專利名稱：旋流剪切式超重力精餾塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種精餾塔，特別涉及ー種加大汽液接觸面積、提高精餾效率的旋流剪切式超重力精餾塔。
背景技術(shù)：
精餾塔是進(jìn)行精餾的ー種塔式汽液接觸裝置，蒸汽由塔底進(jìn)入。蒸發(fā)出的汽相與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)組分不斷地向汽相中轉(zhuǎn)移，汽相中的難揮發(fā)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到組分分離的目的。由塔頂上升的餾出汽進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則取出作為產(chǎn)品。塔底流出的餾余液，其中的一部分送入再沸器，加熱蒸發(fā)成再沸汽相返回塔中，另ー部分液體作為釜?dú)堃喝〕?。因此連續(xù)精餾塔一般具備六個(gè)接ロ，分別為汽相料入ロ、液相料 入口、餾出汽出口、回流液入ロ、餾余液出口、再沸汽入ロ。超重力旋轉(zhuǎn)型精餾塔是近年出現(xiàn)的ー種新型、高效、節(jié)能的精餾設(shè)備，其體積小，分離效率高，単位體積內(nèi)理論塔板數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，已有取代“大個(gè)子”傳統(tǒng)填料型精餾塔之勢(shì)。但現(xiàn)有的諸如折流式、錯(cuò)流式、對(duì)撞式等超重力旋轉(zhuǎn)塔技木；汽液間存在短路或溝流現(xiàn)象，使汽液兩相接觸不良或時(shí)間過短，致使傳質(zhì)效率下降的的弊病。如中國(guó)專利局2007年7月11日公告的CN1325137C號(hào)專利，名稱為多層折流式超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，該裝置包括殼體，殼體中心設(shè)有兩端貫穿殼體的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上串聯(lián)連接有由上到下呈層狀排列的ー組轉(zhuǎn)子，殼體上還設(shè)有與折流圈通道相通的中間進(jìn)料ロ。該轉(zhuǎn)子由與轉(zhuǎn)軸固定連接的動(dòng)折流盤、與殼體固定連接的靜折流盤組成，動(dòng)折流圈和靜折流圈分別固定連接在動(dòng)折流盤和靜折流盤上。ー組同心且直徑各異的動(dòng)折流圈、靜折流圈相對(duì)而設(shè)構(gòu)成曲折的折流圈通道，并在轉(zhuǎn)子下端的兩側(cè)設(shè)有第一通道ロ，轉(zhuǎn)子上端的中心設(shè)有第二通道ロ，第一通道口和第二通道ロ與折流圈通道相通，該裝置為典型的折流式超重力旋轉(zhuǎn)床。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有超重力旋轉(zhuǎn)型精餾塔汽液間存在短路或溝流現(xiàn)象，使汽液兩相接觸不良或時(shí)間過短，致使傳質(zhì)效率下降的問題，提供一種旋流剪切式超重カ精餾塔，提高汽液剪切強(qiáng)度，加強(qiáng)傳質(zhì)效率。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種旋流剪切式超重力精餾塔，包括殼體，殼體中心設(shè)有豎向的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的甩盤，殼體向下設(shè)有若干靜圈，甩盤向上設(shè)有若干動(dòng)圈，動(dòng)圈和靜圈與轉(zhuǎn)軸同軸心，動(dòng)圈和靜圈交替層插形成曲折流道，相鄰動(dòng)圈與靜圈之間的間距從軸心向外逐漸減小。這種流道結(jié)構(gòu)的好處是與旋轉(zhuǎn)甩盤的離心カ場(chǎng)的分布是吻合的(與ω2Γ成正比，其中ω為甩盤旋轉(zhuǎn)的角速度、r為甩盤的半徑)，即在旋轉(zhuǎn)甩盤半徑大處的流道窄ー些，汽流速度會(huì)高ー些，由于此處離心カ大ー些，液相速度也會(huì)變得高ー些。