一種旋流器狀的傳質元件及靜態超重力傳質分離設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種旋流器狀的傳質元件，同時公開了應用所述傳質元件構成的可用于多級逆流操作的靜態超重力傳質分離設備。
【背景技術】
[0002]現今大部分用于傳質分離過程(吸收，精餾，萃取等)的設備，其兩相間的傳質和分離過程均是在重力場下完成的，劇烈的混合有助于傳質，但將大大增加了兩相分離的難度；由于重力場制約了兩相分離的速率，所以此類傳質分離設備不能進行更深程度的混合，從而導致了體積龐大，級效率低。
[0003]旋流器是一種常見的分離分級設備，常用離心沉降原理。當待分離的兩相混合液以一定壓力從旋流器周邊切向進入旋流器內后，產生強烈的三維橢圓型強旋轉剪切湍流運動。由于粗顆粒與細顆粒之間存在粒度差，其受到離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同，受離心沉降作用，大部分粗顆粒經旋流器底流口排出，而大部分細顆粒由溢流管排出，從而達到分離分級目的。如上所述，現有結構的旋流器主要用于對兩相混合液進行單一的分離過程，而不是將不同的兩相通過不同的入口進入腔體，從而實現混合和分離一體化的傳質過程。
[0004]為了既能充分的混合又能有效地分離，讓上述兩個過程在同一個離心力場(超重力場)下完成，通過對傳統旋流器的改造，形成一種新型的靜態超重力傳質元件。由于靜態的超重力場具有高剪切、高湍流的特性，且離心加速度遠大于重力加速度，所以既大大加強了兩相混合的烈度，又能有效地完成兩相的分離，從而極大地提高了傳質效率。事實上如今已經存在許多離心傳質設備，但其離心力場的形成均是靠設備的轉動，即均為動態的超重力傳質分離設備。此類設備操作費用及維護費用極高，且處理量不大，僅適用于高附加值產品的生產和其它一些特殊場合。
【發明內容】
[0005]本發明為了解決現有技術中的不足而提供一種旋流器狀的傳質元件，所述的傳質元件能同時完成混合及分離過程，傳質效率高，對于重相為溶劑的場合，可降低溶劑比，大大減少溶劑回收費用。
[0006]為達到上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]一種旋流器狀的傳質元件，包括腔體和尾管，所述的腔體上部沿切線方向設有輕相給料管，所述的腔體上部周向出口為輕相溢流管，在輕相溢流管中心設有重相給料管，重相給料管沿輕相溢流管中心插入腔體；腔體下端中心位置為尾管，重相和輕相分別由重相給料管和輕相給料管進行給料，重相和輕相在腔體內充分混合后分離，輕相沿輕相溢流管排出，重相由尾管排出，通過形成無轉動部件的靜態的超重力場，讓密度不同的兩相物料在傳質元件中同時完成兩相的均勻混合和分離的過程，既能通過湍流使不同相充分的混合傳質，又能利用離心力場有效地完成相分離。
[0008]作為本發明所述的傳質元件的一種優選方案，所述的輕相給料管為多個，優選的輕相給料管為2個，對稱設置在第一腔體切線方向。
[0009]同時本發明公開了一種包含上述傳質元件的靜態超重力傳質分離設備，包括多個串聯的傳質元件，第N+1級傳質元件的尾管為第N級傳質元件的重相給料管，以此類推連接，通過多個傳質元件合理的結構設計形成靜態離心力場實現密度不同的兩相的多極逆流操作。
[0010]作為本發明所述的靜態超重力傳質分離設備的一種優選方案，還包多級殼體，殼體的級數與傳質元件級數相同，傳質元件設置于殼體內，相鄰級的殼體間通過輕相溢流管連通，最上一級殼體上設有重相入口及輕相出口，最下一級殼體上設有輕相入口和重相出口，重相物料和輕相物料分別沿重相入口和輕相入口進行該分離設備，兩相在各級傳質元件進行混合及分離，最后分別經重相出口和輕相出口排出。
[0011]作為本發明所述的靜態超重力傳質分離設備的一種優選方案，所述的每級殼體內設有多個傳質元件。
[0012]有益效果:
[0013]本發明所述的旋流器狀的傳質元件讓密度不同的兩相物料在傳質元件中同時完成兩相的均勻混合和分離的過程；將多個傳質元件串聯形成靜態離心力場的多級逆流操作，這與動態的離心機相比，大大降低了制造、操作和維護費用，提高了處理能力，能滿足大型工業化生產的需要；與大型工業化生產中常用的重力場傳質設備(塔、槽、柱等)相比，以對某種物料體系的萃取研宄為例，單級傳質效率為90 %左右，接近于離心機，遠大于傳統重力場設備的20% -40% ;兩相夾帶水平為4% -11% (受操作條件影響較大)，低于離心機，但優于絕大多數工業生產的要求。
【附圖說明】
[0014]圖1是所述的旋流器狀的傳質元件結構示意圖。
[0015]圖2為一種所述的靜態超重力傳質分離設備結構示意圖。
