CN201101903Y - 一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置 - Google Patents

Abstract

一种具有汽压补偿的折流式或填料床式超重力离心分离装置，包括壳体(1)，壳体(1)中心设有两端贯穿壳体的转轴(5)，转轴(5)上连接有多级转子，多级转子由上到下呈层状排列的一组多层离心盘或旋转填料床结构转子构成；在多级转子之间，设有级间风机(7)。本实用新型装置由于加入了级间风机，使得气流经过风机后提高了压头，弥补了前级分离过程中由于汽道和液滴形成的阻力造成的压力损失。基本可以保证在每一级的分离过程中，传质、传热的工况一致性，同时可以降低转轴转速，使制造成本下降。

Description

一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置

所属技术领域

本实用新型涉及超重力离心分离装置，特别涉及超重力离心旋转床装置。

背景技术

多相流之间的质量、热量传递与反应是化工、环保、能源等工业生产中最基本的过程之一，在这些过程中大量使用着填料塔、板式塔等装置。汽液逆流接触设备是在地球重力场的作用下实现汽-液接触进行传质的，物质的相间传递和反应效果与自身的物化性质、湿度、压力等有关，还与相间接触面积的大小、流动状况以及相对速度有关。由于重力场较弱，液膜厚、流动缓慢、停留时间长，单位体积内有效接触面积小、由液膜控制的传质过程的体积传质系数低，故这类设备体积庞大，空间利用率和设备生产强度低。

超重力传质技术是一种突破重力场影响的离心传质技术，它利用强大的离心力场代替了重力场，使汽液两相的相对速度大大提高，相界面更加快速地更新，实现了传质过程的强化，成倍提高生产强度。

超重力离心分离装置的核心部件为一高速旋转的转子；该转子可由离心盘或填料组成，形成汽液相接触的表面通道。这样的超重力离心分离装置相应地被称为折流式超重力离心分离装置、填料床式超重力离心分离装置。

在折流式超重力离心分离装置中，液体在离心盘上受到离心力的作用，从离心盘中央向离心盘外周作径向的高速离心运动；汽体由于受到液击盘的影响，从离心盘外周向离心盘中央运动。由于在离心盘上设置有挡板，使得液体在挡板的作用下，离开离心盘向汽体中高速运动，在运动中撞击在液击盘上，撞碎形成微小液滴，与逆向流过的汽体进行传质、传热；在此传质、传热中，由于重力的作用液滴向下汇集到一起，坠落到离心盘上，再次被离心加速后甩向空间，在液击盘上被击碎，形成微小液滴，再次与逆向流过的汽体进行传质、传热；如此反复，最终通过排放管排出。在这里汽液的相对流速对汽液分离来说是关键：流速不能过小，否则由于离心力过小，液滴被液击盘粉碎为微小液滴的机会也减少，从而使汽液分离倾向减小；但流速过大会导致液体在离心盘上的液膜断裂，失去了传质、传热的机会，相对降低了传质、传热的效率。同时，高流速的获得是由离心盘的转速实现的，离心盘的高速旋转，会导致动平衡问题以及显而易见的液击问题。

在填料床式超重力离心分离装置中，液相流动由重力场条件变成了超重力场条件，流体力学特性和汽液之间的传质传热规律有所不同；在旋转填料床内，不同相间物料作强制性的接触运动，液相被分散成薄膜或细小雾滴，极大地提高了相界面积，界面急速更新，强化了传递过程。

例如，逆流型旋转填料床中，强制汽流由填料床的周边进入旋转着的填料床，自外向内作强制性的流动，最后由中间流出；而液体由位于中央的一个静止分布器进入旋转体，在离心力作用下自内向外通过填料流出，被拉成极薄的膜，很细的丝和微小的滴，表面被迅速更新，产生巨大的相间接触面积，使汽液之间发生高效的逆流接触。液体在高分散、高混合、强湍动以及界面急速更新的情况下与汽体以极大的相对速度在弯曲流道中接触，极大地强化了传递过程。有报道：在工业中采用超重力场汽液传质反应器，在1000倍于重力场的离心力场作用下，液膜流速可提高10倍以上，体积传质系数可增加一个数量级。

