專利名稱：一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，具體涉及一些改善轉(zhuǎn)子軸向液體分布的新型內(nèi)構(gòu)件，可應(yīng)用于單級或多級轉(zhuǎn)子的超重力旋轉(zhuǎn)填充床，屬于超重力技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的吸收或精餾等氣液傳質(zhì)設(shè)備中，液體自塔頂經(jīng)液體分布器均勻噴灑于填料的頂部，氣體從塔底送入，流過填料的空隙，在填料層內(nèi)與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)。氣液兩相在填料層的均勻分布與否大大影響了傳質(zhì)的效果。為此，研究者將填料分為若干段，開發(fā)了多種液體再分布器置于填料段中間，調(diào)控氣液兩相在塔器內(nèi)橫截面上的均勻，從而減小壁流等對傳質(zhì)的影響。于1976年發(fā)展起來的超重力技術(shù)，作為一種強化氣液傳質(zhì)設(shè)備，其核心裝置為超重力旋轉(zhuǎn)填充床。填充床內(nèi)部為一個裝滿填料的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，其離心加速度為重力加速度的30-1000倍，液體在巨大的離心力驅(qū)動下與氣體逆流接觸完成氣液傳質(zhì)。超重力旋轉(zhuǎn)床利用離心力場來模擬超重力場，其核心在于對傳遞過程和微觀混合過程的極大強化。 隨著超重力技術(shù)的迅速發(fā)展，超重力技術(shù)已經(jīng)在油田注水脫氧、超微顆粒制備、聚合物脫揮、二氧化碳捕集、精餾等領(lǐng)域(詳見中國專利92102061,95105344. 2,200710120712. 7、 200810103231等)得到了應(yīng)用。作為裝載少量填料的氣液傳質(zhì)設(shè)備，超重力旋轉(zhuǎn)填充床也存在著氣相和液相在填料層均勻分布的問題。一般情況下，氣相從氣體進(jìn)口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床空腔之后，基本能保證均勻穿過填料層從氣體出口流出，重點需要關(guān)注的是液相均勻分布問題。在之前的超重力旋轉(zhuǎn)床中，液體在泵壓的作用下進(jìn)入均勻開孔的液體分布器強迫液體在填料層軸向上的均勻分布。在最近實用新型專利報道的多級逆流式超重力旋轉(zhuǎn)床(詳見中國專利200920M7008) 進(jìn)行精餾過程時，發(fā)現(xiàn)該旋轉(zhuǎn)床面臨的最大難題在于液體從第一級轉(zhuǎn)子(最頂層轉(zhuǎn)子)甩出到旋轉(zhuǎn)床腔體內(nèi)壁上之后順內(nèi)壁流下被第一級內(nèi)腔收集流向下一級轉(zhuǎn)子時，液體在下一級轉(zhuǎn)子的軸向上液體再分布非常不均勻，從而減弱了下一級轉(zhuǎn)子的傳質(zhì)效果。下一級轉(zhuǎn)子液體軸向分布比第一級轉(zhuǎn)子液體軸向分布效果差的原因在于第一級轉(zhuǎn)子液體是在泵壓的作用下從液體分布器中均勻噴射到轉(zhuǎn)子內(nèi)緣上，均勻開孔或開縫的液體分布器強迫液體在軸向上分布均勻。當(dāng)液體流到下一級轉(zhuǎn)子時，液體完全靠重力從上一層內(nèi)腔集液盤的邊緣流向下一級高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子內(nèi)壁上，導(dǎo)致了液體在轉(zhuǎn)子填料層分布不均勻。液體在下一級轉(zhuǎn)子軸向上分布不均勻帶來的后果將使轉(zhuǎn)子填料利用不充分，弱化了傳質(zhì)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，該旋轉(zhuǎn)床不僅可以實現(xiàn)單級或多級轉(zhuǎn)子的軸向液體初始分布的均勻，而且可以改善液體在轉(zhuǎn)子填料層內(nèi)部軸向的均勻分布，從而使超重力旋轉(zhuǎn)床中的液體在無泵壓作用下實現(xiàn)軸向均勻分布。
