TWI498153B - 質傳設備 - Google Patents

Description

質傳設備

本發明是有關於一種質傳設備，特別是指一種用以進行兩種流體之間的質傳交換的質傳設備。

參閱圖1，現有旋轉填充床1(RPB，Rotating Packed Bed)包含一外殼11、一圓柱形筒12及一轉軸13。該外殼11包括一殼體111、一連接於該殼體111周緣的氣體供應管112，及一連接於該殼體111底側的液體排出管113，該殼體111形成有一腔室114。該圓柱形筒12設置於該腔室114內，該轉軸13連接於該圓柱形筒12底端且樞接於該殼體111，該圓柱形筒12內設置有一呈環形狀並且具有空隙可供液體及氣體通過的填充件14，該轉軸13可帶動該圓柱形筒12於該腔室114內轉動。

該旋轉填充床1更包含一固定於該殼體111頂端並且穿伸至該腔室114內的氣體排出管15，及一穿設於該氣體排出管15內的液體供應管16。該氣體排出管15底端位於該圓柱形筒12的一呈環形的頂壁121上方，該液體供應管16穿伸至該圓柱形筒12內，該液體供應管16形成有複數個上下相間隔排列的噴液開口161，該等噴液開口 161對應於該填充件14的一內周面141，該液體供應管16所供應的液體可透過該等噴液開口161噴流至該內周面141。

該旋轉填充床1在操作過程中，該轉軸13會帶動該圓柱形筒12高速旋轉，該液體供應管16會輸送液體使其經由該等噴液開口161噴流至該填充件14的該內周面141，藉由該圓柱形筒12轉動時所產生的離心力帶動液體快速地往外側流動，使得液體能經由該圓柱形筒12的一外周壁122上的複數個流通孔123流至該腔室114內，並且經由該液體排出管113排出。此外，該氣體供應管112會輸送氣體至該腔室114內，氣體在壓差作用下會經由該外周壁122的該等流通孔123朝該填充件14的中心處流動，氣體與液體會在該圓柱形筒12內產生逆流式接觸，氣體流過該填充件14的該內周面141後會經由該氣體排出管15排出。當液體與氣體以逆流方式通過該填充件14的過程中，氣體與液體會進行質傳交換，以達到快速混合、分離或反應等目的。

在應用上，由於流經旋轉填充床1的氣體流量通常是每分鐘高達數百甚至是數千立方米(m³ /min)，因此，該氣體供應管112及該氣體排出管15的管徑大都是數十公分甚至是數公尺。現有旋轉填充床1中，該填充件14的該內周面141大致上是與該頂壁121的一內周緣124以及該氣體排出管15的位置對齊，因此，旋轉填充床1的該圓柱形筒12的外徑需設計成更大，該圓柱形筒12內才能容置 體積較大的填充件14以增加質傳的區域，如此一來，旋轉填充床1的整體體積會變大，所以，現有旋轉填充床1不適於應用在高氣體流量的工作環境上。

因此，本發明之一目的，即在提供一種質傳設備，其圓柱形筒內可增加環狀填充件的容置區域，藉此，能增加氣體與液體之間進行質傳交換的質傳區域，以提升質傳的效果，並且能應用在高氣體流量的工作環境上。

於是本發明的質傳設備，包含一外殼、一圓柱形筒、一環狀填充件、一轉軸、一氣體排出管，及一液體供應管。

該外殼界定一腔室、一與該腔室相連通的進氣流道，及一與該腔室相連通的排液流道，該圓柱形筒呈中空狀並設置於該腔室內，該圓柱形筒包括一底壁、一與該底壁相間隔的頂壁、一連接於該底壁外周緣與該頂壁外周緣之間的外周壁，及一設置於該底壁與該頂壁之間的內周壁，該底壁、該頂壁、該外周壁及該內周壁共同界定一氣液流通空間，該頂壁形成有一中心孔，及複數個環繞於該中心孔外周圍的上流通孔，該外周壁形成有複數個外流通孔，該內周壁與該中心孔位置相對應，該內周壁形成有複數個間隔位於該等外流通孔內側的內流通孔，且該內周壁界定一連通於該等內流通孔與該中心孔之間的中間腔室，該環狀填充件設置於該氣液流通空間內並具有間隙可供液體及氣體通過，該環狀填充件包括一抵接於該外周壁的外 周面，及一抵接於該內周壁的內周面，該轉軸連接於該圓柱形筒的該底壁且可轉動地樞接於該外殼，該轉軸界定有一縱向軸線，該轉軸可帶動該圓柱形筒繞該縱向軸線旋轉，該氣體排出管穿設於該外殼並界定一排氣孔，該排氣孔對應於該頂壁的該中心孔及該等上流通孔上方，該液體供應管穿設於該氣體排出管內，該液體供應管經由該中心孔穿伸至該中間腔室內，該液體供應管與該內周壁相間隔，該液體供應管形成有複數個對應於該內周壁的噴液開口。