[0016]圖3為另一種所述的靜態超重力傳質分離設備結構示意圖
[0017]1、傳質元件11、第一腔體12、第二腔體13、輕相給料管14、輕相溢流管15、重相給料管16、尾管2、殼體21、重相入口 22、重相出口 23、輕相入口 24、輕相出口
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0019]實施例1
[0020]如圖1所示，一種旋流器狀的傳質元件1，包括腔體，腔體包括連接在一起的圓柱狀第一腔體11和圓錐狀第二腔體12，根據需要第二腔體也可以為雙錐形或者其他現有的旋流器結構。第一腔體11沿切線方向設有2個輕相給料管13，第一腔體上部中心周向設有輕相溢流管14，在輕相溢流管14中心設有重相給料管15，重相給料管15沿輕相溢流管14插入第一腔體或延伸至第二腔體；第二腔體下端中心位置為尾管16。
[0021]如圖2所示為一種靜態超重力傳質分離設備，包括多個串聯的傳質元件1，第N+1級傳質元件的尾管為第N級傳質元件的重相給料管，以此類推連接。在多級傳質元件外為多級殼體2，殼體的級數與傳質元件級數相同，旋流器狀的傳質元件設置于殼體內，相鄰級的殼體間通過輕相溢流管連通，最上一級殼體上設有重相入口 21及輕相出口 24，最下一級殼體上設有輕相入口 23和重相出口 22，重相物料和輕相物料分別沿重相入口和輕相入口進行該分離設備，兩相在各級傳質元件進行混合及分離，最后分別經重相出口和輕相出口排出。
[0022]圖3為另一種結構的旋流器狀的傳質元件的靜態超重力傳質分離設備，主體結構與圖2中結構相同，只是每級殼體內設有多個旋流器狀的傳質元件，進一步提高分離設備的處理量。
[0023]在每一級的傳質元件中，輕相物料經輕相給料管沿切線方向進入第一腔體，從而在腔內高速旋轉產生離心力場，輕相物料跟隨著外旋流先自上而下運動，在一定的位置(由于外旋流重相對空間的擠占)，進入內旋流自下向上運動，然后經輕相溢流口排出；重相物料經重相給料管管壁上的多個小孔或線型切口進入流場，在內旋流的作用下向上運動(軸向)，在離心沉降的作用下向外運動(徑向)，當向外運動到某一特定位置(零軸速包絡面)，重相物料將進入外旋流從而向下運動，最后作為底流經尾管排出。
[0024]雖然說明書中對本發明的實施方式進行了說明，但這些實施方式只是作為提示，不應限定本發明的保護范圍。在不脫離本發明宗旨的范圍內進行各種省略、置換和變更均應包含在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種旋流器狀的傳質元件，包括腔體和尾管，其特征在于:所述的腔體上部沿切線方向設有輕相給料管，所述的腔體上部周向出口為輕相溢流管，在輕相溢流管中心設有重相給料管，重相給料管沿輕相溢流管中心插入腔體；腔體下端中心位置為尾管，重相物料沿重相給料管給料，沿尾管排出；輕相物料沿輕相給料管給料，沿輕相溢出管排出。
2.根據權利要求1所述的旋流器狀的傳質元件，其特征在于:所述的輕相給料管為多個。
3.一種包含權利要求1或2所述的傳質元件的靜態超重力傳質分離設備，其特征在于:包括多個串聯的傳質元件，第N+1級傳質元件的尾管為第N級傳質元件的重相給料管，以此類推連接，實現密度不同的兩相的多極逆流操作。
4.根據權利要求3所述的靜態超重力傳質分離設備，其特征在于:包括多級殼體，殼體的級數與傳質元件級數相同，傳質元件設置于殼體內，相鄰級的殼體間通過輕相溢流管連通，最上一級殼體上設有重相入口及輕相出口，最下一級殼體上設有輕相入口和重相出口。
5.根據權利要求4所述的靜態超重力傳質分離設備，其特征在于:每級殼體內設有多個傳質元件。
【專利摘要】本發明公開了一種旋流器狀的傳質元件，包括腔體和尾管，所述的腔體上部沿切線方向設有輕相給料管，所述的腔體上部周向出口為輕相溢流管，在輕相溢流管中心設有重相給料管，重相給料管沿輕相溢流管中心插入腔體；腔體下端中心位置為尾管，通過形成無轉動部件的靜態的超重力場，讓密度不同的兩相物料在傳質元件中同時完成兩相的均勻混合和分離的過程。同時公開了包含上述傳質元件的靜態超重力傳質分離設備，包括多個串聯的傳質元件，第N+1級傳質元件的尾管為第N級傳質元件的重相給料管，以此類推連接，通過多個傳質元件合理的結構設計形成靜態離心力場實現密度不同的兩相的多極逆流操作。
【IPC分類】B04C5-12, B04C5-02, B04C5-26, B04C5-24
【公開號】CN104525394
【申請號】CN201410809015
【發明人】李中, 袁惠新
【申請人】李中, 袁惠新
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月19日