CN2581060Y - 旋转床超重力多相反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种旋转床反应装置，特别是一种旋转床超重力反应器。它主要是解决现有旋转填充床须装填填料和易堵塞等技术问题。本实用新型的旋转床转子[5]套装在密闭的机壳[4]内，转子[5]的转轴成动配合密封穿出机壳[4]与动力装置相接，转子[5]的中央进料腔外设有1至100条内端与转子进料腔相通且外端与机壳[4]的内腔相通的密闭螺旋线形通道，机壳[4]周壁设有1个以上与转子[5]的螺旋线形通道的进气口[3]，机壳[4]上部设有排气口，下部设有排料口，进料管[8]密封穿入机壳[4]至转子[5]的中央进料腔，进料管[8]在转子[5]的进料腔内的端部设有进料分布器[15]。它适合两相或多相物流在旋转着的螺旋通道中逆流或并流接触进行传质或传质－反应，极大地强化了传质过程或传质－反应过程。

Description

旋转床超重力多相反应器

技术领域

本实用新型涉及一种旋转床反应装置，特别是一种旋转床超重力反应器。

背景技术

80年代初，美国的Ramshaw等人利用离心力场对传质过程进行强化，发明了一种名为“HIGEE”的转鼓装置(U.S.Pat.428355)。该装置的转子为一蓝框型，框内装填填料，气液两相在旋转着的转子中进行两相之间的传质过程，填充的填料提供传质表面和通道。该类装置又称为旋转填充床(RotatingPackedBeds，RPB)。旋转填充床RPB主要用于强化传质过程，起初用在精馏操作上，随后用于强化吸收、解析等典型的传质过程的操作上。德国人BrauerHeiz在1985年(GemanyPatentDE3336840A1)专利中提出了具有螺旋通道的转鼓装置，但通道壁上开有许多小孔，他们认为可以更好的强化传质过程。

旋转填充床RPB可以极大的强化传质过程，研究表明该类超重力场装置的传质系数是传统传质设备例如填料塔、板式塔的数十倍甚至2~3个数量级。还有停留时间短、生产强度大等等优点。在国内主要是湘潭大学(1.周继承，伍极光，陈昭琼，湘潭大学自然科学学报，1994，16(增刊)，47-52，“离心力场强化传质过程的研究”；2.周继承，伍极光，中南六省区第四届化学工程学术交流会论文集，P23-36，1992年11月，广州，“离心力场传质过程的研究”；3.陈昭琼，熊双喜，伍极光，化工学报，1995，46(3)，388-392，“螺旋型旋转吸收器”；4.陈昭琼，童志权，化工学报，1996，47(6)，758-762，“螺旋型旋转吸收器ii烟气脱硫传质系数”；5.陈昭琼，熊双喜，童志权，环境工程，1996，14(2)，21-23，“螺旋型旋转吸收器烟气脱硫”)和北京化工大学郑冲等人(CN912292040；921000936等)进行了较多的研究。旋转填充床超重力技术的应用可以解决许多在常重力场下难以解决的问题。

但旋转填充床RPB在较高的旋转速度下，填料不仅不会增大传质面积，反而会起阻碍作用。因为在高转速下，气液两相可能呈乳化状态，传质机理发生了变化，传质过程不再依赖填料。此外旋转填充床RPB易堵塞。而BrauerHeiz的装置通道壁上开有许多小孔，虽然可以不断的更新传质表面，但是造成了返混。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种不用装填填料、不易堵塞、可用于气-液、液-液、气-液-固等多相反应过程的、利用离心力场强化传递与反应而可直接合成反应产品的螺旋通道型旋转床超重力多相反应器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：旋转床转子5套装在密闭的机壳4内，转子5的转轴成动配合密封穿出机壳4与动力装置相接，转子5的中央进料腔外设有1至100条内端与转子进料腔相通且外端与机壳4的内腔相通的密闭螺旋线形通道，机壳4周壁设有1个以上与转子5的螺旋线形通道的进气口3，机壳4上部设有排气口，下部设有排料口，进料管8密封穿入机壳4至转子5的中央进料腔，进料管8在转子5的进料腔内的端部设有进料分布器15。

本实用新型的优选实施方式是：所述螺旋线形通道采用阿基米德螺旋线形的通道，转子5的中央进料腔外设有3至10条内端与转子进料腔相通且外端与机壳4的内腔相通的密闭螺旋线形通道。机壳4周壁设有2-4个以上进气口3，机壳4上部设有排气口，下部设有2个排料口，进料管8与输料管相接空心管道。

