專利名稱：螺紋管線軸型規(guī)整填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在旋轉(zhuǎn)床中的超重力場強(qiáng)化傳遞與反應(yīng)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(shù)：
旋轉(zhuǎn)床是一種新型的利用填料旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場來強(qiáng)化傳遞與反應(yīng)的 設(shè)備。旋轉(zhuǎn)床作為一種氣液相逆流或并流接觸的高效過程強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱設(shè)備， 可廣泛應(yīng)用于石油化工、制藥、火炸藥等行業(yè)的精餾、吸收、解吸、化學(xué)反 應(yīng)及納米材料的制備等場合。
在旋轉(zhuǎn)床中，基本原理是利用旋轉(zhuǎn)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(yīng)，其核心結(jié)構(gòu)是旋轉(zhuǎn)床中填 料的結(jié)構(gòu)設(shè)計。流體在旋轉(zhuǎn)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(qiáng)烈，傳質(zhì)、傳熱系數(shù)高或反應(yīng)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(dá)到理想 要求。因此，在旋轉(zhuǎn)床有限的空間內(nèi)，開發(fā)能充分利用設(shè)備空間，提高流體 在設(shè)備內(nèi)停留時間的填料具有重要的應(yīng)用價值。所以填料的結(jié)構(gòu)對傳遞或反 應(yīng)效果起著至關(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 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。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(zhuǎn)床氣液傳質(zhì)反應(yīng) 器和CN201132076Y公開的帶平面網(wǎng)版的超重力旋轉(zhuǎn)床。上述旋轉(zhuǎn)床中使用 的填料存在的缺點是只利用了旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)床裝置和CN 201239556Y公開的旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)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CN 1269256A公開的渦流式超重力場反應(yīng)裝置及其應(yīng)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(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)床填料結(jié)構(gòu)上的設(shè)計不完善等問題而導(dǎo)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(zhuǎn)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。
本發(fā)明是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的， 一種螺紋管線軸型規(guī)整填料，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(shè)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(shè)置。
布液管沿圓筒外周螺旋繞行設(shè)置的方式為單根布液管是 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(dá)到下 盤片再向上纏繞，如此反復(fù)直到達(dá)到設(shè)計的長度或者厚度的要求。
本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)為圓柱狀，下盤片在軸的帶動下一起旋轉(zhuǎn)，使填料內(nèi) 具有離心力場。液體從上盤片中心孔處進(jìn)入填料內(nèi)側(cè)，經(jīng)圓筒進(jìn)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(cè)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(xì)管內(nèi)形成厚度較薄的液膜。氣體從填料外側(cè)布液管端口進(jìn)入 布液管(在填料中，氣液為逆流接觸)，或氣體從填料內(nèi)側(cè)布液管端口進(jìn)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(cè)流向另一側(cè)。如圖3所示。
本發(fā)明提高了旋轉(zhuǎn)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(shè)備的傳遞與反應(yīng)效果。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于石油化工、制藥、火炸 藥等行業(yè)的精餾、吸收、解吸、化學(xué)反應(yīng)及納米材料的制備等場合。
圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明結(jié)合旋轉(zhuǎn)床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖(剖面圖)
圖3為單層布液管的結(jié)構(gòu)展開圖
圖4為本發(fā)明所述螺紋管線軸型規(guī)整填料的旋轉(zhuǎn)床在精餾操作中的應(yīng)用 圖5為本發(fā)明所述螺紋管線軸型規(guī)整填料的旋轉(zhuǎn)床在吸收操作(氣體凈 化)中的應(yīng)用
圖中l(wèi)-上盤片、2-圓筒、3-布液管、4-下盤片、5-旋轉(zhuǎn)軸、6-液體進(jìn)口、7-氣體出口、 8-氣體進(jìn)口、 9-液體出口、 10-多級旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)床、 19-一級凈化吸收床、20-富液槽、21-泵、22-再生液儲槽、23-泵
具體實施例方式
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l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(shè)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(shè)置。
布液管沿圓筒外周螺旋繞行設(shè)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W)沿圓筒按螺紋狀順時針由下向上螺旋纏繞，例如，傾斜角度W)為
上盤片和下盤片之間的距離a)與填料內(nèi)徑處周長(2兀^)的比，g口，螺距
