專利名稱：螺紋管線軸型規(guī)整填料的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種安裝在旋轉床中的超重力場強化傳遞與反應用規(guī)整填料，具
體為一種螺紋管線軸型規(guī)整填料。
背景技術：
旋轉床是一種新型的利用填料旋轉產(chǎn)生的離心力場來強化傳遞與反應的設備。旋
轉床作為一種氣液相逆流或并流接觸的高效過程強化傳質(zhì)傳熱設備，可廣泛應用于石油化
工、制藥、火炸藥等行業(yè)的精餾、吸收、解吸、化學反應及納米材料的制備等場合。 在旋轉床中，基本原理是利用旋轉產(chǎn)生的離心力使液體徑向流動，在流動過程和
氣體逆向或同向接觸而發(fā)生傳遞或反應，其核心結構是旋轉床中填料的結構設計。流體在
旋轉填料床內(nèi)受離心力與摩擦力的作用，使相界面大，更新速度快，氣液微觀混合強烈，傳
質(zhì)、傳熱系數(shù)高或反應速度快，但流體在填料內(nèi)的流動速度快、停留時間短，對氣體混合物
選擇性吸收或納米材料制備來說是有益的，但對氣_氣或液_液混合物的分離效率來說，較
難達到理想要求。因此，在旋轉床有限的空間內(nèi)，開發(fā)能充分利用設備空間，提高流體在設
備內(nèi)停留時間的填料具有重要的應用價值。所以填料的結構對傳遞或反應效果起著至關重
要的作用。 科技工作者在填料的研究開發(fā)方面進行了大量的工作，合理的填料設計能有效提 高汽、液的接觸面積和延長汽、液的接觸時間等，起到強化汽、液的微觀接觸混合效果，進而 提高設備的分離能力。如 (1)美國專利US 4382900公開的一種離心氣液分離裝置(以波紋絲網(wǎng)填料)，中 國專利CN 2229833公開的同心圓環(huán)薄板填料旋轉床氣液傳質(zhì)反應器和CN 201132076Y公 開的帶平面網(wǎng)版的超重力旋轉床。上述旋轉床中使用的填料存在的缺點是只利用了旋轉 床的徑向空間，軸向和周向空間未得到利用。 (2)中國專利CN 1415396A公開的折流式超重力場旋轉床裝置和CN201239556Y公 開的旋轉填料床精餾操作用翅片導流規(guī)整填料等。上述兩種填料同時利用了徑向和軸向空 間，而周向空間未得到利用； (3)中國專利CN 101013003A公開的一種超重力傳質(zhì)裝置和CN1269256A公開的渦 流式超重力場反應裝置及其應用。上述填料同時利用了徑向和周向空間，軸向空間未得到 應用。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有旋轉床填料結構上的設計不完善等問題而導致的液體 在填料中流動分布不均勻和氣液接觸面積小、時間短，混合物分離(或凈化)效果差等情 況，而提出了一種充分利用旋轉床的徑向、軸向和周向空間，約束流體流動行為的螺紋管線 軸型規(guī)整填料。 本實用新型是由以下技術方案實現(xiàn)的，一種螺紋管線軸型規(guī)整填料，包括圓筒，位CN 201454539 U
于圓筒兩端的上盤片、下盤片，上盤片中心處開有圓孔，其特征在于在下盤片上沿圓筒周 圍設有若干根布液管，任意一根布液管的管口與圓筒內(nèi)相通，布液管沿圓筒外周螺旋繞行 設置。 布液管沿圓筒外周螺旋繞行設置的方式為單根布液管是連續(xù)的，在下盤片和上 盤片之間往返同向螺旋環(huán)繞。其具體操作方式是，單根布液管沿圓筒螺旋纏繞，上升到上盤 片后再下折并沿著同一方向繼續(xù)螺旋纏繞，達到下盤片再向上纏繞，如此反復直到達到設 計的長度或者厚度的要求。 本實用新型的整體結構為圓柱狀，下盤片在軸的帶動下一起旋轉，使填料內(nèi)具有 離心力場。液體從上盤片中心孔處進入填料內(nèi)側，經(jīng)圓筒進入所有的布液管，然后沿著布液 管以"S"型流動(螺旋型)，然后整體以"N"型從填料內(nèi)側向外流過整個填料。液體在布液 管內(nèi)受離心力的作用和布液管螺旋纏繞的作用，在細管內(nèi)形成厚度較薄的液膜。氣體從填 料外側布液管端口進入布液管(在填料中，氣液為逆流接觸)，或氣體從填料內(nèi)側布液管端 口進入布液管(在填料中，氣液為并流接觸)，氣體充滿布液管整個腔體，在壓力的作用下 以"S-N"型從填料一側流向另一側。如圖3所示。 本實用新型提高了旋轉床填料的空間利用率，規(guī)范了流體在填料中的流動路徑， 延長了流體在填料中的流動距離與時間，提高了流體在填料中分布的均勻性和設備的傳遞 與反應效果。本實用新型可廣泛應用于石油化工、制藥、火炸藥等行業(yè)的精餾、吸收、解吸、 化學反應及納米材料的制備等場合。

