CN206746511U - 一种超重力旋转床 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超重力旋转床，其特征在于：填料组件由旋转床架、旋转填料床组成，由多层填料芯层搭建成旋转床架，每层的填料芯层都设有环状的等分空腔，每个等分空腔中都安装有一组填料模块，每个填料模块都是具有一定厚度的环状扇形等分体做成的微孔填料，由若干具有一定厚度的环状扇形等分体组成所述旋转填料床。本实用新型的旋转填料床是由多层的填料床层所组成，比单层填料床层的现有技术结构成倍的提高了介质流通面积；比在单一的柱体环形填料传质的流通面积大大的有所扩展；同时，外侧喷淋系统的设置，从根本上弥补了超重机旋转填料在径向方向上液相介质分布流量呈几何级数递减的弊端。

Description

一种超重力旋转床

[技术领域]

本实用新型涉及一种气液两相流之间进行传质的化工反应设备，具体是一种化工传质过程用大通量超重力旋转床。

[背景技术]

超重力是指在人为设置的条件下，能使物质的运动速度超过地球重力加速度g(g＝9.8m.s^-2)的物理条件下形成的一种物质运动形态。液体在超重力条件下所发生的化学反应过程，完全不同于自然空间条件下的常规形态，特别是在通过高速旋转的具有微观尺度孔隙的填料层时，高速旋转的填料层对液态介质所产生的离心速度，大大的超过自然的重力加速度g,而且使液体被孔隙间壁高度的剪切、破碎和分散，不仅能减小传质时介质流出填料层时的阻力，而且极大的增加了传质过程的比表面积，强化了液-气之间、液-液之间介质的传质过程，提高了传质效率。

气液两相间的传质过程是一种最基本的化工反应过程，应用领域十分广泛。研究发现，在自然状态下或微重力场条件下，控制多项流体动力学行为的浮力因子△pg接近于零，气液两相介质间的相对运动速度很低，传质过程极其微弱，而更严重的是，在几乎没有重力场的情况下，液体的表面张力将起主导作用，液体凝聚在一起，相间交换传质过程很难进行。

超重力旋转床就是一种强化化学传质过程的新型反应器，在超重力旋转床内设置有高速旋转的填料层芯，使从旋转床中心通入的液相经过填料层芯通透的孔隙时产生的离心力，液体受到巨大剪切力作用，使其在填料芯内被高度的剪切和分散，将液体撕裂成微米至纳米级的丝、膜和滴，形成巨大的相间界面，界面形态产生高速的变化和更新，改变了两个传质效率的必要条件，与同时通入旋转床的另一类介质完成两相间高效的化学传质过程，能使液相传质系数提高了1-2个数量等级。

超重力旋转床是一种强化化学传质过程的新型反应器，是一项化工传质反应的技术设备，被誉为跨世纪的技术突破，超重力旋转床也被誉为“化学工业的晶体管。”

虽然这项技术的原理早已被人们所知晓，但在工程领域的应用却很少，目前基本停留在实验室试验阶段，在工业系统中少量应用的超重力旋转床，一般也仅为试用阶段，尚未进行广泛的应用与推广，目前，超重力旋转床技术设备在工程应用中的主要难点在于：

1.由于超重力旋转床重力系数与转数成正比，转数越高，传质效率越高，但由于受结构动力学的限制，高速旋转的填料层芯的结构尺寸不能做的很大，致使流通面积较小，目前还只能应用于小流量介质的工程项目上面。

2.由于超重力旋转床转数较高，旋转床的填料层芯往往都做成一组单一的环状旋转体结构，囿于流体在填料层芯内流动速度的限制，介质注入的速度也不能很大，液体介质注入量过大时，将产生液泛现象，就破坏了传质系统的工作状态，造成系统的传质过程不能稳定进行；