本發(fā)明提供的一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，包括腔體中心的一根貫穿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸、一個或多個沿轉(zhuǎn)軸串聯(lián)在一起的密閉的腔體、密閉腔體內(nèi)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子內(nèi)填充填料層，腔體上設(shè)有液體進(jìn)口、液體出口、氣體出口、氣體進(jìn)口，其特征在于，最頂層腔體上蓋的上端面液體進(jìn)口處設(shè)有儲液槽，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔設(shè)有在液體無泵壓情況下能實現(xiàn)液體軸向分布均勻的液體分布器。上述所述的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的液體分布器為在腔體上蓋的下端面的一導(dǎo)流管式液體分布器，該分布器為一組豎直沿圓周分布的長度不一的圓導(dǎo)管，上端固定在圓環(huán)板上，下端為具有向圓周外彎曲的端口。圓導(dǎo)管的上端端口為液體進(jìn)口，與儲液槽相連通?？梢愿鶕?jù)液量大小和填料層軸向高度的不同對分布器的導(dǎo)管直徑、導(dǎo)管長度、導(dǎo)管根數(shù)進(jìn)行設(shè)計。上述轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的液體分布器還包括轉(zhuǎn)子內(nèi)緣內(nèi)的跟導(dǎo)流管式液體分布器彎曲的圓導(dǎo)管口相匹配的、具有調(diào)控液體軸向初始分布的均勻性的點面式液體分布器，該分布器為一組圓錐環(huán)板沿中心軸有間隙的疊套在一起，該分布器垂直中心軸的中心板為圓環(huán)形板，沿圓環(huán)形板向上為錐度依次減小的倒立的圓錐環(huán)板，沿圓環(huán)形板向下為錐度依次減小的正立的圓錐環(huán)板，每塊環(huán)形錐板大口端外側(cè)焊接有水平圓環(huán)形板，相鄰兩塊水平環(huán)形板之間由垂直肋板支撐，該分布器內(nèi)側(cè)所有環(huán)形錐板小口端形成一半圓環(huán)形凹槽，此半圓環(huán)形凹槽與導(dǎo)流管式液體分布器彎曲的圓導(dǎo)管口相匹配。液體由點狀進(jìn)入該分布器，在離心力的作用下沿點線分布器的錐形板均勻發(fā)散為線狀液體從分布器流出，將液體由點狀均勻分割為線狀，從而達(dá)到均勻分布的目的?？筛鶕?jù)情況設(shè)計環(huán)形錐板的塊數(shù)、環(huán)形錐板錐度等梯度增加的度數(shù)等，一般情況環(huán)形錐板的塊數(shù)不少于4塊，環(huán)形錐板錐度等梯度增加的度數(shù)優(yōu)選5° -15°。點面式液體分布器焊接在填料芯筒上。填料層內(nèi)部還沿某一直徑設(shè)有對開圓筒式液體再分布器。該分布器主體為均勻開孔的環(huán)形圓柱筒，在相鄰兩排圓孔之間的外表面設(shè)置了有利于液體均勻分布的向上和向下的方向相反的兩塊圓錐環(huán)形板擋環(huán)，可根據(jù)液量大小和填料層軸向高度的不同設(shè)計擋環(huán)的角度和擋環(huán)的數(shù)量對液體軸向分布進(jìn)行調(diào)控。在轉(zhuǎn)子的填料芯筒上端面和下端面均設(shè)置了有效避免液體沿轉(zhuǎn)子徑向方向壁流的三角錐形環(huán)。本發(fā)明的一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，若為多級超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，則每級的導(dǎo)管式液體分布器、點面式液體分布器、對開圓筒式液體再分布器和填料芯筒上端面和下端面的三角錐形環(huán)可以相同也可以不同。本發(fā)明效果本發(fā)明提供的具有調(diào)控液體軸向分布的旋轉(zhuǎn)床裝置，通過液體入口導(dǎo)流管式液體分布器定點分布、轉(zhuǎn)子填料層內(nèi)緣的點面式液體分布器的初始分布、轉(zhuǎn)子填料層內(nèi)部的對開圓筒式液體再分布器對液體軸向再分布的調(diào)控，以及填料芯筒上下端面內(nèi)置的三角錐形環(huán)有效的破壞液體沿徑向的壁流，大大改善了液體在填料內(nèi)部的均勻分布，提高了填料的利用率，強化了旋轉(zhuǎn)床的氣液傳質(zhì)過程。