超重力离心分离装置具有体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵活等优点。已被广泛应用于(1)蒸馏、精馏；(2)环保中的除尘、除雾，烟汽中二氧化硫及有害汽体的去除，液-液分离，液-固分离；(3)吸收，对天然汽的干燥、脱碳、脱硫，对二氧化碳的吸收；(4)解吸，从受污染的地下水中吹出芳烃、化学热(吸收解吸)；(5)旋转电化学反应器及燃料电池(快速去除汽泡，降低超电压)；(6)旋转聚合反应器；(7)旋转盘换热器、蒸发器；(8)聚合物脱除挥发物；(9)生物氧化反应过程的强化。

发明内容

为了提高超重力离心分离装置的传质能力，满足大通量情况下汽液分离的需要，可以采用多层离心盘或填料床结构的转子，在本说明书中将此结构的转子称为多级转子。

由于超重力离心分离装置中流速对汽液分离来说是关键，流速不能过小；而多级转子由于汽道和液滴形成的阻力增大，会带来较大的汽体压力损失，改变分离装置内的整齐的流动状态，形成很大的传热、传质系数梯度，破坏多级转子各级分离过程中传质、传热的工况一致性，使分离装置的处理能力下降很大，甚至无法完成所要求的分离任务。

同时，对于折流式超重力离心分离装置，不能简单地采取增大其几何尺寸的办法来提高流速，因为高速运转的折流式超重力离心分离装置将会引发种种机械设计、工艺、制造等方面的一系列问题；

对于填料床式超重力离心分离装置，如果速度过低，填料表面的液膜厚度过厚，则传质、传热效率也不好。但也不能简单地采取增加其转速的办法来提高流速，因为转速过快，会导致填料表面液膜断裂，致使传质、传热效率下降。

本实用新型的目的是为了克服现有的超重力离心分离装置的液体分布与转速的匹配难以优化、蒸汽压力损失大，尺寸大、高转速的超重力离心分离装置加工复杂等缺点。

本实用新型提供了一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，可以提高汽液相对速度、补偿汽体压力损失，传质、传热效率高，制造成本低。本实用新型采用的技术方案包括：

一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，为折流式超重力离心分离装置，包括壳体，壳体下端设有进汽口，该进汽口同时也是回液口；壳体上端设有出汽口；壳体上端和中部分别设有上进液管和下进液管；壳体中心设有两端贯穿壳体的转轴，转轴上连接有多级转子，多级转子由由上到下呈层状排列的一组多层离心盘结构转子构成，壳体上设有与离心盘相配合的液击盘；离心盘与相配合的液击盘构成曲折的通道，可以进行汽液间的传质、传热；

最下的一层离心盘和与之相配合的液击盘构成第一级转子；第一级转子上面的一层离心盘和与之相配合的液击盘构成第二级转子；如此重复构成N级多级转子；

在第一级转子，从进汽口进入的汽体由于受到液击盘的影响，从离心盘外周向离心盘中央运动，完成在第一级转子的传质、传热。然后汽体从液击盘中央向上进入第二级转子，同样受到液击盘的影响，从离心盘外周向离心盘中央运动，完成在第二级转子的传质、传热。如此重复直到完成在全部转子的传质、传热。

在多级转子的各级转子之间，设有级间风机，这里的级间风机为离心风机，使得汽体经过风机后提高了压头再进入下一级转子，弥补了前级分离过程中由于汽道和液滴形成的阻力造成的压力损失；

级间风机安装于转轴，即风机叶轮与离心盘使用同轴传动；

虽然风机叶轮与离心盘使用同轴传动，但使用同轴变速机构可以实现两者不同的转速；风机叶轮与离心盘的转速比可以为3∶1，优选风机叶轮与离心盘的转速比为2～1.2∶1。

本实用新型采用的另一个技术方案包括：

一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，为填料床式超重力离心分离装置，包括壳体，壳体上端设有进液管1，壳体下端设有进液管2和进汽管；壳体上端设有出汽口；壳体上部和中部分别设有出液管1和出液管2；壳体中心设有两端贯穿壳体的转轴，转轴上连接有多级转子，多级转子由由上到下呈层状排列的一组多层填料床结构的转子构成；多级转子中填料床结构的转子数可以为2、3、4或10以内的适宜的数；

填料床中心空腔与进液管相连；

壳体上设有转子间隔板，转子间隔板位于各级转子之间，其中央部分设孔；根据需要，位于转子间隔板中央部分设的孔之处，可以设有级间风机；这里的级间风机为轴流风机。级间风机将来自进汽口的汽体强制定向并加速，增加了传热、传质效率；完成传质、传热后的汽体从这里经过轴流风机和导流罩进入下一级转子；

