。
在实施本发明的旋转床传质与反应设备时，在设备两端的封头和直筒段之间设有气体隔板；在气体隔板和转子之间设置气体密封装置；在直筒段与转子的共用底板相对应的位置上设置有并流段和逆流段液体隔离环，使得两种液体在设备内不会混合。
在实施本发明的旋转床传质与反应设备时，所述的气体密封装置采用下列密封构件之一：迷宫密封、机械密封、液环密封、填料涵密封或浮阀密封。其作用是防止气体短路从而降低传质与反应效果。
在实施本发明的旋转床传质与反应设备时，所述的转子内装填多孔填料；所述的旋转捕沫器为金属丝网、泡沫金属、波纹板环形碟片或非金属多孔材料；转子、旋转捕沫器与轴在电机带动下同步高速旋转。
在实施本发明的旋转床传质与反应设备时，本发明所述的传质与反应设备为水平结构布置。该设备的左右两个封头可根据耐压要求选择椭圆形或平板形；直筒段分为两段，一段为传质或反应段；一段为除沫段；壳体与轴的密封系统由支撑轴承和密封装置组成，起支撑和密封两个作用，根据所用体系对密封的要求可采用磁力耦合、机械密封或填料密封。
本发明的超重力场旋转床传质与反应设备在一个机壳内同时实现并流和逆流两种操作方式，可广泛地用于气-液、气-液-固、气-液-液的多相物系的传质和反应过程。
本发明的超重力场旋转床传质与反应设备具有以下有益效果：
1.本发明的超重力场旋转床传质与反应设备，在一台装置内设置了两个转子，气、液两相在转子8a上并流接触，在转子8b上逆流接触，在一台旋转床超重力装置内同时完成并流和逆流两种操作过程，从而减小了设备尺寸，减少了中间管线，减小了占地面积，降低了能耗，降低了设备投资。
2.本发明的超重力场旋转床传质与反应设备的转子8a给气体升压，气体在转子8b上产生压降，气体在转子8a上的升压值与气体在转子8b上产生的压降值基本相同，这样气体通过本发明的旋转床设备的压降只有局部阻力，压降明显降低，使得本发明的设备更适用于要求压降小的场合。
3.本发明的超重力场旋转床传质与反应设备设置了气体除沫段，由于气体从转子8b的中心出来进入除沫段，截面积突然扩大，气速降低，气体夹带的部分液滴沉降下来，气体夹带的剩余液沫经过安装在与转子同轴上的高效旋转除沫器，由于本发明的高效旋转除沫器的原理是利用离心力来除沫，因此与通常的静止除沫器相比效率更高，经过本发明的高效旋转除沫器的气体夹带的液沫几乎都被除去，使得本发明的设备引出的气体可直接进入下一工序，而不影响下一工序的正常操作。
附图说明
图1是本发明的超重力场旋转床设备的示意图。
具体实施方式
下面就附图对本发明作详细说明。本发明中功能相同的部件用相同的阿拉伯数字标记，以a，b区分其并流段和逆流段。
如附图1所示：1为气体进口，2a为并流段液体进口，2b为逆流段液体进口，4a为并流段液体分布器，4b为逆流段液体分布器；5a为并流段出口液体受液槽，5b为逆流段出口液体受液槽；6a为并流段液体出口，6b为逆流段液体出口；7为旋转式高效捕沫器；8a为并流段转子，8b为逆流段转子，转子是由两个金属框组成，转子内装填有多孔填料3a和3b；9为轴，10为壳体与轴的密封系统，11为轴承或轴套支撑架，在直筒段与两转子底板相对应的位置上设置有并流段和逆流段液体隔离环13，14为气体进口端封头，15为电机，16为直筒段，17为除沫段，两个转子与气体隔板18a，b间的动密封12a，b，可采用浮阀密封、液环密封、填料密封、机械密封或迷宫密封；19a为并流段液体进口受液槽，19b为逆流段液体进口受液槽；20为气体出口；21为气体出口端封头；22为转子的共用底板；23为隔板。
在本发明设备的气体进口端封头14上设置气体进口1，并流段液体进口2a；在气体出口端封头21上设置气体出口20，逆流段液体进口2b；在反应设备的壳体内，与液体进口2对应的位置设置有液体进口受液槽19和液体分布器4，液体分布器为圆形直管，管上钻有两排孔，管的根数和孔的数目由液体的量来确定。