高速的汽流與高速的液流迎頭相撞，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的剪切作用，將液體撕裂成具有高線速度的極薄的液膜和細(xì)小的液滴或碎片，從而増大了汽、液兩相的接觸面積和路程，使汽、液兩相間的傳熱、傳質(zhì)能快速、高效地進(jìn)行。作為優(yōu)選，所述動(dòng)圈上設(shè)有噴孔，噴孔在動(dòng)圈上沿螺旋線排布，噴孔順著螺旋線斜向上沿動(dòng)圈切向開設(shè)。作為優(yōu)選，所述噴孔為魚泡眼狀。噴孔結(jié)構(gòu)與魚泡眼類似鼓起，且噴孔開ロ方向?yàn)榍邢?。?dòng)圈上設(shè)計(jì)了有螺旋線升角的噴孔，而固定在殼體上與動(dòng)圈呈層插狀的靜圈上卻無任何噴孔。液體在高速旋轉(zhuǎn)的甩盤產(chǎn)生的離心力作用下，沿著甩盤上的動(dòng)圈向上運(yùn)動(dòng)，并順著螺旋線從魚泡眼型的斜向噴孔中被飛速地拋出，帶著徑向和切向速度的液體撞擊在無噴孔的靜圈上，液體在強(qiáng)大的撞擊カ和剪切力的作用下，被粉碎成大量的細(xì)小液滴或極薄的液膜碎片，在重力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，并與上升的汽流逆流接觸，汽、液換熱后部分汽化，沒汽化的液體落到甩盤底部，越過靜圈底部后進(jìn)入另ー層動(dòng)圈里側(cè)，重復(fù)上述過程，直到被拋出甩盤進(jìn)入下ー層。由于液滴、液膜非常細(xì)、薄，比表面積大，并且粉碎后露出了大量的新表面積，使在動(dòng)圈與靜圈間形成的層插式S形狹窄通道中的汽、液兩相接觸及混合非常充分，從而極大地降低了傳質(zhì)阻力，即極大地増大了傳質(zhì)系數(shù)。從魚泡眼型斜向噴孔中被拋出的 液體，一部分在重力作用下如上所述那樣向下運(yùn)動(dòng)；另一部分會(huì)被上升汽流帶回動(dòng)圈的里偵牝再次在離心力作用下，從魚泡眼噴孔被拋出撞向靜圏。本裝置提出的這種噴孔能延長(zhǎng)汽、液兩相在動(dòng)、靜圈間的狹窄通道中發(fā)生剪切的時(shí)間及強(qiáng)度，并且不會(huì)使汽相阻力倍増，實(shí)踐也證明這種斜向噴孔的設(shè)置使裝置的分離效率提高很多，即分離的“理論塔板數(shù)”比別的同類超重力塔多20 30塊，同時(shí)回流比可大大降低，從而使精餾操作的總能耗也大幅下降。作為優(yōu)選，所述動(dòng)圈在螺旋線的各處均為多個(gè)噴孔密集開設(shè)。作為優(yōu)選，所述殼體為上下多層結(jié)構(gòu)，各層殼體均設(shè)有對(duì)應(yīng)的甩盤、動(dòng)圈、靜圈結(jié)構(gòu)。精餾塔為多層結(jié)構(gòu)，設(shè)有多層甩盤與殼體構(gòu)成的流道。 作為優(yōu)選，所述殼體頂部設(shè)有餾出汽出ロ、回流液入ロ，所述殼體底部設(shè)有再沸汽入ロ、餾余液出ロ，所述殼體的腰部設(shè)有汽相料入ロ、液相料入ロ。汽相料入ロ、液相料入ロ可以根據(jù)原料和產(chǎn)品濃度的不同選擇合適的高度，例如三層結(jié)構(gòu)的精餾塔，可以根據(jù)原料和產(chǎn)品濃度的要求選擇將汽相料入口、液相料入口設(shè)置在一、ニ層之間，也可以設(shè)置在ニ、三層之間。本實(shí)用新型流道從內(nèi)向外逐漸變窄，提高了外側(cè)流道汽液流動(dòng)的相対速度，加強(qiáng)剪切效果，汽液接觸面積更大，傳質(zhì)效果好；設(shè)置魚泡眼狀的噴孔，將液相料不斷從噴孔甩出打散，能延長(zhǎng)汽、液兩相在動(dòng)、靜圈間的狹窄通道中發(fā)生剪切的時(shí)間及強(qiáng)度，對(duì)汽相而言，卻増大了流通面積，降低了汽相流通阻力，從而使這種甩盤具有低阻力高剪切力的特性。