导流罩设在两级转子之间，导流罩的一端连接转子间隔板中央部分设的孔，或者连接轴流风机；导流罩的另一端连接下一级转子填料床的端面；

轴流风机安装于转轴，即风机叶轮与填料床结构的转子使用同轴传动；

虽然风机叶轮与填料床结构的转子使用同轴传动，但使用同轴变速机构可以实现两者不同的转速；风机叶轮与填料床结构的转子的转速比可以为3∶1，优选风机叶轮与填料床结构的转子的转速比为2～1.2∶1 。

本实用新型提供的这种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，级间风机的设置数目可以根据实际情况调节：

例如，可以在多级转子的每个转子之间均设置有级间风机，也可以只在多级转子若干个转子之间设置有级间风机；

工作时，各个级间风机可以同时启用，也可以根据实际情况只启用一个或几个级间风机。

本实用新型提供的这种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，具有如下的优点：

1.由于加入了级间风机，使得汽流经过风机后提高了压头，弥补了前级分离过程中由于汽道和液滴形成的阻力造成的压力损失。基本可以保证在每一级的分离过程中，传质、传热的工况一致性。

2.级间风机使得汽流速度可以提高，意味着汽、液相对速度增加，因此，可以在较低的转轴转速条件下，获得理想的传热、传质效率。

3.转轴转速降低后，可以减少离心分离装置中的液击现象，使得装置的运行寿命增加。

4.转轴转速降低后，减小了离心分离装置对动平衡的要求，使制造成本下降；并可以很容易的实现离心分离装置的大型化。

5.由于级间风机与转子共用一个转轴，使装置结构简单，尤其是小型的此类型的离心分离装置。

6.虽然级间风机与转子使用同轴传动，但使用同轴变速机构可以方便地实现两者不同的转速。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但并非限制本实用新型的应用范围。

附图说明

附图1是本实用新型的折流式超重力离心分离装置的结构示意图；

附图2是填料床式超重力离心分离装置的结构示意图；

附图3是同轴变速机构的结构示意图；

附图4是离心盘的结构示意图；

附图5是的液击盘结构示意图。

附图1中：壳体(1)，上进液管(2)，出汽口(3)，进汽口(4)，转轴(5)，液击盘(6)，级间风机(7)，离心盘(8)，下进液管(9)；

附图2中：进液管1(2-1)，旋转填料床1(2-2)，轴流风机(2-3)，进汽管(2-4)，轴承(2-5)，出液管1(2-6)，出液管2(2-7)，固定联接(2-8)，进液管2(2-9)，碗状密封(2-10)，旋转填料床2(2-11)，转子间隔板(2-12)，导流罩(2-13)；

附图3中：轴承(3-1)，齿轮1(3-2)，齿轮2(3-3)，齿轮3(3-4)，轴承压板(3-5)。

具体实施方式

实施例1、

一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，为折流式超重力离心分离装置(参附图1)，包括壳体(1)，壳体(1)下端设有进汽口(4)，该进汽口(4)同时也是回液口；壳体(1)上端设有出汽口(3)；壳体(1)上端和中部分别设有上进液管(2)和下进液管(9)；壳体(1)中心设有两端贯穿壳体的转轴(5)，转轴(5)上连接有多级转子，多级转子由由上到下呈层状排列的一组多层离心盘结构转子构成；壳体(1)上设有与离心盘(8)相配合的液击盘(6)；离心盘(8)与相配合的液击盘(6)构成曲折的通道，可以进行汽液间的传质、传热；最下的一层离心盘(8)和与之相配合的液击盘(6)构成第一级转子；第一级转子上面的一层离心盘(8)和与之相配合的液击盘(6)构成第二级转子；如此重复构成N级多级转子；

在第一级转子，从进汽口进入的汽体由于受到液击盘(6)的影响，从离心盘(8)外周向离心盘(8)中央运动，完成在第一级转子的传质、传热。然后汽体从液击盘(6)中央向上进入第二级转子，同样受到液击盘(6)的影响，从离心盘(8)外周向离心盘(8)中央运动，完成在第二级转子的传质、传热。如此重复直到完成在全部转子的传质、传热。

在多级转子的各级转子之间，设有级间风机(7)，这里的级间风机(7)为离心风机，使得汽流经过风机后提高了压头再进入下一级转子，弥补了前级分离过程中由于汽道和液滴形成的阻力造成的压力损失；