在本发明设备壳体的直筒段16下部设置并流段液体出口受液槽5a，逆流段液体出口受液槽5b，由隔板23隔开；在并流段出口受液槽5a上设置并流段液体出口6a，在逆流段出口受液槽5b上设置逆流段液体出口6b；
在气体进口端封头14和直筒段16之间设有并流段气体隔板18a，在气体出口端封头21和直筒段16之间设有逆流段气体隔板18b；在并流段气体隔板18a和并流段转子8a之间设置有并流段气体密封装置12a；在逆流段气体隔板18b和逆流段转子8b之间设置有逆流段气体密封装置12b，其中气体密封装置12采用下列密封构件之一：迷宫密封、机械密封、液环密封、填料涵密封或浮阀密封；在直筒段16与共用底板22相对应的位置上设置有并流段和逆流段液体隔离环13。
气液两相在本发明的超重力旋转床传质与反应装置中可同时完成并流和逆流操作，具体操作过程如下所述：气体由气体进口1进入装置由并流段转子8a的中心进入并流段转子填料层3a，液体由并流段液体进口2a进入并流段液体进口受液槽19a，通过并流段液体分布器4a喷洒在并流段转子填料层3a上，在强大的离心力场中与气体进行并流传质或反应后被甩出填料层，液体受壳体与液体分隔环13的约束进入并流段液体出口受液槽5a经液体出口6a引出装置。气体在壳体的约束下由逆流段转子8b的外缘进入填料层3b，液体由逆流段液体进口2b进入逆流段液体进口受液槽19b，通过逆流段液体分布器4b喷洒在逆流转子填料层3b上，在强大的离心力场中与气体进行逆流传质或反应后被甩出填料层，液体受壳体与液体分隔环13的约束进入逆流段液体出口受液槽5b经液体出口6b引出装置。气体由逆流段转子8b的中心处引出进入除沫段17，穿过旋转式高效捕沫器7，由气体出口20引出装置。
实施例1
将本发明的超重力场旋转床传质与反应设备应用于利用亚硫酸铵吸收硫酸厂尾气中的二氧化硫。原理是亚硫酸铵与SO2反应后生成亚硫酸氢铵，亚硫酸氢铵是一种良好的还原剂，当亚硫酸氢铵达到一定的浓度后作为产品离开系统。现有技术的流程为二段法，采用两个操作塔来完成，一段塔原料气中SO2的含量较高，吸收液为高浓度含铵液，相当于浓缩塔，二段塔的原料气为一段塔的出口气，吸收液为较低浓度含铵液，相当于净化塔，出口气中SO2含量要求小于300ppm。实际操作中二段出口气中SO2含量超标，有时超过1000ppm。
采用本发明的超重力旋转装置处理尾气中的SO2，以并流段代替一段塔(浓缩塔)，以逆流段代替二段塔(净化塔)。其操作参数与结果如表1所示。
表1
| 气量(m3/h) | 气液比(m3/m3) | 进口温度 | 进口液体浓度 | 气相浓度分析 | |||||
| 并流段 | 逆流段 | 进口 | 出口 | ||||||
| 气体(℃) | 液体(℃) | (NH4)2SO3(g/L) | NH4HSO3(g/L) | (NH4)2SO3(g/L) | NH4HSO3(g/L) | (ppm) | (ppm) | ||
| 4000 | 811∶1 | 43 | 37.7 | 191.3 | 513.2 | 147.99 | 141.07 | 4800 | 27 |
| 1103∶1 | 42.1 | 37 | 180.5 | 518.4 | 155.86 | 134.35 | 5800 | 31 | |
气体通过本发明的装置的压降为160mmH2O。
超重力旋转床装置与传统塔技术装置处理4000m3/h硫酸厂尾气的技术数据对比列于表2。
从上述表1、2中可以看出，本发明的超重力场旋转床装置投资少，占地面积小，脱硫指标好，动力消耗低。
表2本发明的装置与现有技术的对比
| 传统塔 | 本发明的设备 | |
| 处理气量 | 4000m3/h | 4000m3/h |
