專利名稱：旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)填料床用填料，具體為一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅 片導(dǎo)流規(guī)整填料。
背景技術(shù)：
精餾過程實(shí)際上是汽、液逆流接觸的傳質(zhì)、傳熱過程，填料在此過程中起 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(jì)能有效提高汽、液的接觸面積和延長(zhǎng)汽、液的接觸時(shí)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。
旋轉(zhuǎn)填料床能極大地強(qiáng)化精餾過程的汽、液接觸效果，這里除在高速旋轉(zhuǎn) 情況下形成的超重力作用外，很重要的與填料有關(guān)，特別是在不同的過程操作 或處理不同的物系方面，填料的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是不同的。常見的旋轉(zhuǎn)填料床用填料 多為波紋絲網(wǎng)填料，主要用于氣體吸收、氣體解吸及納米材料制備等方面。這 些單元操作研究的較多，但在精餾操作方面，精餾操作同時(shí)伴隨傳熱、傳質(zhì)的 過程，有其特殊的性質(zhì)和工藝要求。 一般研究者普遍沿用了以上提及的波紋絲
網(wǎng)填料(如圖3所示)。實(shí)際上，精餾操作過程有傳熱、傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的特點(diǎn)， 不僅要求汽、液在填料中有較大的接觸面積，而且要求有較長(zhǎng)的接觸路程與接 觸時(shí)間，以使流體在填料進(jìn)出口處形成較大的溫度差與濃度差。依據(jù)這樣的要 求，近年來科研工作者開發(fā)了折流盤填料(如圖4所示)，在一定程度上延長(zhǎng)了 汽、液在填料中的接觸距離與時(shí)間，提高了設(shè)備的分離能力。
如圖3所示為美國專利UUS4382900公開的旋轉(zhuǎn)填料床用波紋絲網(wǎng)填料，波紋絲網(wǎng)纏繞在由上盤片、下盤片和內(nèi)、外轉(zhuǎn)鼓構(gòu)成的轉(zhuǎn)子中。液體受離心力 的作用沿徑向從填料內(nèi)側(cè)向外側(cè)甩出。液體在填料中的流經(jīng)距離為
L=L1 +L2+L3
其中，M為液體在填料中的徑向流經(jīng)距離，mm; L2為液體在填料中的軸向流 經(jīng)距離，mm; L3為液體在填料中的周向流經(jīng)距離，mm。由于液體所受的離心 力較大，在填料中的停留時(shí)間只有幾秒，故L2、L3可忽略，則<formula>see original document page 4</formula>其中，R2、 R1分別為整個(gè)填料的外徑、內(nèi)徑，mm; d為波紋絲網(wǎng)絲的直徑， mm。
如圖4所示為中國專利CN1686591公開的旋轉(zhuǎn)填料床用折流盤填料，其核 心部件為上下相嵌的由不同直徑同心圈所構(gòu)成的折流盤；位于上方的折流盤固 定在殼體上，為靜折流盤；與靜折流盤相配套的是相嵌在其下方的動(dòng)折流盤， 動(dòng)折流盤固定在旋轉(zhuǎn)軸上并與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。由于液體在轉(zhuǎn)子內(nèi)受離心力的作用 只能潤(rùn)濕折流盤上同心圈的內(nèi)側(cè)和上、下盤片徑向距離的一半，因此，液體填 料中的流經(jīng)距離為
L'=L1' + L2'
其中，L1'為液體流經(jīng)同心圈的距離，L1'=nh, mm; n表示填料內(nèi)的同心圈的個(gè) 數(shù)，h表示同心圈的軸向高度，mm; L2'為液體流經(jīng)上下盤片的距離，L2'=R2-R1。 因此，
L'=L1'+L2=nh+(R2-Ri)
當(dāng)填料內(nèi)徑、外徑及軸向高度(一般〉30mm)相同時(shí)，L >L，即液體在圖4
所用填料中流經(jīng)的距離比在圖3所用填料中的流經(jīng)距離長(zhǎng)，相應(yīng)，汽、液在填
料中的接觸時(shí)間亦延長(zhǎng)，設(shè)備的分離效果得到一定提高。但存在的問題是填 料有效表面積只占填料實(shí)際表面積的50%，相鄰?fù)娜χg的空隙完全沒有利 用，折流盤填料的表面利用率與空間利用率均較低。而且，由于上方折流盤靜 止不動(dòng)，其表面的液體只在重力作用下向下流動(dòng)，受表面張力的作用和導(dǎo)流板 表面光潔度的影響而液膜較厚，且易形成股流，影響了設(shè)備的傳質(zhì)效果和分離 能力。
針對(duì)目前旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用填料的不足，本發(fā)明提出了翅片導(dǎo)流規(guī)整 填料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)填料床的填料在精餾操作中存在的氣液逆流接觸 效果差(同時(shí)不滿足熱量傳遞和質(zhì)量傳遞效果差)的問題而提供了一種旋轉(zhuǎn)填 料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料。
