CN1686591A - 多层折流式超重力旋转床装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多层折流式超重力旋转床装置，包括壳体，壳体中心设有两端贯穿壳体的转轴，转轴上串联连接有由上到下呈层状排列的一组转子，壳体上还设有与折流圈通道相通的中间进料口。该转子由与转轴固定连接的动折流盘、与壳体固定连接的静折流盘组成，动折流圈和静折流圈分别固定连接在动折流盘和静折流盘上。一组同心且直径各异的动折流圈、静折流圈相对而设构成曲折的折流圈通道，并在转子下端的两侧设有第一通道口，转子上端的中心设有第二通道口，第一通道口和第二通道口与折流圈通道相通。本发明有益的效果是：结构简单、合理、紧凑；壳体内设有多组层状分布的转子，增加单台设备的传质能力。气液相通量增大，液相不易返混。

Description

多层折流式超重力旋转床装置
技术领域
本发明涉及一种气液接触设备，尤其是一种多层折流式超重力旋转床装置，可广泛地用于化工、石油化工、生物化工、制药、冶金、轻工等行业的吸收、精馏、化学反应及纳米材料制备等气液接触场合。
背景技术
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大部分为整个转子一起转动，气体和液体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，使传质效率下降。由于转子随轴转动，故现有的旋转床很难实现单个旋转床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。
另外，中国专利01134321.4所公开的超重力场旋转床，仅适于较小通量的气液场合使用，气相出口和液相入口相对复杂，液体容易返混，气液相通量较低，压降较大。另外，该装置只有一个转子，气液相接触还不够充分。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种结构简单合理、使用效果好的多层折流式超重力旋转床装置。
本发明解决其技术问题采用的技术方案；这种多层折流式超重力旋转床装置，包括壳体，壳体下端设有气相入口和液相出口，壳体上端面上设有气相出口和液相入口，壳体中心设有两端贯穿壳体的转轴，转轴上串联连接有由上到下呈层状排列的一组转子，壳体上还设有与折流圈通道相通的中间进料口。该转子由与转轴固定连接的动折流盘、与壳体固定连接的静折流盘组成，动折流圈和静折流圈分别固定连接在动折流盘和静折流盘上。一组同心且直径各异的动折流圈、静折流圈相对而设构成曲折的折流圈通道，并在转子下端的两侧设有第一通道口，转子上端的中心设有第二通道口，第一通道口和第二通道口与折流圈通道相通，其中最上层转子的第二通道口与气相出口、液相入口相通；最下层转子的第一通道口与气相入口、液相出口相通；其余转子的第二通道口与上一层转子的第一通道口相通。
本发明有益的效果是：1、结构简单、合理、紧凑。气相出口和液相入口分开设置，使用和加工更方便。2、壳体内设有多组层状分布的转子，增加单台设备的传质能力。3、在静折流圈的中心孔处设置引流管，以便将静折流盘上侧的液体引流至动折流盘的最内圈。4、动折流圈使用了上部具有一定开孔率的小孔板圈，其功能是，对气相而言，增大了气相的流通面积同时降低了气相流通阻力；对液相而言，液体被离心力从最下部的小孔中全部甩出，碰到静折流圈后有一部分液体被飞溅回动圈的较上部外侧，又被高速旋转的动圈再次甩向静折流圈；因此气液相通量增大，液相不易返混。(百页窗式的动折流圈使用效果与开孔相似)
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明实施例1的动折流圈部分放大结构示意图；
图3是本发明实施例2的动折流圈部分放大结构示意图；
图4是本发明实施例3的动折流圈部分放大结构示意图；
图中：1—动折流盘，1-1—动折流圈，1-1-1—通孔，2—气相入口，3—中间进料口，3-1—进料管，4—静折流盘，4-1—静折流圈，5—气相出口，6—引流管，7—液相入口，8—壳体，9—液相出口，10—转轴，11—第一通道口，12—第二通道口，13—折流圈通道，。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：如图1和图2所示这种多层折流式超重力旋转床装置，包括壳体8，壳体8下端设有气相入口2和液相出口9，壳体8上端面上设有气相出口5和液相入口7，壳体8中心设有两端贯穿壳体8的转轴10，转轴10上串联连接有由上到下呈层状排列的三层转子。该转子由与转轴10固定连接的动折流盘1、与壳体8固定连接的静折流盘4组成，静折流盘4搭接于壳体8内壁的搭板上，动折流圈1-1和静折流圈4-1分别固定连接在动折流盘1和静折流盘4上。一组同心且直径各异的动折流圈1-1、静折流圈4-1相对而设构成曲折的折流圈通道13，动折流圈1-1圈壁的上部开有一组圆孔。