3.由于液相介质需要从旋转床体旋转轴的一端进入旋转体的中心空腔，在

结构上，往往把轴设计成单端支撑的轴承结构，这种悬臂的支撑结构，限

制了旋转轴的长度和转数，旋转床填料层芯的流通面积难以扩展。

根据以上几点，旋转床的填料层芯相对于介质的流动速度和流通面积都十分有限，不能对大流量的气、液态介质进行处理，使其应用范围受到很大的限制。

如在对锅炉烟气脱硫净化处理过程中，需要进行气-液传质方面的过程反应，由于存在以上问题，超重力旋转床还不能适应大流量气液介质间的传质处理。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是为了对现有超重力旋转床结构存在的弊端加以优化和改进，提供一种结构新颖、介质流通量大、安全可靠，功效高的一种超重力旋转床，其结构包括设置在这种超重力旋转床的机壳、动力和传动系统、气相进出口、液相进出口、旋转床架、填料层芯、液相喷淋系统等所组成，其特征在于：

所述的旋转床架，设置有多层填料芯层。填料芯层固定在旋转轴上的上下端盖槽板和把其端盖槽板连接在一起的若干连接柱上。连接柱与旋转轴中心轴线等距均布，连接柱上设置有至少一层放射状滑轨，每层滑轨有若干个等角度设置的支架，单个支架制作成“H”型，两两相邻间的支架形成若干个周向等分的空腔，可以向空腔装入填料层芯模块；每个支架的外侧端都设有锁口，将填料层芯用定位杆插入锁口锁紧。

所述的旋转轴，是由中部的空心管段和上部的空心管轴承段以及下端的实心轴承段所组成，三段之间焊接形成一体，旋转轴上部的空心管轴段穿过轴承盒的轴承与旋转接头的旋转端相固接，旋转轴下端的实心轴段穿过轴承盒的轴承与皮带轮相连接，旋转接头的固定端通入液相介质进入中部的空心管段。中部空心管段的侧壁上开有若干个喷口，液相介质可以由喷口喷射；

旋转床架中设置有多层的填料层结构，每层的填料层都设有环状的等分空腔，每个等分空腔中都安装有一组填料模块，每个填料模块都是具有一定厚度的环状扇形等分体做成的微孔填料，扇形环状等分体填料由扇环状形上、下层板和圆弧外侧板所构成，填料层芯模块的环状上层板、下层板和圆弧外侧板既可以一次模制整体成型，也可以单体组合；

所述的填料层芯模块的材料可以由具有微小孔隙的丝絮材料以及通透孔隙的泡沫材料等所组成，如塑料丝，不锈钢丝絮层以及烧结碳化硅泡沫、烧结聚四氟乙烯泡沫材料等；

所述的液相喷淋组件，主要由内、外两侧的喷淋系统所组成。其中的内侧喷淋系统，是指液相介质是从外接的液体介质管路，经过旋转接头进入旋转轴，由旋转轴的空心轴段设有的喷口喷出，射入填料层芯模块的内侧空腔，进入填料层中的微孔，在强大离心力的作用下，迅速的被加速、切割和撕扯，高速的更新液体介质的空间形态，高速的更新液相界面，与其从旋转床填料层外侧引入的气相介质通过填料层的微孔与液相介质充分接触，这种气液传质形态，能够极大的扩大气液接触表面，同时液相传质界面实时处于高速更新状态，大大的提高了传质效率；

所述的液相喷淋系统，是设置在填料层芯外侧的喷淋装置。喷淋总管与各个喷淋管连接，喷淋管组固定在壳体上，伸入到两层旋转填料床层的中部，喷淋管上的喷射孔向相邻的两层填料床层喷射液相介质，液相介质进入到填料床层，在离心力的作用下，液相介质被甩出填料层，同时与气相介质进行传质。

本实用新型同现有技术相比，其优点在于：

1.本实用新型的旋转填料床是由多层的填料床层所组成，比单层填料床层的现有技术结构成倍的提高了介质流通面积；

2.本实用新型的旋转填料床是由扇形的中空模块所组成，气液两相介质可以在填料的上层板、下层板和圆弧外侧板的各个方向的填料内传质，比在单一的柱体环形填料传质的流通面积大大的有所扩展；同时，外侧喷淋系统的设置，从根本上弥补了超重机旋转填料在径向方向上液相介质分布流量呈几何级数递减的弊端。