本發(fā)明是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的， 一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī) 整填料，包括上盤片和下盤片，上盤片上設(shè)有若干直徑不同的筒狀上導(dǎo)流板， 下盤片上設(shè)有若干直徑不同的筒狀下導(dǎo)流板，上導(dǎo)流板和下導(dǎo)流板交錯(cuò)嵌套排 列，上導(dǎo)流板和下盤片之間留有流體通道，下導(dǎo)流板和上盤片之間留有流體通 道，上導(dǎo)流板上設(shè)有若干斜向下方傾斜的翅片，下導(dǎo)流板上設(shè)有若干斜向上方 傾斜的翅片。
若干導(dǎo)流板根據(jù)直徑大小由里到外等距離固定在上、下盤片上，上、下盤 片用螺栓固定在一起，在軸的帶動(dòng)下一起旋轉(zhuǎn)，使填料內(nèi)具有離心力場(chǎng)，液相 流體沿半徑方向由內(nèi)向外依次交替通過下導(dǎo)流板和上導(dǎo)流板，形成"脈沖波形<formula>see original document page 5</formula>"通道。氣相流體則沿半徑方向由外向內(nèi)與液體相向依次交替通過上導(dǎo)流板和下導(dǎo)流板。液體在導(dǎo)流板上由于受離心力的作用而克服了液體表面張力 的作用，形成厚度較薄的液膜，可增大導(dǎo)流板上相間的接觸面積，強(qiáng)化設(shè)備的傳質(zhì)效果；根據(jù)液體的流動(dòng)方向和導(dǎo)流板的旋轉(zhuǎn)方向，在導(dǎo)流板內(nèi)側(cè)安裝交錯(cuò) 排列的平行四邊行翅片，翅片與導(dǎo)流板存在一定夾角，使液體在相鄰內(nèi)、外兩層導(dǎo)流板間以"^'型路線流動(dòng)。由于受慣性力和離心力的雙重作用，液體從 翅片流出后， 一部分直接碰撞到內(nèi)層導(dǎo)流板的外側(cè)，使內(nèi)層導(dǎo)流板的外側(cè)潤(rùn)濕， 增大了相間的接觸面積與填料的表面利用率； 一部分被直接甩到安裝翅片的導(dǎo)流板上，使液體在相鄰內(nèi)、外兩層導(dǎo)流板間以"？"型路線流動(dòng)，提高了填料 的空間利用率，達(dá)到增大相間的接觸面積，延長(zhǎng)液體在填料中的流經(jīng)距離和氣 液的接觸時(shí)間的目的，強(qiáng)化了設(shè)備的分離效果；在翅片上均勻分布若干小孔， 小孔以三角形或平行四邊形狀排列。液體由于受強(qiáng)大離心力的作用而形成厚度 為幾微米的液膜,順著盤片向前流動(dòng)而不會(huì)通過小孔甩到安裝翅片的導(dǎo)流板上， 這樣增大了每個(gè)翅片上的相間的接觸面積，進(jìn)一步達(dá)到強(qiáng)化設(shè)備的傳質(zhì)效果的 目的。本發(fā)明可用于氣體吸收、氣體解吸、微觀混合和化學(xué)反應(yīng)等單元操作。 還可應(yīng)用于化工、石油化工、制藥、冶金、輕工業(yè)、火炸藥行業(yè)的氣體吸收、 氣體解吸、微觀混合及化學(xué)反應(yīng)等旋轉(zhuǎn)填料床方面。
本發(fā)明的效果本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)的翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，使流體在圓柱狀填料空間內(nèi)以復(fù)雜的"皿^"型流動(dòng)，不僅使填料的表面利用率和空間利用率得 到了提高，而且在不改變液膜厚度的前提下，增大了相間接觸面積，增強(qiáng)了汽、 液在填料中的湍動(dòng)程度，延長(zhǎng)了流體在填料內(nèi)的流經(jīng)距離和
填料 理論塔板高度(mm) 單板壓降(Pa)
波紋絲網(wǎng)填料 5.46-28.6 14.84-88.75
折流盤填料 40-50
本發(fā)明 4.82-11.88 13.55-62.18


圖1為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明所述的單層翅片導(dǎo)流填料展開后的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為現(xiàn)有的產(chǎn)品之一結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為現(xiàn)有的產(chǎn)品之二結(jié)構(gòu)示意圖
圖中1-氣液進(jìn)出口， 2-上盤片，3-翅片，4-上導(dǎo)流板，5-下盤片，6-下導(dǎo) 流板，7-轉(zhuǎn)軸，8-翅片，9-流體通道，10-流體通道，11-小孔，12-勁板
具體實(shí)施例方式
如圖1所示意， 一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，包括上盤 片2和下盤片5，上盤片2上設(shè)有若干直徑不同的筒狀上導(dǎo)流板4，下盤片5 上設(shè)有若干直徑不同的筒狀下導(dǎo)流板6，上導(dǎo)流板4和下導(dǎo)流板6交錯(cuò)嵌套排 列，上導(dǎo)流板4和下盤片5之間留有流體通道9，下導(dǎo)流板6和上盤片2之間 留有流體通道9，上導(dǎo)流板4上設(shè)有若干斜向下方傾斜的翅片3，下導(dǎo)流板6 上設(shè)有若干斜向上方傾斜的翅片8。
