專利名稱：一種小型化氣液傳質設備的制作方法
技術領域：
在化工、制藥、材料、環保及能源等工業生產過程中，有機物的分離操作中(如精餾、汽提或吸收等)大量使用塔器，包括填充塔和板式塔，氣液兩相是依靠重力場的作用實現接觸傳質，達到分離提純的目的。但由于重力場較弱，液膜流動緩慢，單位體積內有效接觸面積小，因此傳質效率很低，設備體積龐大，空間利用率低。20世紀80年代初發展起來的超重力場旋轉床可利用旋轉產生的離心力場來代替常規重力場，使得氣液兩相之間的傳質、傳熱或反應過程得到強化，達到增加效率、縮小設備和降低能耗的目的。目前國內外已 將該技術成功地應用到化工、制藥等工業過程的分離和反應操作中，如吸收、除塵、納米材料的制備等，但由于單臺設備分離能力有限、無法實現中間進料等原因，已報道的填充式或碟片式等幾種類型的超重力場旋轉床至今都未能在單臺設備中實現工業生產中的連續精餾過程。
發明內容
本發明克服現有技術的缺點，提供了一種小型化氣液傳質設備，其采用的技術方案如下所述。一種小型化氣液傳質設備，包括外殼，氣體進、出口管，液體進、出口管，其特征在于，在外殼內設有一個繞轉軸轉動的動盤，動盤上設置若干折流圈。其中，在外殼內與轉動盤相對應的還設有一靜盤，所述的靜止盤上液固定若干折流圈。本發明的具體結構請參見后面所述。
圖I是本發明實施例中折流式超重力場旋轉床結構示意圖；圖2是本發明實施例中三層式折流式旋轉床結構示意圖；圖3是本發明實施例中每對折流圈平均壓降與環隙間氣相動能F因子的關系圖；圖4是本發明實施例中每對折流圈平均壓降與環隙間液體噴淋密度L的關系圖；圖5是本發明實施例每對折流圈平均傳質效率與環隙間氣相動能F因子的關系圖；主要符號含義I-動盤；2_氣體入口管；3_折流圈；4-靜盤；5_氣體出口管；6，7_液體進料管；
8-殼體；9_液體出口管；10_轉軸；11-折流圈。
具體實施方式
下面給出本發明的較佳的實施例，這些實施例并非限制本發明的內容。實施例折流式超重力場旋轉床的核心部件為動靜結合的轉子，將若干同心圈固定在動盤之上構成動折流圈群，由轉軸帶動其旋轉，與動折流圈相對且與其嵌套安裝的直接固定在靜止盤上的為靜折流圈群，其結構如圖I所示。其工作原理是作為連續相的氣體由氣體入口管2進入殼體，在壓差的作用下，從轉子外緣沿著靜折流圈與動折流圈之間的間隙曲折地由外向中心逐圈流動，最后經氣體出口管5離開床體；作為分散相的液體由液體進料管6進入并被引流至動盤中心，隨后被一系列高速旋轉的動折流圈反復甩向靜折流圈，最后在殼體內收集后由液體出口管9引出。液相在其間經歷了多次分散-聚集的過程，在此過程中，液體以極其細微的液滴甩離動圈，高速運動的液滴在靜圈上被碰撞、剪切和飛濺，在旋轉氣體離心力的作用下形成了比表面積極大而又不斷更新的氣液界面，因此具有極高的傳質速率。與重力場下的傳統塔器相比，折 流式超重力場旋轉床同樣具有常規的超重力場旋轉床(填料式或碟片式等)所具有的特點，傳質效率高，設備體積小，停留時間短，持液量小，抗堵能力強，開停車容易，適用于貴重物料、熱敏物料、高粘度物料或者有毒物料的處理，可以在高度、大小受限制的場合使用。但與常規的超重力場旋轉床相比，在工業生產的精餾操作中，折流式超重力場旋轉床在結構上具有更顯著的優點(I)折流式超重力場旋轉床只有下盤旋轉，上盤靜止，巧妙地解決了動與靜的矛盾，省掉了轉子與氣相出口之間的動密封，每臺設備只需I處動密封(即轉子與殼體之間的動密封)，降低了設備的制造難度。而常規的超重力場旋轉床固定填料的上下盤均旋轉，為保證氣體流過轉子，需要2處動密封，而且上動密封與介質直接接觸易腐蝕從而影響設備的壽命。(2)折流式超重力場旋轉床的上盤靜止，可以方便地在上盤的任意位置設置進料口，從而可以實現連續精餾過程。而常規的超重力場旋轉床由于轉子整體旋轉，無法實現中間進料，必須將2臺旋轉床串連才能實現連續精餾的中間進料，這樣使得流程復雜，設備投資增大。(3)折流式超重力場旋轉床不需要初始液體分布器，防堵塞能力強。而常規的超重力場旋轉床需要初始液體分布器，否則由于液體分布不均勻會大大降低傳質效率。(4)折流式超重力場旋轉床“S”型的曲折通道適當的延長了氣液接觸時間，有利于傳質效率的提高。而常規的超重力場旋轉床的直徑有限(受動平衡的限制)，盡管轉子內氣液傳質具有極高的速率，但由于氣液接觸時間極短，使單臺設備的分離能力受到限制，不能滿足常規有機物精餾分離的要求。