在转子下端的两侧设有第一通道口11，转子上端的中心设有第二通道口12，第一通道口11和第二通道口12与折流圈通道13相通，其中最上层转子的第二通道口12与气相出口5、液相入口7相通；最下层转子的第一通道口11与气相入口2、液相出口9相通；其余转子的第二通道口12与上一层转子的第一通道口11相通。第一通道口11由动折流盘1两侧与壳体8内壁留出的空隙形成，所述第二通道口12由静折流盘4所开的中心孔形成。第二通道口12设有引流管6，该引流管6下端通向第二通道口12的底部。壳体8两侧都设有中间进料口3，其中一侧的中间进料口3与第一通道口11相通，通过第一通道口11与折流圈通道13相通。另外一侧的中间进料口3通过进料管3-1与静折流圈4-1中段的折流圈通道13相通。
气体从气相入口2进入，首先进入底层转子，通过第一通道口11进入折流圈通道13，由外向内流入，最后从中间的第二通道口12流出。从第二通道口12流出的气体又流入上层转子的第一通道口11，如此层层上升，最后从最上层的第二通道口12流出，通过气相出口5流出壳体8外。液体则从液相入口7进入，以与气体相反的路径流动，最后从液相出口9排出。在气体、液体流动的过程中，在高速旋转的动折流盘1作用下，气液充分接触。
本发明的工作原理为；
1)、用于精馏时。由再沸器出来的气体从气相入口2进入壳体8内腔，首先通过第一通道口11进入底层转子，再沿着动折流盘1、静折流盘4、动折流圈1-1、静折流圈4-1之间的折流圈通道13，由外向内进行“S”形折流式流动，然后从中间的第二通道口12流出，到上一层的第一通道口11。如此层层上升，最后通过气相出口5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液相入口7进入，以与气体相反的路径通过折流圈通道13，在折流圈通道13中被高速旋转的同心动折流圈1-1壁板反复甩向同心静折流圈4-1壁板后粉碎成微小液滴和蒸气逆流接触，进行传质，液体通过液相出口9进入再沸器加热，精馏产物d以液体状态从再沸器排出；原料可以从中间进料口3进入静折流盘4上侧又通过引流管6进入动折流盘中心，也可以通过进料管3-1穿过静折流盘4进入折流圈通道13，参与气体、液体进行传质和传热，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，由同心动折流圈1-1带动液体转动，沿着折流圈向上运动，液体表面不断更新，在同心旋转动折流圈1-1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折流圈4-1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，比表面积大，而且是粉碎后露出的新表面，因此，在这一过程中，气液接触非常充分，且极大地降低了传质阻力和增加了传质系数。气液在转子中经过多次反复的逆流接触，可达到非常高的传质效率。本发明以甲醇—水为物系，在转速为1000r/min的实际精馏应用中，已达到的指标及生产能力如下：甲原料质量浓度为70％，成品出料质量浓度大于99.7％，废液中甲醇含量小于0.5％，成品产量为500kg/h。
2)、用于吸收或脱吸时。气体从气相入口2进入各层转子的折流圈通道由外向内进行“S”形折流式流动，并最后通过气相出口5排出；液体从液相入口7进入各层转子的折流圈通道13，被高速旋转的同心动折流圈1-1壁板反复甩向同心静折流圈4-1壁板后粉碎成微小液滴和气体逆流接触，进行传质。液体最后通过液相出口9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，不但增加了传质的面积，而且适当延长了气液在转子内的停留时间，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。气体从气相入口2进入各层转子的折流圈通道由外向内进行“S”形折流式流动并与从折流圈通道由内向外进行“S”形折流式流动的液体反应物进行反应，生成的液体反应物通过折流圈通道由内向外进行流动，最后通过液相出口9排出本装置，生成气体反应物由外向内流动，并最后通过气相出口5排出本装置；液体反应物从液相入口7进入各层转子的折流圈通道，被高速旋转的同心动折流圈1-1壁板反复甩向同心静折流圈4-1壁板后粉碎成微小液滴和气体逆流接触，进行反应、传质和传热，生成的液体反应物通过液相出口9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，而且适当延长了气液在转子内的反应时间，对于一些由传质速率控制的化学反应可显著提高反应速度。
实施例2，如图3所示与实施例1的不同之处在于：所述的动折流圈1-1圈壁的上部设有一组百页窗结构，百页窗的开口方向可以是顺时针方向也可以是逆时针方向。
实施例3，如图4所示与实施例1的不同之处在于：所述的动折流圈1-1圈壁的上部设有一组百页窗结构和开有一组圆孔。