3.由于具有进行逆向、同向和错流等多向传质过程的混合形态，可以使气或液体在传质的过程中不会出现“穿透”现象(也就是气或液体介质不经相互交换传质就流出穿过的形态部分)，能够保证体系的传质的效率。

4.在超重力旋转床内设置有高速旋转的填料层芯，使从旋转床中心通入的液相经过填料层芯通透的孔隙时产生的离心力，使其在填料芯内被高度的剪切和分散，将液体撕裂成微米至纳米级的丝、膜和滴，形成巨大的相间界面，界面形态产生高速的变化和更新，与同时通入旋转床的另一类介质完成两相间高效的化学传质过程。

[附图说明]

图1为本实用新型实施例的主要结构示意图；

图2为本实用新型实施例的俯视示意简图；

图3为本实用新型实施例的旋转床的结构简图；

如图所示，图中：1、底座 2、液相排出口 3、气相进口 4、筒体 5、连接柱 6、上下层填料 7、外侧填料层 8、定位杆 9、上下端槽板 10、密封板 11、上端盖 12、气相出口 13、上轴承盒 14、液相进口 15、旋转接头 16、空心轴段 17、旋转床芯上端板 18、上端盖密封条19、外侧喷淋总管 20、空心段轴段 21、喷射管 22、电机 23、电机皮带轮 24、皮带 25、实心轴段 26、主轴皮带轮 27、下轴承盒 28、旋转床芯下端板；

指定图1为本实用新型的摘要附图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型为一种可以在气液两相流之间进行传质的化工反应设备，具体是一种化工传质过程的大通量超重力旋转床。

如图1-3所示，该超重力旋转床在结构上包括由底座1、筒体4和上端盖11所构成的机体、动力和传动组件(22、23、24、26)、填料组件、筒体的下端一侧和上端盖顶上分别设有气相的进出口(3、12)、液相进出口(2、14)以及液相喷淋组件，

关于液相喷淋组件，由内、外两侧的喷淋组件组成；而填料组件由旋转床架、旋转填料床组成，由多层填料芯层搭建成旋转床架，每层的填料芯层都设有环状的等分空腔，每个等分空腔中都安装有一组填料模块，每个填料模块都是具有一定厚度的环状扇形等分体做成的微孔填料，由若干具有一定厚度的环状扇形等分体组成所述旋转填料床。

关于多层填料芯层，由固定在旋转轴上的上下端盖槽板9和把其端盖槽板9连接在一起的若干连接柱5组成，连接柱5与旋转轴中心轴线等距均布，连接柱5上设置有至少一层放射状滑轨，每层滑轨有若干个等角度设置的支架，单个支架制作成“H”型，两两相邻间的支架形成若干个周向等分的空腔，可以向空腔装入填料层芯模块；每个支架的外侧端都设有锁口，将填料层芯用定位杆插入锁口锁紧。

所述的旋转轴，是由中部的空心管段20和上部的空心管轴氶段16以及下端的实心轴承段25所组成，三段之间相互焊接；所述旋转轴上部的空心管轴段16穿过轴承盒的轴承与旋转接头的旋转端相固接；旋转轴下端的实心轴段25穿过轴承盒的轴承与皮带轮23相连接；旋转接头的固定端应与液相介质的管路相连接，通入液相介质进入中部的空心管段；中部空心管段20的侧壁上开有若干个喷口，液相介质可以由喷口喷射。