圖I是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型流道結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型圖2中A處放大圖。圖4是本實(shí)用新型噴孔在動(dòng)圈上分布示意圖。圖5是本實(shí)用新型單個(gè)噴孔側(cè)視圖。[0018]圖6是本實(shí)用新型圖5中B-B剖視圖，即單個(gè)噴孔的截面圖。圖中1.殼體，2.轉(zhuǎn)軸，3.電機(jī)，4.甩盤，5.液相料入口，6.汽相料入口，7.再沸汽入口，8.餾余液出口，9.餾出汽出口，10.回流液入口，11.靜圈，12.動(dòng)圈，13.噴孔。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)ー步說明。實(shí)施例一種旋流剪切式超重力精餾塔，如圖I所示。本裝置包括設(shè)置在機(jī)架上的回轉(zhuǎn)型的殼體1，殼體中心設(shè)有豎直的轉(zhuǎn)軸2，轉(zhuǎn)軸2通過設(shè)置在機(jī)架上的電機(jī)3驅(qū)動(dòng)。殼體I內(nèi)分三層，殼體層數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需求増加，殼體I的每層均設(shè)有固定在轉(zhuǎn)軸上的甩盤4，甩盤4上表面設(shè)有若干與轉(zhuǎn)軸同心的環(huán)形的動(dòng)圈12，殼體I每層的頂面向下設(shè)有數(shù)量相 同的靜圈11，靜圈11與動(dòng)圈12交替層插形成曲折的類S型流道，殼體I各層的頂部還設(shè)有液體分布器，將液相料導(dǎo)向殼體頂部中心，使液相料在流道中從內(nèi)向外流動(dòng)，與從外向內(nèi)流動(dòng)的汽相料形成對(duì)流。在殼體I的頂部設(shè)有餾出汽出口 9、回流液入口 10，所述殼體底部設(shè)有再沸汽入口 7、餾余液出口 8，所述殼體的第二層底部的側(cè)面設(shè)有汽相料入口 6、液相料入Π 5。靜圈11與動(dòng)圈12構(gòu)成的流道結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，相鄰靜圈11與動(dòng)圈12的間隙由內(nèi)向外逐漸減小，這種流道結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)甩盤的離心カ場(chǎng)的分布是吻合的，即在旋轉(zhuǎn)甩盤半徑大處的流道窄ー些，汽流速度會(huì)高ー些，由于此處離心カ大ー些，液相速度也會(huì)變得高ー些。高速的汽流與高速的液流迎頭相撞，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的剪切作用，將液體撕裂成具有高線速度的極薄的液膜和細(xì)小的液滴或碎片，從而増大了汽、液兩相的接觸面積和路程。動(dòng)圈12上開設(shè)噴孔13，噴孔13結(jié)構(gòu)如圖4、圖5、圖6所示。單個(gè)噴孔13為魚泡眼型的鼓起，噴孔13開ロ方向沿動(dòng)圈12的切向，且噴孔在動(dòng)圈上沿升角為α的螺旋線排布，每個(gè)開設(shè)噴孔處均為十二個(gè)噴孔為ー組集中設(shè)置，噴孔的開ロ方向順著螺旋線方向斜朝上。液相料在流道中的流動(dòng)如圖2所示，液體在高速旋轉(zhuǎn)的甩盤產(chǎn)生的離心力作用下，沿著甩盤上的動(dòng)圈向上運(yùn)動(dòng)，并順著螺旋線從魚泡眼型的斜向噴孔中被飛速地拋出，帶著徑向和切向速度的液體撞擊在無噴孔的靜圈上，液體在強(qiáng)大的撞擊カ和剪切力的作用下，被粉碎成大量的細(xì)小液滴或極薄的液膜碎片，在重力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，并與上升的汽流逆流接觸，汽、液換熱后部分汽化，沒汽化的液體落到甩盤底部，越過靜圈底部后進(jìn)入另ー層動(dòng)圈里側(cè)，重復(fù)上述過程，直到被拋出甩盤進(jìn)入下ー層。由于液滴、液膜非常細(xì)、薄，比表面積大，并且粉碎后露出了大量的新表面積，使在動(dòng)圈與靜圈間形成的層插式S形狹窄通道中的汽、液兩相接觸及混合非常充分，從而極大地降低了傳質(zhì)阻力，即極大地増大了傳質(zhì)系數(shù)。