CN202136827U - 一种小型化气液传质设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种小型化气液传质设备，包括外壳，气体进、出口管，液体进、出口管，其在外壳内设有一个绕转轴转动的动盘，动盘上设置若干折流圈，在外壳内与转动盘相对应的还设有一静盘，所述的静止盘上液固定若干折流圈。本实用新型大幅度地减小了生产设备的尺寸，减少了工厂的用地，增加了生产的安全性，将设备安装在单层的楼房内便可操作运行。该设备具有性能好、效率高、能耗低、体积小等特点，是一种值得推广的资源节约型的小型化气液传质设备。

Description

一种小型化气液传质设备

技术领域

本实用新型提供一种小型化气液传质设备，具体涉及一种高效的精馏器。 

背景技术

在化工、制药、材料、环保及能源等工业生产过程中，有机物的分离操作中(如精馏、汽提或吸收等)大量使用塔器，包括填充塔和板式塔，气液两相是依靠重力场的作用实现接触传质，达到分离提纯的目的。但由于重力场较弱，液膜流动缓慢，单位体积內有效接触面积小，因此传质效率很低，设备体积庞大，空间利用率低。20世纪80年代初发展起来的超重力场旋转床可利用旋转产生的离心力场来代替常规重力场，使得气液两相之间的传质、传热或反应过程得到强化，达到增加效率、缩小设备和降低能耗的目的。目前国内外已将该技术成功地应用到化工、制药等工业过程的分离和反应操作中，如吸收、除尘、纳米材料的制备等，但由于单台设备分离能力有限、无法实现中间进料等原因，已报道的填充式或碟片式等几种类型的超重力场旋转床至今都未能在单台设备中实现工业生产中的连续精馏过程。 

实用新型内容

本实用新型克服现有技术的缺点，提供了一种小型化气液传质设备，其采用的技术方案如下所述。 

一种小型化气液传质设备，包括外壳，气体进、出口管，液体进、出口管，其特征在于，在外壳内设有一个绕转轴转动的动盘，动盘上设置若干折流圈。 

其中，在外壳内与转动盘相对应的还设有一静盘，所述的静止盘上液固定若干折流圈。 

本实用新型的具体结构请参见后面所述。 

附图说明

图1是本实用新型实施例中折流式超重力场旋转床结构示意图； 

图2是本实用新型实施例中三层式折流式旋转床结构示意图； 

图3是本实用新型实施例中每对折流圈平均压降与环隙间气相动能F因子的关系图； 

图4是本实用新型实施例中每对折流圈平均压降与环隙间液体喷淋密度L的关系图； 

图5是本实用新型实施例每对折流圈平均传质效率与环隙间气相动能F因子的关系图； 

主要符号含义： 

1-动盘；2-气体入口管；3-折流圈；4-静盘；5-气体出口管；6，7-液体进料管；8-壳体；9-液体出口管；10-转轴；11-折流圈。 

具体实施方式

下面给出本实用新型的较佳的实施例，这些实施例并非限制本实用新型的内容。 

实施例

折流式超重力场旋转床的核心部件为动静结合的转子，将若干同心圈固定在动盘之上构成动折流圈群，由转轴带动其旋转，与动折流圈相对且与其嵌套安装的直接固定在静止盘上的为静折流圈群，其结构如图1所示。 

其工作原理是：作为连续相的气体由气体入口管2进入壳体，在压差的作用下，从转子外缘沿着静折流圈与动折流圈之间的间隙曲折地由外向中心逐圈流动，最后经气体出口管5离开床体；作为分散相的液体由液体进料管6进入并被引流至动盘中心，随后被一系列高速旋转的动折流圈反复甩向静折流圈，最后在壳体内收集后由液体出口管9引出。液相在其间经历了多次分散-聚集的过程，在此过程中，液体以极其细微的液滴甩离动圈，高速运动的液滴在静圈上被碰撞、剪切和飞溅，在旋转气体离心力的作用下形成了比表面积极大而又不断更新的气液界面，因此具有极高的传质速率。与重力场下的传统塔器相比，折流式超重力场旋转床同样具有常规的超重力场旋转床(填料式或碟片式等)所具有的特点，传质效率高，设备体积小，停留时间短，持液量小，抗堵能力强，开停车容易，适用于贵重物料、热 敏物料、高粘度物料或者有毒物料的处理，可以在高度、大小受限制的场合使用。但与常规的超重力场旋转床相比，在工业生产的精馏操作中，折流式超重力场旋转床在结构上具有更显著的优点： 