运行时，内侧的液相喷淋系统中的液体介质，经过旋转接头进入旋转轴，由旋转轴的空心轴段设置的喷口喷出，进入每组填料层芯模块的空腔，喷射到填料层模块的内层。外侧的液相喷淋系统是由液体介质的外侧总管，经过喷射管喷淋到填料层的外侧。填料是由细丝制成的絮状填料物，或者是由碳化硅或聚四氟乙烯烧结泡沫体等具有通透的微孔结构的板块，气液两相都能在微孔中通过，当液相的液滴被喷射到旋转床的填料层上时，进入填料层中的微孔，在离心力的作用下，微孔中的液相介质被加速，沿着微孔壁高速的流动，被填料层的微孔壁切割和撕扯，形成高速的更新液体介质的空间形态，高速的更新液相界面，使其与从旋转床填料层外侧引入的气相介质通过填料层的微孔与液相介质充分接触，这种气液传质的形态，能够极大的扩大气液接触表面，实时处于液相界面的高速更新状态，提高传质效率。而设置在填料层芯外侧的喷淋装置。喷淋总管与各个喷淋管连接，喷淋管组固定在壳体上，伸入到两层旋转填料床层的中部，喷淋管上的喷射孔向相邻的两层填料床层喷射液相介质，液相介质进入到填料床层，在离心力的作用下，液相介质被甩出填料层，同时与气相介质进行传质。

Claims (7)

1.一种超重力旋转床，包括超重力旋转床的机壳、动力和传动组件、填料组件、气相进出口、液相进出口以及液相喷淋组件，其特征在于：填料组件由旋转床架、旋转填料床组成，由多层填料芯层搭建成旋转床架，每层的填料芯层都设有环状的等分空腔，每个等分空腔中都安装有一组填料模块，每个填料模块都是具有一定厚度的环状扇形等分体做成的微孔填料，由若干具有一定厚度的环状扇形等分体组成所述旋转填料床。

2.根据权利要求1所述的一种超重力旋转床，其特征在于：所述的多层填料芯层，由固定在旋转轴上的上下端盖槽板和把其端盖槽板连接在一起的若干连接柱(5)组成，连接柱(5)与旋转轴中心轴线等距均布，连接柱(5)上设置有至少一层放射状滑轨，每层滑轨有若干个等角度设置的支架，单个支架制作成“H”型，两两相邻间的支架形成若干个周向等分的空腔，可以向空腔装入填料层芯模块；每个支架的外侧端都设有锁口，将填料层芯用定位杆(9)插入锁口锁紧。

3.根据权利要求2所述的一种超重力旋转床，其特征在于：所述的旋转轴，是由中部的空心管段(20)和上部的空心管轴承段(16)以及下端的实心轴承段(25)所组成，三段之间相互焊接；所述旋转轴上部的空心管轴承段(16)穿过轴承盒的轴承与旋转接头的旋转端相固接；旋转轴下端的实心轴承段(25)穿过轴承盒的轴承与皮带轮相连接；旋转接头的固定端应与液相介质的管路相连接，通入液相介质进入中部的空心管段；中部空心管段(20)的侧壁上开有若干个喷口，液相介质可以由喷口喷射。

4.根据权利要求1或2所述的一种超重力旋转床，其特征在于：所述的填料层芯模块，是由单个具有一定厚度的环状扇形等分体做成的微孔泡沫填料，扇 形环状等分体填料由扇环状形上、下层板和圆弧外侧板所构成，装入旋转床架中的环状等分空腔，就形成一层封闭的具有空腔结构的填料层组；填料层芯模块的环状上层板、下层板和圆弧外侧板既可以一次模制整体成型，也可以单体组合。

5.根据权利要求4所述一种超重力旋转床，其特征在于：所述的填料层芯模块的材料采用具有微小孔隙的丝絮材料以及通透孔隙的泡沫材料。

6.根据权利要求1所述一种超重力旋转床，其特征在于：所述的液相喷淋组件，包括有内侧喷淋组件，是由与旋转接头相连接的液体介质管路，经过旋转接头进入旋转轴，由旋转轴的空心轴段的喷口喷出，喷射到填料层模块的内层。

7.根据权利要求1所述一种超重力旋转床，其特征在于：所述的液相喷淋系统，还包括有一组外侧的喷淋组件，喷淋总管与各个喷淋管连接，喷淋管组固定在壳体上，喷淋管伸入到两层旋转填料床层的中间部位。