從魚泡眼型斜向噴孔中被拋出的液體，一部分在重力作用下如上所述那樣向下運(yùn)動(dòng)；另一部分會(huì)被上升汽流帶回動(dòng)圈的里側(cè)，再次在離心力作用下，從魚泡眼噴孔被拋出撞向靜圈。本實(shí)施例結(jié)構(gòu)可用于甲醇-水的ニ元系物料的實(shí)際精餾分離，設(shè)計(jì)甩盤直徑為750mm,轉(zhuǎn)速為1000r/min，超重力因子β ( = ω2r/g)達(dá)416，理論板達(dá) 90塊，三層結(jié)構(gòu)的超重力連續(xù)精餾塔，已達(dá)到質(zhì)量及生產(chǎn)能力如下進(jìn)塔原料甲醇濃度為70% (mol/mol),出塔成品甲醇濃度為99% (mol/mol)，塔底排出廢液中甲醇濃度為0. 5% (mol/mol)，進(jìn)料量為618kg/h,成品產(chǎn)量為500 kg /h0汽耗1.0t/h，冷卻水耗97 t/h，主機(jī)電耗7. 5kwh，裝置甲醇回收率達(dá)98%。
權(quán)利要求1.一種旋流剪切式超重力精餾塔，包括殼體，殼體中心設(shè)有豎向的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的甩盤，其特征在于殼體向下設(shè)有若干靜圈，甩盤向上設(shè)有若干動(dòng)圈，動(dòng)圈和靜圈與轉(zhuǎn)軸同軸心，動(dòng)圈和靜圈交替層插形成曲折流道，相鄰動(dòng)圈與靜圈之間的間距從軸心向外逐漸減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋流剪切式超重力精餾塔，其特征在于所述動(dòng)圈上設(shè)有噴孔，噴孔在動(dòng)圈上沿螺旋線排布，噴孔開ロ順著螺旋線斜向上沿動(dòng)圈切向開設(shè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋流剪切式超重力精餾塔，其特征在于所述噴孔為魚泡眼狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的旋流剪切式超重力精餾塔，其特征在于所述動(dòng)圈在螺旋線的各處均為多個(gè)噴孔密集開設(shè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的旋流剪切式超重力精餾塔，其特征在于所述殼體為上下多層結(jié)構(gòu)，各層殼體均設(shè)有對(duì)應(yīng)的甩盤、動(dòng)圈、靜圈結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的旋流剪切式超重力精餾塔，其特征在于所述殼體頂部設(shè)有餾出汽出ロ、回流液入ロ，所述殼體底部設(shè)有再沸汽入ロ、餾余液出ロ，所述殼體的腰部設(shè)有汽相料入ロ、液相料入ロ。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種旋流剪切式超重力精餾塔，解決現(xiàn)有超重力旋轉(zhuǎn)型精餾塔汽液間存在短路或溝流現(xiàn)象，使汽液兩相接觸不良或時(shí)間過短，致使傳質(zhì)效率下降的問題。本裝置包括殼體，殼體中心設(shè)有豎向的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的甩盤，殼體向下設(shè)有若干靜圈，甩盤向上設(shè)有若干動(dòng)圈，動(dòng)圈和靜圈與轉(zhuǎn)軸同軸心，動(dòng)圈和靜圈交替層插形成曲折流道，相鄰動(dòng)圈與靜圈之間的間距從軸心向外逐漸減小。本裝置的動(dòng)圈上還設(shè)有沿螺旋線排布，切向開設(shè)的魚泡眼狀噴孔，能將液相料從噴孔甩出打散。本實(shí)用新型汽液接觸面積更大，延長(zhǎng)汽、液兩相在動(dòng)、靜圈間的狹窄通道中發(fā)生剪切的時(shí)間及強(qiáng)度，具有低阻力高剪切力的特性。
文檔編號(hào)B01D3/14GK202478632SQ20122006690
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者張敏郎, 杜知偉 申請(qǐng)人:杭州錢江干燥設(shè)備有限公司