本实用新型的另一实施方式是：进料管8采用内外分隔的双层管，进料管8的内管和内管外腔上端分别与不同的进料管相接，进料管8在转子5的进料腔内的端部设有内管进料分布器15和内管外腔进料分布器15。

由此可知，本实用新型是采用了一种叫螺旋通道型旋转床RBHC(ROtating Bed with Helix Channels)的装置，它可以使多相物系在超重力场下进行反应，直接合成出反应产品。如可用于气-液、液-液、气-液-固等多相反应过程和反应沉淀方法制取纳米材料的传质反应过程。例如气-液传质反应过程，石灰水吸收二氧化碳的气-液-固反应过程等。由于采用螺旋线形通道，旋转转子不用装填填料，该装置的转鼓不装填料，转鼓具有气液接触通道，与RPB相比不易堵塞；通道形状为螺旋线形，螺旋线为阿基米德螺旋线；气液两相接触路径较长，传质单元数多。通道壁上不开孔，因而不会造成返混；可用于气液传质-反应过程，特别适用于有超细颗粒生成的物系，例如反应制取纳米颗粒。采用内外套管进料可以使两种液体参与反应，从而使液-液和气-液-液两类物系可以在超重力场下进行反应。本实用新型已用于石灰水悬浮液吸收二氧化碳气体进行碳化反应，制取出了纳米碳酸钙产品，粒径在10-100nm(传统技术一般难以制备小于0.5um粒径的颗粒)；另外与旋转填充床RPB比较具有不易堵塞的显著优点。石灰水悬浮液吸收烟气中二氧化硫气体，该反应吸收率最高可达99.5％。

在螺旋通道型旋转床RBHC装置上进行强化传质，可以极大的强化传质过程，传质系数是传统传质设备的几十倍甚至2-3个数量级，而且随着旋转速度增加，传质系数增大。将螺旋通道型旋转床RBHC用于强化传质-反应过程的研究，特别是把它用作超重力场反应器。在此超重力场传质-反应装置中进行化学吸收，例如石灰乳液吸收烟气中的二氧化硫气体；用石灰悬浮液吸收二氧化碳气体进行碳化反应，可以制取纳米碳酸钙。上述体系为气、液、固多相物系，反应生成物为固体颗粒，反应过程中本装置不易堵塞。

附图说明

图1是本实用新型的的结构示意图；

图2是本实用新型用于多相物系的传质反应时具有双套管液体进料管的结构图；

图3是本实用新型用于气-液两相物系传质反应时的结构原理示意图；

图4是本实用新型的旋转床转子剖面图；

图5是本实用新型的旋转床转子的螺旋线形通道的俯视结构示意图。

具体实施方式

在密闭的机壳内，有一旋转的转子，转子上开有数条阿基米德螺旋线形的通道，它无须不装填料，气体从密闭的机壳上的入口切线进入机壳内，然后在压差的作用下进入螺旋通道中，在旋转着的螺旋通道内与液相进行两相的传递，气体完成传质过程后沿顶部派气管道出去。液体从顶部液体进料管进入机壳内，在转子中间，经液体分布器进入螺旋通道内，与气相逆流接触进行质量传递，完成传质过程后从机壳底部的液体出料口管排出。气液两相在转子高速度旋转产生的超重力场下进行反应，反应后生成的产物从液体出料口排出。

为了适用于液-液、气-液-液等多相物系的反应过程，液体进料管可以采用内外套管使两种液体分别从内、外套管进入机壳内，在转子中间两种液相经分布器后并流进入螺旋通道内进行反应，反应生成物从底部出料口排出。如果为气-液-液体系，两个液相与气相在螺旋通道内逆流接触进行反应，反应生成物在底部排出。

实施例1：如图1所示，本装置有一密闭的机壳4，机壳底部有出料口14和16，机壳4一端通过动密封配合安装有一旋转的转子5上有4条螺旋线形通道(螺旋线形通道可以是N条，0∠N∠100)，转子中间内有与进料管连接的液体分布器15，转子旋转产生一个离心加速度，由于离心加速度远远大于重力加速度g，所以又称为超重力场。在超重力场中气液两相接触进行反应。气体经阀门1和流量计2，从气体进口3和9进入装置机壳内，液体从进料口8进入装置内，经分布器15进入通道内，在通道内与气体接触。本实施例适用于气-液相传质-反应过程，特别适用于传质限制的气-液两相物系的反应。例如：氢氧化钙悬浮液吸收二氧化碳气体制备纳米碳酸钙。