為上、下盤片之間的距離。然后當(dāng)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(zhuǎn)180度，并沿著同一方向繼續(xù)螺旋纏繞，達(dá) 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(")為填料上、下盤片間距離(/2)與布液管直徑(")的比再除以cos 6， g卩"-Zz/(dcos0。布液管管口設(shè)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(cè)處布液管管口外側(cè)與下盤片緊密接觸，布液管管口 內(nèi)側(cè)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(cè)處布液管管口內(nèi)側(cè)與上盤片或下盤片緊密接觸，布液管管口 外側(cè)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 0。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(zhuǎn)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(zhuǎn)的情況下不變型為準(zhǔn)。
本發(fā)明利用細(xì)管的線軸狀纏繞，使流體在圓柱狀填料內(nèi)以復(fù)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(qiáng)化了填料 的傳遞與反應(yīng)效果，進(jìn)而大大提高了設(shè)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(zhuǎn)子為基準(zhǔn)，對液體在波紋絲網(wǎng)填料、翅片導(dǎo)流板填料和
本發(fā)明中的流經(jīng)距離進(jìn)行了比較，結(jié)果如表l所示。由表1可知，當(dāng)超重力
精餾設(shè)備內(nèi)轉(zhuǎn)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(dǎo)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(yīng)增加，三種填料的分離能力亦應(yīng)相應(yīng)提高。
表l液體在填料中的流經(jīng)距離
填料轉(zhuǎn)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/l 10mm/30mm￡ 39.25mm波紋絲直徑為0.285mm，在轉(zhuǎn) 子中緊密排列
翅片導(dǎo)流板填料60mm/l 10mm/30mm〉210.96 mm板間距為8mm
本發(fā)明60mm/l 1 Omm/30mm〉1449.65 mm布液管直徑為8mm
以下為本發(fā)明的應(yīng)用實例:
應(yīng)用實例1:在精餾單元操作中，本發(fā)明可安裝在多級旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 子流量計計量后從原料進(jìn)口進(jìn)入多級旋轉(zhuǎn)床10，經(jīng)設(shè)備腔體的導(dǎo)流板流入多 級旋轉(zhuǎn)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(cè)流到外側(cè)。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(jìn)行傳質(zhì)傳熱。離開填料的液體從多級旋轉(zhuǎn)床底部的液體出口流出， 進(jìn)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(jìn)口進(jìn)入多級旋轉(zhuǎn)床IO，在壓力作用下，從旋轉(zhuǎn)床底層填料外側(cè)進(jìn) 入內(nèi)側(cè)，然后沿流體導(dǎo)流板上升到上一層填料的外側(cè)，在壓力作用下由外至 內(nèi)通過上層填料。然后從多級旋轉(zhuǎn)床頂部的氣體出口進(jìn)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(jìn)口返回到多級旋轉(zhuǎn)床中，其余作為產(chǎn) 品引出。
應(yīng)用實例2:在吸收單元操作中(以氣體凈化為例)，本發(fā)明可根據(jù)氣體 的凈化要求安裝在一級或多級旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)床入口進(jìn)入一級凈化旋轉(zhuǎn)床19外腔， 在壓力作用下，從旋轉(zhuǎn)填料外側(cè)進(jìn)入內(nèi)側(cè)，在填料中，氣體與吸收液逆流接 觸，進(jìn)行傳質(zhì)凈化，經(jīng)凈化后的氣體從旋轉(zhuǎn)床的氣體出口排出。吸收液從旋 轉(zhuǎn)床中心液體分布管進(jìn)入旋轉(zhuǎn)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(cè)流到外側(cè)。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(jìn)行傳質(zhì)。離開填料的富液從旋轉(zhuǎn)床底部的液體出口 流出，再經(jīng)過富液槽20和泵21進(jìn)入再生旋轉(zhuǎn)床18進(jìn)行再生。再生后的液體 循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1、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(shè)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(shè)置。
2、 根據(jù)權(quán)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(shè)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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種安裝在旋轉(zhuǎn)床中的超重力場強(qiáng)化傳遞與反應(yīng)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(zhuǎn)床填料結(jié)構(gòu)上的設(shè)計不完善等問題而導(dǎo)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(shè)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(shè)置。本發(fā)明提高了旋轉(zhuǎn)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(shè)備的傳遞與反應(yīng)效果。
文檔編號B01J19/32GK101648129SQ20091007526
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)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(xué)