圖1為本實用新型的整體結構示意圖 圖2為本實用新型結合旋轉床的內(nèi)部結構示意圖(剖面圖) 圖3為單層布液管的結構展開圖 圖4為本實用新型所述螺紋管線軸型規(guī)整填料的旋轉床在精餾操作中的應用 圖5為本實用新型所述螺紋管線軸型規(guī)整填料的旋轉床在吸收操作(氣體凈化) 中的應用 圖中1-上盤片、2_圓筒、3_布液管、4_下盤片、5_旋轉軸、6_液體進口 、7-氣體 出口 、8-氣體進口 、9-液體出口 、 10-多級旋轉床、11-冷凝器、12-原料儲槽、13-泵、14-再 沸器、15-換熱器、16-泵、17-產(chǎn)品罐、18-再生旋轉床、19- 一級凈化吸收床、20-富液槽、 21-泵、22-再生液儲槽、23-泵
具體實施方式如圖1、2、3所示意，一種螺紋管線軸型規(guī)整填料，包括圓筒2，位于圓筒2兩端的上 盤片1、下盤片4，上盤片1中心處開有圓孔，其特征在于在下盤片4上沿圓筒2周圍設有 若干根布液管3，任意一根布液管3的管口與圓筒2內(nèi)相通，布液管3沿圓筒2外周螺旋繞 行設置。 布液管沿圓筒外周螺旋繞行設置的方式為單根布液管是連續(xù)的，在下盤片和上 盤片之間往返同向螺旋環(huán)繞。 其具體操作方式是，單根布液管(直徑一般為5-10mm)以一定的傾斜角度(9 )沿
4圓筒按螺紋狀順時針由下向上螺旋纏繞，例如，傾斜角度(e)為上盤片和下盤片之間的距
離(h)與填料內(nèi)徑處周長(2jiR》的比，S卩，螺距為上、下盤片之間的距離。然后當布液管 纏繞一周時，正好與上盤片接觸，上升到上盤片后再向外向下翻轉180度，并沿著同一方向 繼續(xù)螺旋纏繞，達到下盤片再向上纏繞，如此依次由內(nèi)向外纏繞，直到盤片的外徑處。布液 管的數(shù)量(n)為填料上、下盤片間距離(h)與布液管直徑(d)的比再除以cos e ，即n = h/ (dcose)。布液管管口設有一定倒角，作為布液管與圓筒的相通接口，具體為填料內(nèi)側處 布液管管口外側與下盤片緊密接觸，布液管管口內(nèi)側與下盤片留有一定距離，具體根據(jù)流 體流量定，一般為10-15mm左右。相反，填料外側處布液管管口內(nèi)側與上盤片或下盤片緊密 接觸，布液管管口外側與上盤片或下盤片留有一定距離，一盤不超過15mm。 布液管3直徑根據(jù)原料處理量定，一般為5-10mm，布液管3的數(shù)量為填料上、下盤 片間距離與布液管直徑的比再除以cos e 。布液管材質(zhì)可以金屬管、塑料管或高分子材料 管，具體根據(jù)處理物系的性能定。布液管內(nèi)壁要求有一定的粗糙度；為增大旋轉床內(nèi)空間的 利用率，布液管管壁厚度越薄越好，在高速旋轉的情況下不變型為準。 本實用新型利用細管的線軸狀纏繞，使流體在圓柱狀填料內(nèi)以復雜的"S-N"型流 動，不僅使填料的空間利用率得到了提高，而且在不改變液膜厚度的前提下，規(guī)范了流體在 填料中的流動路徑，提高了流體在填料中分布的均勻性，增大了相間接觸面積，延長了流體 在填料中的流動距離與時間，強化了填料的傳遞與反應效果，進而大大提高了設備的性能。 具體體現(xiàn)在以內(nèi)徑為60mm、外徑為110mm、軸向高度(上下盤片間距離)為30mm 的轉子為基準，對液體在波紋絲網(wǎng)填料、翅片導流板填料和本發(fā)明中的流經(jīng)距離進行了比 較，結果如表1所示。由表1可知，當超重力精餾設備內(nèi)轉子尺寸相同時，液體在四種填料 中流經(jīng)的距離依次為波紋絲網(wǎng)填料<翅片導流板填料<螺旋線軸型填料。也就是說，液體 通過上述三種填料的停留時間相應增加，三種填料的分離能力亦應相應提高。 表1液體在填料中的流經(jīng)距離
填料轉子內(nèi)徑/外徑/軸向高度流體流經(jīng)距離備注