該中間腔室的一孔徑大於該液體供應管的一外徑，且該中間腔室的該孔徑小於該排氣孔的一孔徑。

該中心孔、該中間腔室以及該排氣孔三者為同心孔，且該中心孔中心、該中間腔室中心以及該排氣孔中心皆位於該縱向軸線上。

該頂壁具有一界定出該中心孔的環圈，該內周壁具有一周壁部及一底部，該周壁部界定出該等內流通孔與該中間腔室，該周壁部具有一用以抵靠於該環圈的頂端，及一底端，該底部固定地連接於該底壁。

該頂壁更具有一內周緣、複數條連接條，及複數條強化條，該環圈間隔位於該內周緣內側，該等連接條連接於該內周緣與該環圈之間且呈環狀相間隔排列，各該強化條連接於對應的該兩個相鄰的連接條之間，該內周緣、該環圈、該等連接條，以及該等強化條共同界定出該等上流通孔。

本發明之功效在於：圓柱形筒內可增加環狀填 充件的容置區域，藉此，能增加氣體與液體之間進行質傳交換的質傳區域，以提升質傳的效果，並且能應用在高氣體流量的工作環境上。

200‧‧‧質傳設備

2‧‧‧外殼

21‧‧‧殼體

211‧‧‧下壁

212‧‧‧圍壁

213‧‧‧上壁

214‧‧‧腔室

215‧‧‧樞接孔

216‧‧‧安裝孔

22‧‧‧氣體供應管

221‧‧‧進氣流道

23‧‧‧液體排出管

231‧‧‧排液流道

3‧‧‧圓柱形筒

31‧‧‧底壁

32‧‧‧頂壁

321‧‧‧中心孔

322‧‧‧上流通孔

323‧‧‧環圈

324‧‧‧內周緣

325‧‧‧連接條

326‧‧‧強化條

33‧‧‧外周壁

331‧‧‧外流通孔

34‧‧‧內周壁

341‧‧‧內流通孔

342‧‧‧中間腔室

343‧‧‧周壁部

344‧‧‧底部

345‧‧‧頂端

346‧‧‧底端

35‧‧‧氣液流通空間

4‧‧‧環狀填充件

41‧‧‧外周面

42‧‧‧內周面

5‧‧‧轉軸

6‧‧‧氣體排出管

61‧‧‧穿伸管體

611‧‧‧排氣孔

62‧‧‧環形隔板

7‧‧‧液體供應管

71‧‧‧主管體

711‧‧‧排液孔

72‧‧‧連接管體

73‧‧‧進液流道

9‧‧‧液體

A‧‧‧縱向軸線

D1‧‧‧中間腔室的孔徑

D2‧‧‧主管體的外徑

D3‧‧‧排氣孔的孔徑

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是現有旋轉填充床的剖視示意圖；圖2是本發明質傳設備之一較佳實施例的剖視示意圖，說明一液體供應管的一主管體穿設於一頂壁的一中心孔以及一內周壁的一中間腔室內；圖3是本發明質傳設備之一較佳實施例的一圓柱形筒的立體圖，說明該圓柱形筒的一頂壁的細部結構；圖4是圖2的局部放大圖，說明該中間腔室的一孔徑大於該主管體的一外徑，以及該中間腔室的該孔徑小於該穿伸管體的一排氣孔的一孔徑；及圖5是本發明質傳設備之一較佳實施例的剖視示意圖，說明操作過程中氣體及液體的流動狀態。

參閱圖2及圖3，是本發明質傳設備之一較佳實施例，該質傳設備200為一逆流式旋轉填充床，適於進行兩種流體之間的質傳交換，在本實施例中，該兩流體其中之一是以液體為例作說明，而其中另一是以氣體為例作說明。該質傳設備200包含一外殼2、一圓柱形筒3、一環狀 填充件4、一轉軸5、一氣體排出管6，及一液體供應管7。