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)床裝置可用于液體無泵壓情況下進(jìn)入轉(zhuǎn)子的單級或多級超重力旋轉(zhuǎn)床，特別適用于多級逆流式旋轉(zhuǎn)床吸收、精餾等氣液傳質(zhì)過程，與之前傳統(tǒng)的不具有調(diào)控軸向液體分布措施的超重力旋轉(zhuǎn)床相比，其傳質(zhì)效率可提高 60% -70%。


圖1是本發(fā)明超重力單級旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是導(dǎo)流管式液體分布器示意圖；圖3是點面式液體分布器示意圖；圖4是對開圓筒式液體再分布器示意圖；圖5是上下端面帶三角錐形環(huán)的填料芯筒示意圖；圖6是本發(fā)明超重力單級旋轉(zhuǎn)床氣液傳質(zhì)流程圖；圖7是本發(fā)明超重力二級逆流式旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明超重力二級逆流式旋轉(zhuǎn)床氣液傳質(zhì)流程圖；其中1.底座，2.電機(jī)，3.液體出口，4.螺栓，5.腔體，6.氣體進(jìn)口，7.螺栓，8.腔體壓蓋，9.密封，10.點面式液體分布器，10.點面式液體分布器，11.導(dǎo)流管式液體分布器， 12.氣體出口，13.螺栓，14.儲液槽，15.填料芯筒，16.填料壓蓋，17.對開圓筒式液體再分布器，18.填料，19.三角錐形環(huán)，20.轉(zhuǎn)盤，21.螺栓，22.密封，23.鍵，24.螺栓，25.圓環(huán)板， 26.導(dǎo)管，27.錐形板，28.環(huán)形平板，29.支撐板，30.擋環(huán)，31.廢液罐，32.鋼瓶，33.閥門， 34.氣體流量計，35.旋轉(zhuǎn)床內(nèi)腔，36.液體流量計，37.原料儲罐，38.閥門，39.泵，40.液體出口，41.氣體進(jìn)口，42.填料，43.對開圓筒式液體再分布器，44.三角錐形環(huán)，45.點面式液體分布器，46.導(dǎo)管式液體分布器，47.氣體出口，48.儲液槽，49.填料壓蓋，50.對開圓筒式液體再分布器，51.填料，52.點面式液體分布器，53.導(dǎo)管式液體分布器。
具體實施例方式本發(fā)明的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置是對現(xiàn)有的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置(如中國專利 91109255. 2,95107423. 7,200510049145,200920247008 等專利中公開的超重力旋轉(zhuǎn)裝置) 進(jìn)行的改進(jìn)。實施例1 如圖1所示單級超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，在密閉的腔體5中，將電機(jī)2的軸和轉(zhuǎn)盤20 用螺栓13固定于一體，電機(jī)2和底座1通過螺栓M固定于一體。電機(jī)2的軸通過鍵23給轉(zhuǎn)盤20的軸傳遞扭矩，從而使固定在轉(zhuǎn)盤20的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子包括填料壓蓋15、填料芯筒16、點面式液體分布器10 (其示意圖見圖3，該分布器內(nèi)側(cè)部分由5塊角度為0°、 10°、20°、30°、40°的環(huán)形錐板27組成，環(huán)形錐板的外側(cè)焊有水平的圓環(huán)形板觀，圓環(huán)形板觀之間用支撐板四支撐)、對開圓筒式液體再分布器17 (其示意圖見圖4)、填料芯筒上端面和下端面設(shè)有三角錐形環(huán)19、轉(zhuǎn)盤20和螺栓21。旋轉(zhuǎn)床腔體壓蓋8上設(shè)有與點面式液體分布器10相匹配的導(dǎo)流管式液體分布器11、儲液槽14和氣體出口 12。腔體上蓋8 和轉(zhuǎn)子之間設(shè)有密封9，以防止氣體從旋轉(zhuǎn)床內(nèi)腔不經(jīng)過轉(zhuǎn)子直接從氣體出口 12流走。