由图1可知，是采用本实用新型按间歇式即半分批式工艺流程生产纳米碳酸钙的过程。称取一定量的CaO用33L水消化，形成石灰乳浊液，经过滤除去杂质，置于循环贮槽13中，Ca(OH)₂悬浮液通过水泵12、阀11、流体流量计10从螺旋通道型旋转床的进液口8，经分布器15，进入转子5的螺旋通道内；CO₂气体从钢瓶气源减压后，以0.6m³/h流量与空气1.8m³/h混合后，经气阀1、气体流量计2从进气口3和9连续从螺旋通道外侧通入旋转床RBHC的转子5的螺旋通道内，含CO₂的气体与含Ca(OH)₂的悬浮液在旋转着的螺旋通道内进行碳化反应，生成纳米级碳酸钙超细颗粒，剩余废气从螺旋通道的中央通向废气排口7经阀6排出。工作过程中，使转子5旋转转速控制在1200rpm，反应后的乳浊液由旋转床底部左排料口14和右排料口16，进入循环贮槽13，再通过泵12反复循环，在旋转床的螺旋通道内与CO2气体进行传质-反应。经过12min，乳浊液的pH值变为7-8，表明碳化反应进行完全，经过滤、干燥后，取样作透射电镜分析，从TEM照片上可以得出制备的超细碳酸钙的平均粒径约为60nm，晶体为立方形。上述碳化反应在室温下进行。

实施例2：为了使本实用新型能用于气-液-液等多相物系的传质-反应过程，液相进料口采用双套管进料，如图2所示。液体进料管有两个，两股液流分别从L1和L2两个进料口进入装置内，在螺旋通道中进行液-液两相反应。液体分布器为外套管蝶片斜孔形分布器，内套管为均匀开孔直接喷射形分布器。适用于液-液相的传质反应过程。例如：氨水与硫酸锌水溶液分别从L1和L2进料口进入RBHC反应器中，在超重力场中进行液-液相反应，可以得到超细氢氧化锌沉淀。沉淀经洗涤、干燥、煅烧可以得到活性氧化锌(纳米级ZnO)。

实施例3：如图2所示，为气-液-液多相反应物系所用的结构图。它适用于气-液-液多相物系的传质反应过程。例如：氨水与硫酸锌水溶液分别从L1和L2进料口进入RBHC反应器中，CO2气体经进气口进入RBHC反应器的螺旋性通道内，CO2气体与两种液体在超重力场作用下进行气-液-液多相反应，可以得到超细碱式碳酸锌沉淀。沉淀经洗涤、干燥、煅烧可以得到活性氧化锌(纳米级ZnO)。

Claims (4)

1、一种旋转床超重力反应器，其特征是：旋转床转子[5]套装在密闭的机壳[4]内，转子[5]的转轴成动配合密封穿出机壳[4]与动力装置相接，转子[5]的中央进料腔外设有1至100条内端与转子进料腔相通且外端与机壳[4]的内腔相通的密闭螺旋线形通道，机壳[4]周壁设有1个以上与转子[5]的螺旋线形通道的进气口[3]，机壳[4]上部设有排气口，下部设有排料口，进料管[8]密封穿入机壳[4]至转子[5]的中央进料腔，进料管[8]在转子[5]的进料腔内的端部设有进料分布器[15]。

2、根据权利要求1所述旋转床超重力反应器，其特征是：所述螺旋线形通道为阿基米德螺旋线形的通道，转子[5]的中央进料腔外设有3至10条内端与转子进料腔相通且外端与机壳[4]的内腔相通的密闭螺旋线形通道。

3、根据权利要求1所述旋转床超重力反应器，其特征是：机壳[4]周壁设有2-4个以上进气口[3]，下部设有2个排料口，进料管[8]与输料管相接空心管道。

4、根据权利要求1、2或3所述旋转床超重力反应器，其特征是：进料管[8]为内外分隔的双层管，进料管[8]的内管和内管外腔上端分别与不同的进料管相接，进料管[8]在转子[5]的进料腔内的端部设有内管进料分布器[15]和内管外腔进料分布器[15]。

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