該外殼2包括一殼體21、一設置於該殼體21的氣體供應管22，及一設置於該殼體21的液體排出管23。該殼體21包含一下壁211、一連接於該下壁211外周緣的圍壁212，及一連接於該圍壁212頂端的上壁213，該下壁211、該圍壁212以及該上壁213共同界定一腔室214。該氣體供應管22連接於該圍壁212並界定一與該腔室214相連通的進氣流道221，該氣體供應管22連接於一氣體供應源(圖未示)，藉此，該氣體供應源可透過該進氣流道221輸送氣體至該腔室214內。該液體排出管23連接於該下壁211並界定一與該腔室214相連通的排液流道231，該排液流道231用以將該腔室214內的液體排出至外部。

該圓柱形筒3呈中空狀並設置於該殼體21的該腔室214內，該圓柱形筒3包括一底壁31、一與該底壁31相間隔的頂壁32、一連接於該底壁31外周緣與該頂壁32外周緣之間的外周壁33，及一設置於該底壁31與該頂壁32之間的內周壁34，該底壁31、該頂壁32、該外周壁33及該內周壁34共同界定一氣液流通空間35。該頂壁32形成有一中心孔321，及複數個環繞於該中心孔321外周圍的上流通孔322，該等上流通孔322與該氣液流通空間35相連通。該外周壁33形成有複數個與該氣液流通空間35相連通的外流通孔331，該等外流通孔331用以供氣體及液體流通。該內周壁34與該中心孔321位置相對應，該內周壁 34形成有複數個間隔位於該等外流通孔331內側的內流通孔341，該等內流通孔341與該氣液流通空間35相連通。

該環狀填充件4設置於該圓柱形筒3的該氣液流通空間35內，該環狀填充件4包括一外周面41，及一相反於該外周面41的內周面42。該外周面41抵接於該外周壁33內壁面並且對應於該等外流通孔331，該內周面42抵接於該內周壁34外壁面並且對應於該等內流通孔341。在本實施例中，該環狀填充件4是由例如為複數根鐵絲(圖未示)纏繞而成的結構，因此，該環狀填充件4具有間隙(圖未示)可供液體及氣體通過。

該轉軸5沿縱向延伸並界定一縱向軸線A，該轉軸5可轉動地樞接於該殼體21的該下壁211的一樞接孔215，該轉軸5頂端固定地連接於該圓柱形筒3的該底壁31，該轉軸5底端連接一動力源(圖未示)，藉此，使得該轉軸5可帶動該圓柱形筒3繞該縱向軸線A旋轉。

該氣體排出管6包括一穿伸管體61，該穿伸管體61穿設於該殼體21的該上壁213的一安裝孔216，該穿伸管體61可透過例如為銲接或螺絲鎖固的方式固定於該上壁213，且該穿伸管體61頂端連接於一抽氣裝置(圖未示)。該穿伸管體61界定有一排氣孔611，該排氣孔611對應於該頂壁32的該中心孔321及該等上流通孔322上方，藉此，使得該抽氣裝置可透過該排氣孔611抽取該氣液流通空間35內的氣體。

該液體供應管7穿設於該氣體排出管6的該穿 伸管體61內，該液體供應管7包括一位於該排氣孔611內且沿該縱向軸線A延伸的主管體71，及一穿設於該穿伸管體61且連接於該主管體71頂端的連接管體72。該主管體71經由該中心孔321穿伸至該內周壁34內並與該內周壁34相間隔，該主管體71與該連接管體72共同界定一進液流道73，該主管體71形成有複數個上下相間隔並與該進液流道73相連通的噴液開口711，該等噴液開口711對應於該內周壁34。該連接管體72凸伸出該穿伸管體61的一端連接於一液體供應源(圖未示)，該液體供應源可透過該進液流道73輸送液體並藉由該等噴液開口711以及該等內流通孔341噴流至該環狀填充件4的該內周面42。

參閱圖2及圖4，在本實施例中，該內周壁34界定一連通於該等內流通孔341與該中心孔321之間的中間腔室342，該液體供應管7的該主管體71穿伸至該中間腔室342內，該中間腔室342的一孔徑D1大於該液體供應管7的該主管體71的一外徑D2，使得該內周壁34與該主管體71之間能保持一段適當距離，藉此，能防止該轉軸5帶動該圓柱形筒3繞該縱向軸線A旋轉的過程中，該內周壁34與該主管體71之間發生相互碰撞的情形。又，該頂壁32具有一界定出該中心孔321的環圈323。