| 设备费用 | 70万元 | 30万元 |
| 占地 | 70m3 | 30m3 |
| 动力 | 30kW | 20kW |
| 进口SO2浓度 | 5000ppm | 5000ppm |
| 排放尾气浓度 | ＜300ppm | ＜100ppm |
Claims (8)
1.一种超重力场旋转床传质与反应设备，包括机壳、转子[8]、旋转捕沫器[7]和传动装置，所述的机壳包括气体进口端封头[14]、直筒段[16]和气体出口端封头[21]；所述的传动装置由电机[15]、轴[9]、支撑轴承[11]和密封系统[10]组成；其特征在于：
所述的转子[8]是双转子，由具有共用底板[22]的两个金属框组成，气、液两相在转子[8a]上并流接触，在转子[8b]上逆流接触；转子[8]通过共用底板[22]固定于轴[9]上。
2.根据权利要求1所述的旋转床传质与反应设备，其特征在于：在所述的气体进口端封头[14]上设置有气体进口[1]，并流段液体进口[2a]；在所述的气体出口端封头[21]上设置有气体出口[20]，逆流段液体进口[2b]；在反应设备的壳体内，与液体进口[2]对应的位置设置有液体进口受液槽[19]和液体分布器[4]。
3.根据权利要求1所述的旋转床传质与反应设备，其特征在于：在所述的机壳直筒段[16]的下部设置液体出口受液槽[5]，由隔板[23]隔开，分为并流段出口受液槽[5a]和逆流段出口受液槽[5b]；与液体出口受液槽[5a]、[5b]对应的液体出口[6a]、[6b]位于出口受液槽[5]的下面。
4.根据权利要求1所述的旋转床传质与反应设备，其特征在于：在气体进口端封头[14]和直筒段[16]之间设置有气体隔板[18a]，在气体出口端封头[21]和直筒段[16]之间设置有气体隔板[18b]；在气体隔板[18]和转子[8]之间设置气体密封装置[12]；在直筒段[16]与共用底板[22]相对应的位置上设置有并流段和逆流段液体隔离环[13]。
5.根据权利要求4所述的旋转床传质与反应设备，其特征在于：所述的气体密封装置[12]采用下列密封构件之一：迷宫密封、机械密封、液环密封、填料涵密封或浮阀密封。
6.根据权利要求1-5之一所述的旋转床传质与反应设备，其特征在于：所述的转子[8]内装填多孔填料[3]；所述的旋转捕沫器[7]为金属丝网、泡沫金属、波纹板环形碟片或非金属多孔材料；转子[8]、旋转捕沫器[7]与轴[9]在电机[15]带动下同步高速旋转。
7.根据权利要求1-5之一所述的旋转床传质与反应设备，其特征在于：所述的传质与反应设备为水平结构布置。
8.根据权利要求1-5之一所述的旋转床传质与反应设备，其特征在于：
在所述的气体进口端封头[14]上设置有气体进口[1]，并流段液体进口[2a]；在所述的气体出口端封头[21]上设置有气体出口[20]，逆流段液体进口[2b]；在反应设备的壳体内，与液体进口[2]对应的位置设置有液体进口受液槽[19]和液体分布器[4]；
在所述的壳体的直筒段[16]下部设置液体出口受液槽[5]，由隔板[23]隔开，分为并流段出口受液槽[5a]和逆流段出口受液槽[5b]；与液体出口受液槽[5a]、[5b]对应的液体出口[6a]、[6b]位于出口受液槽[5]的下面；
在气体进口端封头[14]和直筒段[16]之间设有气体隔板[18a]，在气体出口端封头[21]和直筒段[16]之间设有气体隔板[18b]；在气体隔板[18]和转子[8]之间设置气体密封装置[12]；在直筒段[16]与共用底板[22]相对应的位置上设置有并流段和逆流段液体隔离环[13]；
所述的气体密封装置[12]采用下列密封构件之一：迷宫密封、机械密封、液环密封、填料涵密封或浮阀密封。
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