專利名稱：旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)填料床用填料，具體為一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料。
背景技術(shù)：
精餾過程實(shí)際上是汽、液逆流接觸的傳質(zhì)、傳熱過程，填料在此過程中起著至關(guān)重要的作用。科技工作者在填料的研究開發(fā)方面進(jìn)行了大量的工作，合理的填料設(shè)計(jì)能有效提高汽、液的接觸面積和延長汽、液的接觸時間等，起到強(qiáng)化汽、液的微觀接觸混合效果，進(jìn)而提高設(shè)備的分離能力。
旋轉(zhuǎn)填料床能極大地強(qiáng)化精餾過程的汽、液接觸效果，這里除在高速旋轉(zhuǎn)情況下形成的超重力作用外，很重要的與填料有關(guān)，特別是在不同的過程操作或處理不同的物系方面，填料的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是不同的。常見的旋轉(zhuǎn)填料床用填料多為波紋絲網(wǎng)填料，主要用于氣體吸收、氣體解吸及納米材料制備等方面。這些單元操作研究的較多，但在精餾操作方面，精餾操作同時伴隨傳熱、傳質(zhì)的過程，有其特殊的性質(zhì)和工藝要求。一般研究者普遍沿用了以上提及的波紋絲網(wǎng)填料(如圖3所示)。實(shí)際上，精餾操作過程有傳熱、傳質(zhì)同時進(jìn)行的特點(diǎn)，不僅要求汽、液在填料中有較大的接觸面積，而且要求有較長的接觸路程與接觸時間，以使流體在填料進(jìn)出口處形成較大的溫度差與濃度差。依據(jù)這樣的要求，近年來科研工作者開發(fā)了折流盤填料(如圖4所示)，在一定程度上延長了汽、液在填料中的接觸距離與時間，提高了設(shè)備的分離能力。
如圖3所示為美國專利UUS4382900公開的旋轉(zhuǎn)填料床用波紋絲網(wǎng)填料，波紋絲網(wǎng)纏繞在由上盤片、下盤片和內(nèi)、外轉(zhuǎn)鼓構(gòu)成的轉(zhuǎn)子中。液體受離心力的作用沿徑向從填料內(nèi)側(cè)向外側(cè)甩出。液體在填料中的流經(jīng)距離為 L＝L1+L2+L3 其中，L1為液體在填料中的徑向流經(jīng)距離，mm；L2為液體在填料中的軸向流經(jīng)距離，mm；L3為液體在填料中的周向流經(jīng)距離，mm。由于液體所受的離心力較大，在填料中的停留時間只有幾秒，故L2、L3可忽略，則 其中，R2、R1分別為整個填料的外徑、內(nèi)徑，mm；d為波紋絲網(wǎng)絲的直徑，mm。
如圖4所示為中國專利CN1686591公開的旋轉(zhuǎn)填料床用折流盤填料，其核心部件為上下相嵌的由不同直徑同心圈所構(gòu)成的折流盤；位于上方的折流盤固定在殼體上，為靜折流盤；與靜折流盤相配套的是相嵌在其下方的動折流盤，動折流盤固定在旋轉(zhuǎn)軸上并與軸一起轉(zhuǎn)動。由于液體在轉(zhuǎn)子內(nèi)受離心力的作用只能潤濕折流盤上同心圈的內(nèi)側(cè)和上、下盤片徑向距離的一半，因此，液體填料中的流經(jīng)距離為 其中，
為液體流經(jīng)同心圈的距離，mm；n表示填料內(nèi)的同心圈的個數(shù)，h表示同心圈的軸向高度，mm；
為液體流經(jīng)上下盤片的距離，因此， 當(dāng)填料內(nèi)徑、外徑及軸向高度(一般>30mm)相同時，
即液體在圖4所用填料中流經(jīng)的距離比在圖3所用填料中的流經(jīng)距離長，相應(yīng)，汽、液在填料中的接觸時間亦延長，設(shè)備的分離效果得到一定提高。但存在的問題是填料有效表面積只占填料實(shí)際表面積的50％，相鄰?fù)娜χg的空隙完全沒有利用，折流盤填料的表面利用率與空間利用率均較低。而且，由于上方折流盤靜止不動，其表面的液體只在重力作用下向下流動，受表面張力的作用和導(dǎo)流板表面光潔度的影響而液膜較厚，且易形成股流，影響了設(shè)備的傳質(zhì)效果和分離能力。
針對目前旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用填料的不足，本實(shí)用新型提出了翅片導(dǎo)流規(guī)整填料。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)填料床的填料在精餾操作中存在的氣液逆流接觸效果差(同時不滿足熱量傳遞和質(zhì)量傳遞效果差)的問題而提供了一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料。