(5)折流式超重力場旋轉床可以在同一個殼體內方便地在同一軸上安裝多層轉子，將單臺設備的理論板數成倍地提高，圖2即為一臺三層轉子的折流式超重力場旋轉床的結構示意圖。而常規的超重力場旋轉床要實現轉子的串聯，則必須使用2臺以上的設備來完成。圖3 圖5給出了以空氣-水和乙醇-水為物系測定的流體力學性能和傳質性能。折流式超重力場旋轉床的每對動靜折流圈壓降隨氣相動能因子F和轉速的增大而增大，但先隨液體噴淋密度L的增大而下降，隨后基本不變。正常操作條件下，每對動靜折流圈壓降與重力場下的傳統板式塔的每塊塔板的壓降相近，但在同一噴淋密度下，操作氣相動能因子F卻要比重力場下的傳統塔器大得多，并且無明顯的壓降轉折點，即折流式超重力場旋轉床極大地提高了液泛氣速。從圖5中可看出，全回流條件下，在較小的氣、液通量時，每對動靜折流圈的傳質效率隨氣、液通量的增加有較明顯的下降，但在氣相動能因子F大于3m/s(kg/m3)°_5之后基本不隨氣、液通量而變，從而表明了折流式旋轉床具有良好的操作彈性。但轉子的旋轉速度對理論板數有較大的影響，在1000r/min以下,理論板數隨轉速的增大而增大，而在轉速大于1000r/min時,傳質效率隨轉速的增大而變化不大,綜合考慮機械制造和動平衡等因素，工業應用的折流式旋轉床操作轉速為lOOOr/min左右。以氣、液通過的徑向有效長度計算，在轉速為1000r/min，全回流量為600L/h的條件下，其可達每米20塊理論板數的分離能力，一臺直徑為830mm、高度僅為018m的三層折流式旋轉床可達15 20塊理論板，能滿足常規有機物精餾分離提純的要求。對乙醇-水精餾、甲醇-水精餾應用實例中，在完成相同的產量和產品質量的前提下，將折流式超重力旋轉床與傳統的填料塔進行了高度和體積的比較，結果見表2。表2折流式超重力旋轉床與填料塔設備尺寸的比較 Table2 The size comparison of ZRB and packed column
v 6; —、Ui-V .:: mJ -- iirfrPUt
V(ISa 550. 276
-.■16 4a, I0- 4ft oi. 13
ft Sitt SI). 433
.'■13. S7.2
1 ■ :..a 6IL 03- Π同時有關機構對甲醇-水連續精餾系統在正常操作條件下進行了能耗的測試，結果見表3。表3能耗測試結果Table3 The results of power test
.,18 (Wf i*aa js % i'sr JAiS
./ .sfei|3Cnrt.diM A；^U^IiI/kWh. ^., ,備注測試包括了循環冷卻水耗電量，生產廠家蒸汽價格為130元/T，電價格為0. 5 元 /kWh由表2和表3可知，設備高度分別下降到填料塔的1/16. 4和1/13. 8，體積縮小到填料塔的1/4. I和1/7. 2，單位甲醇成品所耗的能僅為135. 71元/噸。可見折流式超重力旋轉床極大地強化了氣液間的傳質，能夠減小塔設備及輔助投資和能耗。工業生產充分表明，殼體高度為0. 8m的折流式超重力場旋轉床的分離效果與10多米高的填料塔相當，而設備的占地面積不足2m2，大幅度地減小了生產設備的尺寸，減少了工廠的用地，增加了生產的安全性。將設備安裝在單層的樓房內便可操作運行。有關機構的測試結果表明該設備具有性能好、效率高、能耗低、體積小等特點，是一種值得推廣的資源節約型的小型化氣液傳質設備。
權利要求
1.一種小型化氣液傳質設備，包括外殼，氣體進、出口管，液體進、出口管，其特征在于，在外殼內設有一個繞轉軸轉動的動盤，動盤上設置若干折流圈。
2.如權利要求I所述的一種小型化氣液傳質設備，其特征在于，在外殼內與轉動盤相對應的還設有一靜盤，所述的靜止盤上液固定若干折流圈。
全文摘要
本發明提供一種小型化氣液傳質設備，包括外殼，氣體進、出口管，液體進、出口管，其在外殼內設有一個繞轉軸轉動的動盤，動盤上設置若干折流圈，在外殼內與轉動盤相對應的還設有一靜盤，所述的靜止盤上液固定若干折流圈。本發明大幅度地減小了生產設備的尺寸，減少了工廠的用地，增加了生產的安全性，將設備安裝在單層的樓房內便可操作運行。該設備具有性能好、效率高、能耗低、體積小等特點，是一種值得推廣的資源節約型的小型化氣液傳質設備。
文檔編號B01D53/18GK102814055SQ20111015461
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年6月9日
發明者柳葉, 謝西平 申請人:上海恩氟佳科技有限公司