轉(zhuǎn)盤20和底座1連接處設(shè)有密封22，以防止液體流入電機(jī)2中。旋轉(zhuǎn)床腔體5通過螺栓7和螺栓4與底座1和腔體壓蓋8連接。腔體5側(cè)面設(shè)有氣體進(jìn)口 6，底座1上設(shè)有液體出口 3。點面式液體分布器10與填料芯筒16焊接為一體。液體從儲液槽14進(jìn)入導(dǎo)流管式液體分布器11，液體在重力作用下從導(dǎo)流管式液體分布器11流入點面式液體分布器10，在離心力的作用下液體從點狀分散為線狀，強迫液體從分布器中在軸向上均勻分散出去。液體從點面式分布器10進(jìn)入填料18后，通過對開圓筒式液體再分布器17對液體進(jìn)行再次均勻分布，液體從填料壓蓋15的開孔中噴射到腔體5的內(nèi)壁，液體順腔體5內(nèi)壁流下，從液體出口 3流出。氣體在外界壓力下，從氣體進(jìn)口 6通過轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子內(nèi)與液體逆流接觸從氣體出口 12流出。根據(jù)液體粘性、液體流量、轉(zhuǎn)子填料層高度等條件可對導(dǎo)流管式液體分布器11導(dǎo)管沈的直徑(導(dǎo)管沈固定在圓環(huán)板25上)和對開圓筒式液體再分布器擋環(huán)30的數(shù)量進(jìn)行調(diào)控，實現(xiàn)液體均勻通過填料層，增大氣液接觸面積，強化傳質(zhì)過程。本發(fā)明超重力旋轉(zhuǎn)床裝置氣液傳質(zhì)實驗流程裝置如圖6所示。氣體從鋼瓶32通過閥門33和氣體流量計34經(jīng)氣體進(jìn)口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床內(nèi)腔35，通過填料壓蓋、填料、對開圓筒式液體再分布器從氣體出口流出。液體從原料儲罐37通過泵39、閥門38和液體流量計36 進(jìn)入儲液槽14，通過導(dǎo)流管式液體分布器、點面式液體分布器進(jìn)入填料，在強大的離心力作用下，液體被填料切為液滴、液膜或液絲，與氣體逆流接觸進(jìn)行氣液傳質(zhì)過程。液體從液體出口流回到廢液罐31。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進(jìn)一步說明。但本發(fā)明不限于所列出的實施例。采用NaOH溶液吸收(X)2氣體。鋼瓶提供(X)2和N2,兩者混合之后的混合氣(X)2含量為10% (摩爾比)通入如圖1所示單級旋轉(zhuǎn)床。吸收液為Imol/LNaOH溶液。吸收過程在常溫常壓下進(jìn)行。旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速為700r/min，液量為100L/h，氣量為6000L/h，不銹鋼絲網(wǎng)填料比表面為670m2/m3，氣液逆流，旋轉(zhuǎn)床內(nèi)安裝導(dǎo)流管式液體分布器、點面式液體分布器、 對開圓筒式液體再分布器和三角錐形環(huán)。實驗測得氣體出口(X)2含量為2. 05%。實施例2-25 工藝流程及步驟同實施例1，各實施例的工藝條件和操作條件以及相應(yīng)的實驗結(jié)果詳見表1。表1各實施例的工藝條件及實驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，包括腔體中心的一根貫穿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸、一個或多個沿轉(zhuǎn)軸串聯(lián)在一起的密閉的腔體、密閉在腔體內(nèi)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子內(nèi)填充填料層，腔體上設(shè)有液體進(jìn)口、液體出口、氣體出口、氣體進(jìn)口，其特征在于，最頂層腔體上蓋的上端面液體進(jìn)口處設(shè)有儲液槽，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔設(shè)有在液體無泵壓情況下能實現(xiàn)液體軸向分布均勻的液體分布器。