本實(shí)用新型是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，包括上盤片和下盤片，上盤片上設(shè)有若干直徑不同的筒狀上導(dǎo)流板，下盤片上設(shè)有若干直徑不同的筒狀下導(dǎo)流板，上導(dǎo)流板和下導(dǎo)流板交錯嵌套排列，上導(dǎo)流板和下盤片之間留有流體通道，下導(dǎo)流板和上盤片之間留有流體通道，上導(dǎo)流板上設(shè)有若干斜向下方傾斜的翅片，下導(dǎo)流板上設(shè)有若干斜向上方傾斜的翅片。
若干導(dǎo)流板根據(jù)直徑大小由里到外等距離固定在上、下盤片上，上、下盤片用螺栓固定在一起，在軸的帶動下一起旋轉(zhuǎn)，使填料內(nèi)具有離心力場，液相流體沿半徑方向由內(nèi)向外依次交替通過下導(dǎo)流板和上導(dǎo)流板，形成“脈沖波形(
)”通道。氣相流體則沿半徑方向由外向內(nèi)與液體相向依次交替通過上導(dǎo)流板和下導(dǎo)流板。液體在導(dǎo)流板上由于受離心力的作用而克服了液體表面張力的作用，形成厚度較薄的液膜，可增大導(dǎo)流板上相間的接觸面積，強(qiáng)化設(shè)備的傳質(zhì)效果；根據(jù)液體的流動方向和導(dǎo)流板的旋轉(zhuǎn)方向，在導(dǎo)流板內(nèi)側(cè)安裝交錯排列的平行四邊形翅片，翅片與導(dǎo)流板存在一定夾角，使液體在相鄰內(nèi)、外兩層導(dǎo)流板間以“
”型路線流動。由于受慣性力和離心力的雙重作用，液體從翅片流出后，一部分直接碰撞到內(nèi)層導(dǎo)流板的外側(cè)，使內(nèi)層導(dǎo)流板的外側(cè)潤濕，增大了相間的接觸面積與填料的表面利用率；一部分被直接甩到安裝翅片的導(dǎo)流板上，使液體在相鄰內(nèi)、外兩層導(dǎo)流板間以“
”型路線流動，提高了填料的空間利用率，達(dá)到增大相間的接觸面積，延長液體在填料中的流經(jīng)距離和氣液的接觸時間的目的，強(qiáng)化了設(shè)備的分離效果；在翅片上均勻分布若干小孔，小孔以三角形或平行四邊形狀排列。液體由于受強(qiáng)大離心力的作用而形成厚度為幾微米的液膜，順著盤片向前流動而不會通過小孔甩到安裝翅片的導(dǎo)流板上，這樣增大了每個翅片上的相間的接觸面積，進(jìn)一步達(dá)到強(qiáng)化設(shè)備的傳質(zhì)效果的目的。本發(fā)明可用于氣體吸收、氣體解吸、微觀混合和化學(xué)反應(yīng)等單元操作。還可應(yīng)用于化工、石油化工、制藥、冶金、輕工業(yè)、火炸藥行業(yè)的氣體吸收、氣體解吸、微觀混合及化學(xué)反應(yīng)等旋轉(zhuǎn)填料床方面。
本實(shí)用新型的效果本實(shí)用利用旋轉(zhuǎn)的翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，使流體在圓柱狀填料空間內(nèi)以復(fù)雜的“
”型流動，不僅使填料的表面利用率和空間利用率得到了提高，而且在不改變液膜厚度的前提下，增大了相間接觸面積，增強(qiáng)了汽、液在填料中的湍動程度，延長了流體在填料內(nèi)的流經(jīng)距離和接觸時間，強(qiáng)化了填料的傳質(zhì)效果，進(jìn)而大大提高了設(shè)備的分離能力。以下是本實(shí)用新型與現(xiàn)有填料在精餾操作中性能的比較
圖1為本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本實(shí)用新型所述的單層翅片導(dǎo)流填料展開后的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為現(xiàn)有的產(chǎn)品之一結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為現(xiàn)有的產(chǎn)品之二結(jié)構(gòu)示意圖 圖中1-氣液進(jìn)出口，2-上盤片，3-翅片，4-上導(dǎo)流板，5-下盤片，6-下導(dǎo)流板，7-轉(zhuǎn)軸，8-翅片，9-流體通道，10-流體通道，11-小孔，12-勁板 具體實(shí)施方式
如圖1所示意，一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，包括上盤片2和下盤片5，上盤片2上設(shè)有若干直徑不同的筒狀上導(dǎo)流板4，下盤片5上設(shè)有若干直徑不同的筒狀下導(dǎo)流板6，上導(dǎo)流板4和下導(dǎo)流板6交錯嵌套排列，上導(dǎo)流板4和下盤片5之間留有流體通道9，下導(dǎo)流板6和上盤片2之間留有流體通道9，上導(dǎo)流板4上設(shè)有若干斜向下方傾斜的翅片3，下導(dǎo)流板6上設(shè)有若干斜向上方傾斜的翅片8。