级间风机(7)安装于转轴(5)，即风机叶轮与离心盘(8)使用同轴传动；

虽然风机叶轮与离心盘(8)使用同轴传动，但使用同轴变速机构可以实现两者不同的转速；风机叶轮与离心盘(8)的转速比可以为3∶1，优选风机叶轮与离心盘(8)的转速比为2～1.2∶1。

工作时，离心盘(8)通过转轴(5)获得离心转速。蒸汽在蒸馏釜中产生后，通过进汽口(4)进入到壳体(1)之内，沿着离心盘(8)与液击盘(6)之间的缝隙流动，然后汽体从液击盘(6)中央向上进入第二级转子时，被级间风机(7)加速、升压后进入第二级转子，依次类推；最终在蒸汽与液体进行完传热、传质交换后，通过出汽口(3)进入冷凝器冷凝为液体，其液体一部分进入上进液管(2)流入离心盘(8)，另一部分作为产品收集；同时，原料液也通过下进液管(9)进入离心盘(8)，液体在离心力的作用下获得高速，在径向力和轴向抵抗力合力的作用下，撞击在液击盘(6)上，形成微小液体、汽雾，在与流过的汽体进行完本阶段的传质、传热过程后，靠重力的导引，沿液击盘(6)流入到离心盘(8)上，并再次被加速并撞击在液击盘(6)上，如此类推。液体在进行完所有阶段的传质、传热过程后，流入到进汽口(4)(回液口)，进入蒸馏釜进行再沸，如此循环，完成精馏过程。

为保障液滴被离心盘(8)甩出时成散射状态，离心盘(8)结构如附图4所示；同时，为保障被离心盘(8)甩出的散射液滴在液击盘(6)的作用下尽可能的广泛雾霰，液击盘(6)的表面结构如附图5所示。

这里的同轴变速机构的结构见附图3。由齿轮1(3-2)、齿轮2(3-3)、齿轮3(3-4)组成的变速组件可以调节风机叶轮与离心盘(8)的转速比。风机叶轮与离心盘(8)的转速比可以调节为3∶1，优选风机叶轮与离心盘(8)的转速比调节为2～1.2∶1。

实施例2、

一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，为填料床式超重力离心分离装置(参附图2)，包括壳体(1)，壳体(1)上端设有进液管1(2-1)，壳体(1)下端设有进液管2(2-9)和进汽管(2-4)；壳体(1)上端设有出汽口(3)；壳体(1)上部和中部分别设有出液管1(2-6)和出液管2(2-7)；壳体(1)中心设有两端贯穿壳体的转轴(5)，转轴(5)上连接有多级转子，多级转子由由上到下呈层状排列的一组多层填料床结构的转子构成；这里的多级转子由第二级旋转填料床1(2-2)、第一级旋转填料床2(2-11)构成；旋转填料床1(2-2)中心空腔与进液管1(2-1)相连，旋转填料床2(2-11)中心空腔与进液管2(2-9)相连；

壳体上设有转子间隔板(2-12)，转子间隔板(2-12)位于各级转子之间，其中央部分设孔；根据需要，位于转子间隔板(2-12)中央部分设的孔之处，可以设有级间风机；这里的级间风机为轴流风机(2-3)。

导流罩(2-13)设在两级转子之间，导流罩(2-13)的一端连接转子间隔板(2-12)中央部分设的孔，或者连接轴流风机(2-3)；导流罩(2-13)的另一端连接下一级转子填料床的端面；

完成传质、传热后的汽体从这里经过轴流风机(2-3)和导流罩(2-13)从下一级转子填料床的端面进入下一级转子，汽体被强制定向并加速，提高了压头，进行下一级的传热、传质；

轴流风机(2-3)安装于转轴(5)，即风机叶轮与填料床结构的转子使用同轴传动；

虽然风机叶轮与填料床结构的转子使用同轴传动，但使用同轴变速机构可以实现两者不同的转速；风机叶轮与填料床结构的转子的转速比可以为3∶1，优选风机叶轮与填料床结构的转子的转速比为2～1.2∶1。

这里的同轴变速机构的结构见附图3。由齿轮1(3-2)、齿轮2(3-3)、齿轮3(3-4)组成的变速组件可以调节风机叶轮与填料床结构的转子的转速比。风机叶轮与填料床结构的转子的转速比可以调节为3∶1，优选风机叶轮与填料床结构的转子的转速比调节为2～1.2∶1。