此外，該中間腔室342的該孔徑D1小於該穿伸管體61的該排氣孔611的一孔徑D3，使得該氣液流通空間35內能容置體積較大的該環狀填充件4，藉此，能增加氣體與液體在該環狀填充件4內進行質傳交換的質傳區域 。此外，該環狀填充件4鄰近於該內周面42的區域能對應在該等上流通孔322下方以及該排氣孔611下方，藉此，使得氣體流過該環狀填充件4後可直接經由該等上流通孔322往上流入該排氣孔611內。

較佳地，本實施例的該中心孔321、該中間腔室342以及該排氣孔611三者為同心孔，且該中心孔321中心、該中間腔室342中心以及該排氣孔611中心皆位於該縱向軸線A上，使得該主管體71穿設於該中心孔321內的部位是與該環圈323之間保持相等的距離，而該主管體71穿設於該中間腔室342內的部位是與該內周壁34之間保持相等的距離。藉此，更能確保該頂壁32的該環圈323以及該內周壁34分別與該主管體71之間不會發生相互碰撞的情形。前述兩個距離是以例如為1公分與2公分之間的任一數值為例作說明，當然，數值大小可視實際需求進行變更調整。

更具體地，本實施例的該圓柱形筒3的該內周壁34為一管件，該內周壁34具有一周壁部343，及一底部344。該周壁部343界定出該等內流通孔341與該中間腔室342，該周壁部343具有一用以抵靠於該環圈323的頂端345，及一底端346。該底部344呈環狀並可透過例如為銲接或螺絲鎖固等方式固定地連接於該底壁31。由於該周壁部343的該頂端345抵靠於該環圈323底面，且該底部344鎖固於該底壁31，因此，該內周壁34能穩固地定位在該頂壁32與該底壁31之間，藉此，能防止該圓柱形筒3在旋轉過 程中該內周壁34產生晃動的情形。

參閱圖2、圖3及圖4，另一方面，本實施例的該頂壁32為一可透過螺絲鎖固方式鎖固於該外周壁33的上蓋，該頂壁32更具有一內周緣324、複數條連接條325，及複數條強化條326。該環圈323間隔位於該內周緣324內側，該等連接條325連接於該內周緣324與該環圈323之間且呈環狀相間隔排列，而各該強化條326則連接於對應的兩個相鄰的連接條325之間，用以加強兩相鄰連接條325之間的結構強度。該內周緣324、該環圈323、該等連接條325以及該等強化條326共同界定出該等上流通孔322。藉由該頂壁32的該等連接條325以及該等強化條326能阻擋該環狀填充件4上移的設計，能防止該圓柱形筒3在高速旋轉中該環狀填充件4上移進而產生變形的現象。

參閱圖2、圖3、圖4及圖5，該質傳設備200在操作過程中，該轉軸5會帶動該圓柱形筒3繞該縱向軸線A高速旋轉，該液體供應管7的該進液流道73會輸送一液體9使其經由該等噴液開口711噴流通過該中間腔室342至該內周壁34。該圓柱形筒3高速旋轉時所產生的離心力會帶動噴流至該內周壁34上的液體9快速地往外側流動，並且經由該等內流通孔341以及該內周面42流入該環狀填充件4內。液體9會由該內周面42流入該環狀填充件4內並經由該外周面41流出，隨後藉由該外周壁33上的該等流通孔331噴流至該腔室214內，該腔室214內的液體9會透過該液體排出管23的該排液流道231排放至外部。

另一方面，該氣體供應管22的該進氣流道221會持續地輸送氣體至該腔室214內，由於連接在該穿伸管體61頂端的該抽氣裝置會透過該排氣流道611抽氣，因此，流入該腔室214內的氣體在壓差作用下會經由該圓柱形筒3的該外周壁33上的該等流通孔331流入該氣液流通空間35內，氣體會由該外周面41流入該環狀填充件4內並大多通過該環狀填充件4頂端，並且經由該等上流通孔322流入該排氣流道611後排出。當液體9與氣體流過該環狀填充件4的過程中，該環狀填充件4會將液體9切割成較薄的液膜和較小的液滴，使液體9與氣體之間有較大的接觸面積及較大的碰撞機率以進行質傳交換，藉此，能降低氣體與液體9之間的質傳阻力，以達到快速混合、分離及反應等目的。

