復合式折流旋轉床傳質與反應設備的制作方法

本發明屬于超重力場中傳質、反應
技術領域：
，具體為一種復合式折流旋轉床傳質與反應設備。
背景技術：
：超重力技術是典型的化工過程強化技術之一，極大地強化了氣液傳質、傳熱與反應過程。在超重力旋轉床中，液體被高速旋轉的填料剪切破碎形成表面積極大且不斷更新的液滴、液絲和液膜，與穿過填料的氣體接觸，強化了氣液微觀混合，使傳質系數提高了1～2個數量級，具有液泛高、物料停留時間短等優點。經過多年的發展，超重力旋轉床已應用于精餾、脫硫、制備納米材料、除塵等過程，成為了化工過程強化的有效途徑之一。超重力旋轉床體積小是其優點之一，但在一定的空間內也限制了氣液的流程，接觸時間短，不利用傳質過程。現有大部分超重力旋轉床中，氣液分布不均勻，使得氣體未與液體接觸就會溢出，影響傳質效率，僅能強化液相傳質過程，而且由于氣體受到填料摩擦曳力的作用，在轉子內像固體轉動，氣相界面得不到快速的更新，也使得氣相傳質效率較低。技術實現要素：本發明針對現有設計中現存的氣液分布不均勻以及由于氣體受到填料摩擦曳力的作用使得氣相界面得不到快速的更新導致的傳質效率低下問題，提供了一種復合式折流旋轉床傳質與反應設備。本發明采用如下的技術方案實現：復合式折流旋轉床傳質與反應設備，包括靜盤、液體分布器、液體進口管、氣體出口管、上導流板、下導流板、氣體進口管、動盤、旋轉軸、液體出口管和殼體，其特征在于：靜盤和動盤均置于殼體內，靜盤上設有若干直徑不同的同心環狀上導流板，上導流板上開有均勻排布的圓形小孔，動盤上設有若干同心圓臺狀下導流板，下導流板上開有均勻排布的刺孔，上導流板和下導流板交錯排列，靜盤與氣體出口管固定相連，動盤與旋轉軸固定連接，旋轉軸一端穿過殼體并與之密封。所述的氣體進口管和液體出口管設置于殼體上，液體分布器與液體進口管相連，液體進口管設置在氣體出口管內。所述的上導流板材質為不銹鋼或聚丙烯塑料，下導流板材質為不銹鋼或聚丙烯塑料。所述的上導流板等間距布置，相鄰上導流板間距d1為動盤長度D的1/12～1/10，上導流板高度d3為相鄰上導流板間距d1的2.4～3倍，上導流板與動盤（8）間距d4為相鄰上導流板間距d1的1/7～1/5。所述的下導流板等間距布置，下導流板與動盤之間的夾角θ為45o～75o，下導流板頂端與上導流板頂端間距d2為相鄰上導流板間距d1的1/8～1/6。所述的上導流板上圓形小孔孔徑為1～2mm，孔間距為1.5～2.5mm。所述的下導流板上刺孔包括通孔以及通孔上邊緣的垂直于下導流板或者相對于下導流板向上傾斜的倒刺，刺孔在下導流板上成矩形均勻排列，通孔孔徑為1～2mm，孔間距為1.5～2.5mm。所述的液體分布器為圓柱形狀，四周自上而下布置有6組圓形細孔，每組包含7個細孔，細孔孔徑為0.4～0.5mm。與現有技術相比，本發明的優點是：通過改變氣液流體的流動路徑，充分利用轉子內徑向和軸向空間，改善氣液分布不均勻的情況，有效延長氣液接觸時間；同時，通過增加對氣體擾動程度，提高氣相傳質效率。具體如下：（1）上導流板和下導流板沿徑向等距離的固定在靜盤和動盤上，氣體沿徑向由外向內依次交替通過上導流板和下導流板，液體則沿徑向由內向外依次交替通過下導流板和上導流板。液體進入到液體分布器經0.4mm的細孔噴出后，形成比表面積較大的噴霧，有效地增加了氣液界面面積，強化了設備的氣液傳質效果。（2）噴霧撞擊到帶有刺孔的下導流板后，在離心力的作用下，液體在刺孔和導流板上形成薄的液膜而不是在導流板上形成層流，部分液體穿過刺孔撞擊在下一上導流板，大部分順著下導流板流動，增加了每個下導流板上的氣液接觸面積；同時，氣體可以將刺孔的液膜吹破，將液膜拉得更薄，下導流板與動盤之間存在夾角，液體在離心力的作用下，穿過刺孔在下導流板的外側形成液膜，增大了氣液接觸面積和導流板的表面利用率。（3）液體通過上下導流板之間的流體通道撞擊到上導流板，液體在小孔和導流板上形成液膜和細小的液滴，如在下導流板一樣，氣體將刺孔的液膜吹破，將液膜拉的更薄，進一步的增加了氣液接觸面積；部分液體穿過刺孔撞擊在下一個下導流板上，大部分液體在重力的作用下下降至動盤上，然后又被甩到帶有刺孔的下導流板上形成很薄的液膜，如此的反復下去，直到液體被甩出轉子，形成“（）”型通道，液體在轉子中不斷地聚焦和被破碎，更新了氣液接觸表面，而且充分提高了空間利用率，很大程度上延長了流體流程，延長了氣液接觸時間，強化了設備的氣液分離效果。（4）在離心場中，氣體在通過刺孔和上下導流板之間的流體通道時，不斷地被剪切和分散，與液體在導流板形成的通道之間逆流接觸，發生強烈的混合，氣液之間的相互作用增強，氣相湍動程度增強，氣相傳質過程得到強化。