工作时，进液管2(2-9)喷射液体到第一级旋转填料床2(2-11)中心空腔，在离心力的作用下液体迅速濡湿填料；汽体经过进汽管(2-4)进入装置内，在轴流风机(2-3)的作用下，径向流动通过旋转填料床2(2-11)与液体进行传质、传热交换，并经过转子间隔板(2-12)中央部分设的孔和导流罩(2-13)、从第二级旋转填料床1(2-2)的端面进入下一级转子，汽体被强制定向并加速，提高了压头，进行在旋转填料床1(2-2)中的传热、传质；

而液体经过出液管2(2-7)排出后与进料液汇合经进液管1(2-1)喷入旋转填料床1(2-2)中心空腔，与轴流风机(2-3)送来的汽体再次进行传热、传质交换；最终汽体经过出汽口(3)进入冷凝器冷凝，冷凝后的液体一部分作为产品收集，一部分作为回流液进入进液管2(2-9)循环精馏；传热、传质完成后的液体，通过出液管1(2-6)送至再沸器继续参与精馏。

实施例3、

如实施例2的填料床式超重力离心分离装置，但多级转子由由上到下呈层状排列的N层填料床结构的转子构成；N可以为2、3、4或10以内的适宜的数。

实施例4、

如实施例1、2或3所述的超重力离心分离装置中的任何一种装置，但在多级转子的每个转子之间均设置有级间风机，也可以只在多级转子若干个转子之间设置有级间风机；

工作时，各个级间风机可以同时启用，也可以根据实际情况只启用一个或几个级间风机。

Claims (8)

1. 一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，包括壳体(1)，壳体(1)下端设有进汽口(4)，该进汽口(4)同时也是回液口；壳体(1)上端设有出汽口(3)；壳体(1)上端和中部分别设有上进液管(2)和下进液管(9)；壳体(1)中心设有两端贯穿壳体的转轴(5)，其特征在于：

装置为折流式超重力离心分离装置，转轴(5)上连接有多级转子，多级转子由由上到下呈层状排列的一组多层离心盘结构转子构成；壳体(1)上设有与离心盘(8)相配合的液击盘(6)；离心盘(8)与相配合的液击盘(6)构成曲折的通道；

在多级转子之间，设有级间风机(7)，这里的级间风机(7)为离心风机；级间风机(7)安装于转轴(5)。

2. 根据权利要求1所述的一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，其特征在于所述的级间风机(7)使用同轴变速机构安装于转轴(5)。

3. 根据权利要求1或2所述的一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，其特征在于所述的级间风机(7)只设置在若干个转子之间。

4. 一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，包括壳体(1)，壳体(1)上端设有进液管1(2-1)，壳体(1)下端设有进液管2(2-9)和进汽管(2-4)；壳体(1)上端设有出汽口(3)；壳体(1)上部和中部分别设有出液管1(2-6)和出液管2(2-7)；壳体(1)中心设有两端贯穿壳体的转轴(5)，其特征在于：

装置为填料床式超重力离心分离装置，转轴(5)上连接有多级转子，多级转子由由上到下呈层状排列的一组多层填料床结构的转子构成；这里的多级转子由第二级旋转填料床1(2-2)、第一级旋转填料床2(2-11)构成；旋转填料床1(2-2)中心空腔与进液管1(2-1)相连，旋转填料床2(2-11)中心空腔与进液管2(2-9)相连；

壳体上设有转子间隔板(2-12)，转子间隔板(2-12)位于各级转子之间，其中央部分设孔；位子转子间隔板(2-12)中央部分设的孔之处，设有级间风机；这里的级间风机为轴流风机(2-3)；

导流罩(2-13)设在两级转子之间，导流罩(2-13)的一端连接轴流风机(2-3)，导流罩(2-13)的另一端连接下一级转子填料床的端面；

轴流风机(2-3)安装于转轴(5)。

5. 根据权利要求4所述的一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，其特征在于所述的轴流风机(2-3)使用同轴变速机构安装于转轴(5)。

6. 根据权利要求4所述的一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，其特征在于所述的多级转子中填料床结构的转子数选自2、3、4中的一个。

7. 根据权利要求5所述的一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，其特征在于所述的多级转子中填料床结构的转子数选自2、3、4中的一个。

8. 根据权利要求4或5所述的一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置，其特征在于所述的轴流风机(2-3)只设置在若干个转子之间。

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