Claims (8)

1、一种多层折流式超重力旋转床装置，包括壳体(8)，壳体(8)下端设有气相入口(2)和液相出口(9)，其特征是：
1)、壳体(8)上端面上设有气相出口(5)和液相入口(7)，壳体(8)中心设有两端贯穿壳体(8)的转轴(10)，转轴(10)上串联连接有由上到下呈层状排列的一组转子，壳体(8)上还设有与折流圈通道(13)相通的中间进料口(3)；
2)、该转子由与转轴(10)固定连接的动折流盘(1)、与壳体(8)固定连接的静折流盘(4)组成，动折流圈(1-1)和静折流圈(4-1)分别固定连接在动折流盘(1)和静折流盘(4)上；
3)、一组同心且直径各异的动折流圈(1-1)、静折流圈(4-1)相对而设构成曲折的折流圈通道(13)，并在转子下端的两侧设有第一通道口(11)，转子上端的中心设有第二通道口(12)，第一通道口(11)和第二通道口(12)与折流圈通道(13)相通，其中最上层转子的第二通道口(12)与气相出口(5)、液相入口(7)相通；最下层转子的第一通道口(11)与气相入口(2)、液相出口(9)相通；其余转子的第二通道口(12)与上一层转子的第一通道口(11)相通。
2、根据权利要求1所述的多层折流式超重力旋转床装置，其特征是：所述第一通道口(11)由动折流盘(1)两侧与壳体(8)内壁留出的空隙形成，所述第二通道口(12)由静折流盘(4)所开的中心孔形成。
3、根据权利要求1或2所述的多层折流式超重力旋转床装置，其特征是：所述第二通道口(12)设有引流管(6)，该引流管(6)下端通向第二通道口(12)的底部。
4、根据权利要求1所述的多层折流式超重力旋转床装置，其特征是：所述中间进料口(3)通过进料管(3-1)与静折流圈(4-1)中段的折流圈通道(13)相通。
5、根据权利要求1所述的多层折流式超重力旋转床装置，其特征是：所述的动折流圈(1-1)的圈壁上开有一组通孔(1-1-1)。
6、根据权利要求5所述的多层折流式超重力旋转床装置，其特征是：所述的动折流圈(1-1)圈壁的上部开有一组圆孔。
7、根据权利要求5所述的多层折流式超重力旋转床装置，其特征是：所述的动折流圈(1-1)圈壁的上部设有一组百页窗结构，百页窗的开口方向可以是顺时针方向也可以是逆时针方向。
8、根据权利要求5所述的多层折流式超重力旋转床装置，其特征是：所述的动折流圈(1-1)圈壁的上部设有一组百页窗结构和开有一组圆孔。
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Assignor: Zhejiang University of Technology

Contract record no.: 2010330001210

Denomination of invention: Multilayer deflection type overgravity rotary bed device

Granted publication date: 20070711

License type: Common License

Open date: 20051026

Record date: 20100628

Assignee: Zhejiang Tianyu Pharmaceutical Co., Ltd.

Assignor: Zhejiang University of Technology

Contract record no.: 2010330001217

Denomination of invention: Multilayer deflection type overgravity rotary bed device

Granted publication date: 20070711

License type: Common License

Open date: 20051026

Record date: 20100630

Assignee: Hangzhou Xinfu Pharmaceutical Co., Ltd., Zhejiang

Assignor: Zhejiang University of Technology

Contract record no.: 2010330001209

Denomination of invention: Multilayer deflection type overgravity rotary bed device

Granted publication date: 20070711

License type: Common License

Open date: 20051026

Record date: 20100628