波紋絲網(wǎng)填料60mm/110mm/3 Omm￡ 39.25mm波紋絲直徑為0.285mm,在轉 子中緊密排列
翅片導流板填料60mm/110mm/3 Omm〉210.96 mm板間距為8mm
本發(fā)明60mm/11 Omm/3 Omm〉1449.65 mm布液管直徑為8mm 以下為本實用新型的應用實例 應用實例1 :在精餾單元操作中，本實用新型可安裝在多級旋轉床中，實現(xiàn)連續(xù)精 餾操作。如圖4所示。原料儲槽12中的原料在泵13的作用下，經(jīng)轉子流量計計量后從原 料進口進入多級旋轉床IO，經(jīng)設備腔體的導流板流入多級旋轉床的內(nèi)腔。受離心力的作用 沿"S-N"型路線從螺紋管線軸型規(guī)整填料的內(nèi)側流到外側。受離心力與摩擦力的作用形成 液膜、液絲與液滴，與逆流的汽體進行傳質(zhì)傳熱。離開填料的液體從多級旋轉床底部的液體 出口流出，進入再沸器14。再沸器14中的液體部分引出，部分經(jīng)加熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽再從氣
體進口進入多級旋轉床io，在壓力作用下，從旋轉床底層填料外側進入內(nèi)側，然后沿流體導
流板上升到上一層填料的外側，在壓力作用下由外至內(nèi)通過上層填料。然后從多級旋轉床
5頂部的氣體出口進入冷凝器14。冷凝器14中的部分液體作為回流液從回流液進口返回到 多級旋轉床中，其余作為產(chǎn)品引出。 應用實例2 :在吸收單元操作中(以氣體凈化為例)，本實用新型可根據(jù)氣體的凈 化要求安裝在一級或多級旋轉床中，可實現(xiàn)一級凈化(如圖5所示)或多級凈化。原料氣 (待凈化氣)從旋轉床入口進入一級凈化旋轉床19外腔，在壓力作用下，從旋轉填料外側進 入內(nèi)側，在填料中，氣體與吸收液逆流接觸，進行傳質(zhì)凈化，經(jīng)凈化后的氣體從旋轉床的氣 體出口排出。吸收液從旋轉床中心液體分布管進入旋轉床，受離心力的作用沿"S-N"型路 線從螺紋管線軸型規(guī)整填料的內(nèi)側流到外側。受離心力與摩擦力的作用形成液膜、液絲與 液滴，與逆流的氣體進行傳質(zhì)。離開填料的富液從旋轉床底部的液體出口流出，再經(jīng)過富液 槽20和泵21進入再生旋轉床18進行再生。再生后的液體循環(huán)使用。
權利要求一種螺紋管線軸型規(guī)整填料，包括圓筒(2)，位于圓筒(2)兩端的上盤片(1)、下盤片(4)，上盤片(1)中心處開有圓孔，其特征在于在下盤片(4)上沿圓筒(2)周圍設有若干根布液管(3)，任意一根布液管(3)的管口與圓筒(2)內(nèi)相通，布液管(3)沿圓筒(2)外周螺旋繞行設置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的螺紋管線軸型規(guī)整填料，其特征在于布液管沿圓筒外周螺 旋繞行設置的方式為單根布液管(3)是連續(xù)的，在下盤片(4)和上盤片(1)之間往返同向 螺旋環(huán)繞。
專利摘要本實用新型涉及一種安裝在旋轉床中的超重力場強化傳遞與反應用規(guī)整填料，具體為一種螺紋管線軸型規(guī)整填料。解決現(xiàn)有旋轉床填料結構上的設計不完善等問題而導致的液體在填料中流動分布不均勻和氣液接觸面積小、時間短，混合物分離(或凈化)效果差等情況。包括圓筒，位于圓筒兩端的上盤片、下盤片，上盤片中心處開有圓孔，其特征在于在下盤片上沿圓筒周圍設有若干根布液管，任意一根布液管的管口與圓筒內(nèi)相通，布液管沿圓筒外周螺旋繞行設置。本實用新型提高了旋轉床填料的空間利用率，規(guī)范了流體在填料中的流動路徑，延長了流體在填料中的流動距離與時間，提高了流體在填料中分布的均勻性和設備的傳遞與反應效果。
文檔編號B01D3/30GK201454539SQ200920104408
公開日2010年5月12日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權日2009年8月27日
發(fā)明者劉有智, 張世光, 張振翀, 栗秀萍, 栗繼宏 申請人:中北大學