如圖2所示意，翅片3、 8為平行四邊形，上導(dǎo)流板4和下導(dǎo)流板6上的翅 片3、 8的層數(shù)分別為偶數(shù)(至少兩層)，其中一層翅片和另一層翅片的兩個(gè)相 鄰的翅片構(gòu)成三角形或平行四邊形，這種結(jié)構(gòu)可以使上層兩相鄰翅片之間導(dǎo)流 板上流動(dòng)的液體必需通過下層翅片，以使液體通過每一層翅片導(dǎo)流板填料時(shí)經(jīng)
過的距離相同。上導(dǎo)流板上翅片的傾斜方向和下導(dǎo)流板上翅片的傾斜方向相反。
在翅片3、 8上設(shè)有若干小孔U，相鄰的小孔以三角形或平行四邊形狀排 列。液體由于受強(qiáng)大離心力的作用而形成厚度為幾微米的液膜，順著盤片向前 流動(dòng)而不會(huì)通過小孔甩到安裝翅片的導(dǎo)流板上，這樣增大了每個(gè)翅片上相間的 接觸面積，可達(dá)到強(qiáng)化設(shè)備的傳質(zhì)效果的目的。
安裝方式如圖2所示，上、下層翅片按三角形或平行四邊形狀均勻分布在 導(dǎo)流板上，保持液體在每一層翅片導(dǎo)流板上的流動(dòng)距離相等。內(nèi)外相鄰翅片導(dǎo) 流板的的板間徑向距離與圖4折流板填料的距離可以相同，也可以不同，具體 根據(jù)分離要求與處理量定。每層導(dǎo)流板根據(jù)液體流動(dòng)的路線設(shè)有與上、下盤片 間的距離，即流體流動(dòng)通道，保證液體能從內(nèi)側(cè)一層填料流向外側(cè)一層填料， 同時(shí)氣體能從外側(cè)一層填料流向內(nèi)側(cè)一層填料，均不發(fā)生隔板流動(dòng)現(xiàn)象。為增 大填料空間的利用率，每層導(dǎo)流板與上(或下)盤片間的距離不同，具體根據(jù) 流體流通面積相同的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從內(nèi)到外應(yīng)與導(dǎo)流板的直徑成反比。
帶翅片的導(dǎo)流板的安裝可通過焊接在相應(yīng)的上、下盤片上，也可在保證液 體流通面積的前提下，在上導(dǎo)流板或下導(dǎo)流板下均勻分布勁板lg(如圖2所示)， 將帶翅片的導(dǎo)流板嵌套在上、下盤片的凹槽中來固定。
權(quán)利要求
1、一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，包括上盤片(2)和下盤片(5)、其特征在于上盤片(2)上設(shè)有若干直徑不同的筒狀上導(dǎo)流板(4)，下盤片(5)上設(shè)有若干直徑不同的筒狀下導(dǎo)流板(6)，上導(dǎo)流板(4)和下導(dǎo)流板(6)交錯(cuò)嵌套排列，上導(dǎo)流板(4)和下盤片(5)之間留有流體通道(9)，下導(dǎo)流板(6)和上盤片(2)之間留有流體通道(10)，上導(dǎo)流板(4)上設(shè)有若干斜向下方傾斜的翅片(3)，下導(dǎo)流板(6)上設(shè)有若干斜向上方傾斜的翅片(8)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料，其特 征在于翅片(3、 8)為平行四邊形，上導(dǎo)流板(4)和下導(dǎo)流板(6)上翅片(3、 8)的層數(shù)分別為偶數(shù)，其中一層翅片和另一層的兩個(gè)相鄰的翅片構(gòu)成三 角形或平行四邊形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料， 其特征在于在翅片(3、 8)上設(shè)有若干小孔，且相鄰的小孔以三角形狀或平 行四邊形狀排列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)填料床用填料，具體為一種旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作用翅片導(dǎo)流規(guī)整填料。解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)填料床的填料在精餾操作中存在的氣液逆流接觸效果差的問題。包括上盤片和下盤片，上盤片上設(shè)有若干直徑不同的筒狀上導(dǎo)流板，下盤片上設(shè)有若干直徑不同的筒狀下導(dǎo)流板，上導(dǎo)流板和下導(dǎo)流板交錯(cuò)嵌套排列，上導(dǎo)流板和下盤片之間留有流體通道，下導(dǎo)流板和上盤片之間留有流體通道，上導(dǎo)流板上設(shè)有若干斜向下方傾斜的翅片，下導(dǎo)流板上設(shè)有若干斜向上方傾斜的翅片。增大了相間接觸面積，增強(qiáng)了汽、液在填料中的湍動(dòng)程度，延長(zhǎng)了流體在填料內(nèi)的流經(jīng)距離和接觸時(shí)間，強(qiáng)化了填料的傳質(zhì)效果，進(jìn)而大大提高了設(shè)備的分離能力。
文檔編號(hào)B01J19/32GK101342477SQ20081005559
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者劉有智, 栗秀萍, 王建偉 申請(qǐng)人:中北大學(xué)