如圖2所示意，翅片3、8為平行四邊形，上導(dǎo)流板4和下導(dǎo)流板6上的翅片3、8的層數(shù)分別為偶數(shù)(至少兩層)，其中一層翅片和另一層翅片的兩個相鄰的翅片構(gòu)成三角形或平行四邊形，這種結(jié)構(gòu)可以使上層兩相鄰翅片之間導(dǎo)流板上流動的液體必需通過下層翅片，以使液體通過每一層翅片導(dǎo)流板填料時經(jīng)過的距離相同。上導(dǎo)流板上翅片的傾斜方向和下導(dǎo)流板上翅片的傾斜方向相反。
在翅片3、8上設(shè)有若干小孔10，相鄰的小孔以三角形或平行四邊形狀排列。液體由于受強(qiáng)大離心力的作用而形成厚度為幾微米的液膜，順著盤片向前流動而不會通過小孔甩到安裝翅片的導(dǎo)流板上，這樣增大了每個翅片上相間的接觸面積，可達(dá)到強(qiáng)化設(shè)備的傳質(zhì)效果的目的。
安裝方式如圖2所示，上、下層翅片按三角形或平行四邊形狀均勻分布在導(dǎo)流板上，保持液體在每一層翅片導(dǎo)流板上的流動距離相等。內(nèi)外相鄰翅片導(dǎo)流板的的板間徑向距離與圖4折流板填料的距離可以相同，也可以不同，具體根據(jù)分離要求與處理量定。每層導(dǎo)流板根據(jù)液體流動的路線設(shè)有與上、下盤片間的距離，即流體流動通道，保證液體能從內(nèi)側(cè)一層填料流向外側(cè)一層填料，同時氣體能從外側(cè)一層填料流向內(nèi)側(cè)一層填料，均不發(fā)生隔板流動現(xiàn)象。為增大填料空間的利用率，每層導(dǎo)流板與上(或下)盤片間的距離不同，具體根據(jù)流體流通面積相同的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從內(nèi)到外應(yīng)與導(dǎo)流板的直徑成反比。
帶翅片的導(dǎo)流板的安裝可通過焊接在相應(yīng)的上、下盤片上，也可在保證液體流通面積的前提下，在上導(dǎo)流板或下導(dǎo)流板下均勻分布勁板11(如圖2所示)，將帶翅片的導(dǎo)流板嵌套在上、下盤片的凹槽中來固定。
權(quán)利要求1、一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，包括上盤片(2)和下盤片(5)、其特征在于上盤片(2)上設(shè)有若干直徑不同的筒狀上導(dǎo)流板(4)，下盤片(5)上設(shè)有若干直徑不同的筒狀下導(dǎo)流板(6)，上導(dǎo)流板(4)和下導(dǎo)流板(6)交錯嵌套排列，上導(dǎo)流板(4)和下盤片(5)之間留有流體通道(9)，下導(dǎo)流板(6)和上盤片(2)之間留有流體通道(10)，上導(dǎo)流板(4)上設(shè)有若干斜向下方傾斜的翅片(3)，下導(dǎo)流板(6)上設(shè)有若干斜向上方傾斜的翅片(8)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，其特征在于翅片(3、8)為平行四邊形，上導(dǎo)流板(4)和下導(dǎo)流板(6)上翅片(3、8)的層數(shù)分別為偶數(shù)，其中一層翅片和另一層的兩個相鄰的翅片構(gòu)成三角形或平行四邊形。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，其特征在于在翅片(3、8)上設(shè)有若干小孔，且相鄰的小孔以三角形狀或平行四邊形狀排列。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)填料床用填料，具體為一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料。解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)填料床的填料在精餾操作中存在的氣液逆流接觸效果差的問題。包括上盤片和下盤片，上盤片上設(shè)有若干直徑不同的筒狀上導(dǎo)流板，下盤片上設(shè)有若干直徑不同的筒狀下導(dǎo)流板，上導(dǎo)流板和下導(dǎo)流板交錯嵌套排列，上導(dǎo)流板和下盤片之間留有流體通道，下導(dǎo)流板和上盤片之間留有流體通道，上導(dǎo)流板上設(shè)有若干斜向下方傾斜的翅片，下導(dǎo)流板上設(shè)有若干斜向上方傾斜的翅片。增大了相間接觸面積，增強(qiáng)了汽、液在填料中的湍動程度，延長了流體在填料內(nèi)的流經(jīng)距離和接觸時間，強(qiáng)化了填料的傳質(zhì)效果，進(jìn)而大大提高了設(shè)備的分離能力。
文檔編號B01D3/30GK201239556SQ200820078310
公開日2009年5月20日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者劉有智, 栗秀萍, 王建偉 申請人:中北大學(xué)