2.按照權(quán)利要求1一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的液體分布器為在腔體上蓋的下端面的一導(dǎo)流管式液體分布器，該分布器為一組豎直沿圓周分布的長度不一的圓導(dǎo)管，其上端固定在圓環(huán)板上，下端為具有向圓周外彎曲的端口，圓導(dǎo)管的上端端口為液體進(jìn)口，最頂層的導(dǎo)流管式液體分布器上端端口與儲液槽相連通。
3.按照權(quán)利要求2—種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的液體分布器還包括轉(zhuǎn)子內(nèi)緣內(nèi)的跟導(dǎo)流管式液體分布器彎曲的圓導(dǎo)管口相匹配的、具有調(diào)控液體軸向初始分布的均勻性的點面式液體分布器，該分布器為一組圓錐環(huán)板沿中心軸有間隙的疊套在一起，該分布器垂直中心軸的中心板為圓環(huán)形板，沿圓環(huán)形板向上為錐度依次減小的倒立的圓錐環(huán)板，沿圓環(huán)形板向下為錐度依次減小的正立的圓錐環(huán)板，每塊環(huán)形錐板大口端外側(cè)焊接有水平圓環(huán)形板，相鄰兩塊水平環(huán)形板之間由垂直肋板支撐，該分布器內(nèi)側(cè)所有環(huán)形錐板小口端形成一半圓環(huán)形凹槽，此半圓環(huán)形凹槽與導(dǎo)流管式液體分布器彎曲的圓導(dǎo)管口相匹配。
4.按照權(quán)利要求3—種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，環(huán)形錐板的塊數(shù)不少于4塊。
5.按照權(quán)利要求3—種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，環(huán)形錐板錐度等梯度增加的度數(shù)為5° -15°。
6.按照權(quán)利要求2—種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，填料層內(nèi)部沿某一直徑還設(shè)有對開圓筒式液體再分布器，該分布器主體為均勻開孔的環(huán)形圓柱筒，在相鄰兩排圓孔之間的外表面設(shè)置了有利于液體均勻分布的向上和向下方向相反的兩塊圓錐環(huán)形板擋環(huán)。
7.按照權(quán)利要求1的一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于， 在轉(zhuǎn)子的填料芯筒上端面和下端面均設(shè)置了有效避免液體沿轉(zhuǎn)子徑向方向壁流的三角錐形環(huán)。
8.按照權(quán)利要求1-7的任意一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，所述的超重力多級旋轉(zhuǎn)床裝置，每級的導(dǎo)管式液體分布器、點面式液體分布器、對開圓筒式液體再分布器和填料芯筒上端面和下端面的三角錐形環(huán)可相同也可以不同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有調(diào)控軸向液體分布的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，屬于超重力技術(shù)領(lǐng)域。裝置包括密閉的殼體，殼體中心有一貫通各殼體段的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子內(nèi)置填料層，液體可實現(xiàn)在無泵壓的情況下，通過導(dǎo)流管式液體分布器、點面式液體分布器、對開圓筒式液體再分布器和三角錐形環(huán)等內(nèi)構(gòu)件調(diào)控液體實現(xiàn)在軸向上的均勻分布，從而使轉(zhuǎn)子內(nèi)填料得到充分利用，強化傳質(zhì)效果，其傳質(zhì)效率可提高60％-70％。調(diào)控液體軸向分布的內(nèi)構(gòu)件可在單級或多級旋轉(zhuǎn)床上使用，特別使用在多級逆流式旋轉(zhuǎn)床的除第一級的轉(zhuǎn)子上。
文檔編號B01D3/30GK102247706SQ20111013077
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者初廣文, 羅勇, 鄒?？? 陳建峰 申請人:北京化工大學(xué)