(1)折流式超重力场旋转床只有下盘旋转，上盘静止，巧妙地解决了动与静的矛盾，省掉了转子与气相出口之间的动密封，每台设备只需1处动密封(即转子与壳体之间的动密封)，降低了设备的制造难度。而常规的超重力场旋转床固定填料的上下盘均旋转，为保证气体流过转子，需要2处动密封，而且上动密封与介质直接接触易腐蚀从而影响设备的寿命。 

(2)折流式超重力场旋转床的上盘静止，可以方便地在上盘的任意位置设置进料口，从而可以实现连续精馏过程。而常规的超重力场旋转床由于转子整体旋转，无法实现中间进料，必须将2台旋转床串连才能实现连续精馏的中间进料，这样使得流程复杂，设备投资增大。 

(3)折流式超重力场旋转床不需要初始液体分布器，防堵塞能力强。而常规的超重力场旋转床需要初始液体分布器，否则由于液体分布不均匀会大大降低传质效率。 

(4)折流式超重力场旋转床“S”型的曲折通道适当的延长了气液接触时间，有利于传质效率的提高。而常规的超重力场旋转床的直径有限(受动平衡的限制)，尽管转子内气液传质具有极高的速率，但由于气液接触时间极短，使单台设备的分离能力受到限制，不能满足常规有机物精馏分离的要求。 

(5)折流式超重力场旋转床可以在同一个壳体内方便地在同一轴上安装多层转子，将单台设备的理论板数成倍地提高，图2即为一台三层转子的折流式超重力场旋转床的结构示意图。而常规的超重力场旋转床要实现转子的串联，则必须使用2台以上的设备来完成。 

图3～图5给出了以空气-水和乙醇-水为物系测定的流体力学性能和传质性能。折流式超重力场旋转床的每对动静折流圈压降随气相动能因子F和转速的增大而增大，但先随液体喷淋密度L的增大而下降，随后基本不变。正常操作条件下，每对动静折流圈压降与重力场下的传统板式塔的每块塔板的压降相近，但在同一喷淋密度下，操作气相动能因子F却要比重力场下的传统塔器大得多，并且无明显的压降转折点，即折流式超重力场旋转床极大地提高了液泛气速。从图5中可 看出，全回流条件下，在较小的气、液通量时，每对动静折流圈的传质效率随气、液通量的增加有较明显的下降，但在气相动能因子F大于3m/s(kg/m3)^0.5之后基本不随气、液通量而变，从而表明了折流式旋转床具有良好的操作弹性。但转子的旋转速度对理论板数有较大的影响，在1000r/min以下，理论板数随转速的增大而增大，而在转速大于1000r/min时，传质效率随转速的增大而变化不大，综合考虑机械制造和动平衡等因素，工业应用的折流式旋转床操作转速为1000r/min左右。以气、液通过的径向有效长度计算，在转速为1000r/min，全回流量为600L/h的条件下，其可达每米20块理论板数的分离能力，一台直径为830mm、高度仅为018m的三层折流式旋转床可达15～20块理论板，能满足常规有机物精馏分离提纯的要求。 

对乙醇-水精馏、甲醇-水精馏应用实例中，在完成相同的产量和产品质量的前提下，将折流式超重力旋转床与传统的填料塔进行了高度和体积的比较，结果见表2。 

表2折流式超重力旋转床与填料塔设备尺寸的比较 

Table 2 The size comparison of ZRB and packed column 

同时有关机构对甲醇-水连续精馏系统在正常操作条件下进行了能耗的测试，结果见表3。 

表3能耗测试结果 

Table 3 The results of power rest 

备注：测试包括了循环冷却水耗电量生产厂家蒸汽价格为130元/T，电价格为0.5元/kWh 

由表2和表3可知，设备高度分别下降到填料塔的1/16.4和1/13.8，体积缩小到填料塔的1/4.1和1/7.2，单位甲醇成品所耗的能仅为135.71元/吨。可见折流式超重力旋转床极大地强化了气液间的传质，能够减小塔设备及辅助投资和能耗。 

工业生产充分表明，壳体高度为0.8m的折流式超重力场旋转床的分离效果 与10多米高的填料塔相当，而设备的占地面积不足2m2，大幅度地减小了生产设备的尺寸，减少了工厂的用地，增加了生产的安全性。将设备安装在单层的楼房内便可操作运行。有关机构的测试结果表明该设备具有性能好、效率高、能耗低、体积小等特点，是一种值得推广的资源节约型的小型化气液传质设备。 

Claims (2)

1.一种小型化气液传质设备，包括外壳，气体进、出口管，液体进、出口管，其特征在于，在外壳内设有一个绕转轴转动的动盘，动盘上设置若干折流圈。

2.如权利要求1所述的一种小型化气液传质设备，其特征在于，在外壳内与转动盘相对应的还设有一静盘，所述的静止盘上也固定若干折流圈。