（5）不需要填充填料，減少了裝置的制作成本，降低了運行能耗，并且轉動慣性顯著減小，運行穩定性得到提高，可以長時間連續運行。附圖說明圖1為復合式折流旋轉床結構示意圖;圖2為液體分布器結構展開圖;圖3位上導流板側視圖;圖4為下導流板側視圖。圖中：1-靜盤，2-液體分布器，3-液體進口管，4-氣體出口管，5-上導流板，6-下導流板，7-氣體進口管，8-動盤，9-刺孔，10-旋轉軸，11-液體出口管，12-殼體。具體實施方式結合附圖對本發明的具體實施方式最進一步說明。如圖1所示，一種復合式折流旋轉床傳質與反應設備，包括靜盤1、液體分布器2、液體進口管3、氣體出口管4、上導流板5、下導流板6、氣體進口管7、動盤8、旋轉軸10、液體出口管11和殼體12，其特征在于：靜盤1和動盤8均置于殼體內，靜盤1上設有若干直徑不同的同心上導流板5，動盤8上設有若干同心圓臺下導流板6，上導流板5和下導流板6交錯排列，靜盤1與氣體出口管4固定相連，動盤8與旋轉軸10固定連接，旋轉軸10一端穿過殼體12并與之密封。殼體12上設置有氣體進口管7和液體出口管11，液體分布器2與液體進口管3連，液體進口管3設置在氣體出口管4內。傳質、反應具體過程為：氣體從氣體進口7進入，在轉子內依次通過下導流板6和上導流板5，受到導流板通道的限制，在刺孔9和上下導流板的多重作用下，湍動程度大大增強；液體進入到液體分布器2內后經細孔噴出后，形成比表面積較大的噴霧，噴霧撞擊到下導流板上6，形成很薄的液膜，順著下導流板6向上流動，通過刺孔和上下導流板之間流體通道撞擊到帶有小孔的上導流板5上形成細小的液滴，在重力的作用下下降至動盤8上，然后又被甩到帶有刺孔的下導流板6上形成很薄的液膜，如此的反復下去；氣體與液體在導流板形成的通道之間逆流接觸，發生強烈的混合，氣液之間的相互作用增強，氣相湍動程度增強，氣相傳質過程得到強化。最終，氣體從氣體出口4流出，液體由液體出口11流出，完成傳質、反應過程。如圖2所示，圓柱形狀液體分布器3展開后結構，四周從上到下不對稱的開有細孔，細孔孔徑為0.4～0.5mm，保證液體均勻的噴灑到下導流板6上。如圖3所示，上導流板5安裝在靜盤1上，上導流板5上開有圓形小孔。如圖4所示，下導流板6與動盤8之間的夾角θ為45o～75o，下導流板6上開有刺孔9，以輾軋方式在板片上輾出，刺孔9包括通孔以及通孔上邊緣的垂直于下導流板或者相對于下導流板向上傾斜的倒刺，刺孔9在下導流板6上成矩形均勻排列。下面結合具體實施例對本發明的實施方式做進一步說明。實施例1：將本發明設備應用于2000mg/m3硫化氫吸收過程。實驗中裝置結構參數為：θ=45o、d1=1/10D、d2=1/7d1、d3=3d1、d4=1/7d1、刺孔孔徑1.5mm、刺孔間距2mm、圓形小孔孔徑1mm、刺孔間距2.5mm，液體分布器細孔孔徑0.45mm；操作參數為：液氣比為10L/m3，旋轉床轉速1000r/min、純堿含量12g/L、PDS含量15mg/L、溫度30℃條件下，硫化氫的平均脫除率為96.4%。實施例2：將本發明設備應用于2000mg/m3硫化氫吸收過程。實驗中裝置結構參數為：θ=60o、d1=1/12D、d2=1/6d1、d3=2.4d1、d4=1/5d1、刺孔孔徑1mm、刺孔間距2.5mm、圓形小孔孔徑1.5mm、刺孔間距2mm，液體分布器細孔孔徑0.4mm；操作參數為：液氣比為10L/m3，旋轉床轉速1000r/min、純堿含量12g/L、PDS含量15mg/L、溫度30℃條件下，硫化氫的平均脫除率為98.7%。實施例3：將本發明設備應用于2000mg/m3硫化氫吸收過程。實驗中裝置結構參數為：θ=75o、d1=1/11D、d2=1/8d1、d3=2.7d1、d4=1/6d1、刺孔孔徑2mm、刺孔間距1.5mm、圓形小孔孔徑2mm、刺孔間距1.5mm，液體分布器細孔孔徑0.5mm；操作參數為：液氣比為10L/m3，旋轉床轉速1000r/min、純堿含量12g/L、PDS含量15mg/L、溫度30℃條件下，硫化氫的平均脫除率為95.3%。在相同操作參數下，與文獻（超重力法脫除氣體中硫化氫[J]，化工進展，2008,27（9）：1404-1407）應用于2000mg/m3硫化氫吸收過程對比見下表。實驗實驗1實驗2實驗3文獻硫化氫平均脫除率96.40%98.70%95.30%92.40%可見，經過本發明裝置硫化氫的平均脫除率高于一般裝置，具有突出的效果。當前第1頁1 2 3