綜上所述，本實施例的該質傳設備200，藉由該中間腔室342的該孔徑D1大於該液體供應管7的該主管體71的該外徑D2、該中間腔室342的該孔徑D1小於該穿伸管體61的該排氣孔611的一孔徑D3，以及該環狀填充件4的該外周面41及該內周面42分別抵接於該外周壁33內壁面以及該內周壁34外壁面的設計方式，在不需增加該質傳設備200體積的前提下，便能使得該圓柱形筒3的該氣液流通空間35內可增加環狀填充件4的容置區域，藉此，能增加氣體與液體9之間進行質傳交換的質傳區域，以提升質傳的效果，並且能應用在高氣體流量的工作環境上，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

31‧‧‧底壁

32‧‧‧頂壁

321‧‧‧中心孔

322‧‧‧上流通孔

323‧‧‧環圈

34‧‧‧內周壁

341‧‧‧內流通孔

342‧‧‧中間腔室

343‧‧‧周壁部

344‧‧‧底部

345‧‧‧頂端

346‧‧‧底端

4‧‧‧環狀填充件

42‧‧‧內周面

6‧‧‧氣體排出管

61‧‧‧穿伸管體

611‧‧‧排氣孔

7‧‧‧液體供應管

71‧‧‧主管體

711‧‧‧排液孔

72‧‧‧連接管體

73‧‧‧進液流道

D1‧‧‧中間腔室的孔徑

D2‧‧‧主管體的外徑

D3‧‧‧排氣孔的孔徑

Claims (5)

1. 一種質傳設備，包含：一外殼，界定一腔室、一與該腔室相連通的進氣流道，及一與該腔室相連通的排液流道，一圓柱形筒，呈中空狀並設置於該腔室內，該圓柱形筒包括一底壁、一與該底壁相間隔的頂壁、一連接於該底壁外周緣與該頂壁外周緣之間的外周壁，及一設置於該底壁與該頂壁之間的內周壁，該底壁、該頂壁、該外周壁及該內周壁共同界定一氣液流通空間，該頂壁形成有一中心孔，及複數個環繞於該中心孔外周圍的上流通孔，該外周壁形成有複數個外流通孔，該內周壁與該中心孔位置相對應，該內周壁形成有複數個間隔位於該等外流通孔內側的內流通孔，且該內周壁界定一連通於該等內流通孔與該中心孔之間的中間腔室，一環狀填充件，設置於該氣液流通空間內並具有間隙可供液體及氣體通過，該環狀填充件包括一抵接於該外周壁的外周面，及一抵接於該內周壁的內周面，一轉軸，連接於該圓柱形筒的該底壁且可轉動地樞接於該外殼，該轉軸界定有一縱向軸線，該轉軸可帶動該圓柱形筒繞該縱向軸線旋轉，一氣體排出管，穿設於該外殼並界定一排氣孔，該排氣孔對應於該頂壁的該中心孔及該等上流通孔上方，及一液體供應管，穿設於該氣體排出管內，該液體供 應管經由該中心孔穿伸至該中間腔室內，該液體供應管與該內周壁相間隔，該液體供應管形成有複數個對應於該內周壁的噴液開口。
2. 如請求項1所述的質傳設備，其中，該中間腔室的一孔徑大於該液體供應管的一外徑，且該中間腔室的該孔徑小於該排氣孔的一孔徑。
3. 如請求項2所述的質傳設備，其中，該中心孔、該中間腔室以及該排氣孔三者為同心孔，且該中心孔中心、該中間腔室中心以及該排氣孔中心皆位於該縱向軸線上。
4. 如請求項3所述的質傳設備，其中，該頂壁具有一界定出該中心孔的環圈，該內周壁具有一周壁部及一底部，該周壁部界定出該等內流通孔與該中間腔室，該周壁部具有一用以抵靠於該環圈的頂端，及一底端，該底部固定地連接於該底壁。
5. 如請求項4所述的質傳設備，其中，該頂壁更具有一內周緣、複數條連接條，及複數條強化條，該環圈間隔位於該內周緣內側，該等連接條連接於該內周緣與該環圈之間且呈環狀相間隔排列，各該強化條連接於對應的該兩個相鄰的連接條之間，該內周緣、該環圈、該等連接條，以及該等強化條共同界定出該等上流通孔。