旋轉床超重力多相反應器的製作方法

2023-06-14 04:51:51 1

專利名稱：旋轉床超重力多相反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種旋轉床反應裝置，特別是一種旋轉床超重力反應器。
背景技術：
80年代初，美國的Ramshaw等人利用離心力場對傳質過程進行強化，發明了一種名為「HIGEE」的轉鼓裝置(U.S.Pat.428355)。該裝置的轉子為一藍框型，框內裝填填料，氣液兩相在旋轉著的轉子中進行兩相之間的傳質過程，填充的填料提供傳質表面和通道。該類裝置又稱為旋轉填充床(RotatingPackedBeds，RPB)。旋轉填充床RPB主要用於強化傳質過程，起初用在精餾操作上，隨後用於強化吸收、解析等典型的傳質過程的操作上。德國人BrauerHeiz在1985年(GemanyPatentDE3336840A1)專利中提出了具有螺旋通道的轉鼓裝置，但通道壁上開有許多小孔，他們認為可以更好的強化傳質過程。
旋轉填充床RPB可以極大的強化傳質過程，研究表明該類超重力場裝置的傳質係數是傳統傳質設備例如填料塔、板式塔的數十倍甚至2~3個數量級。還有停留時間短、生產強度大等等優點。在國內主要是湘潭大學(1.周繼承，伍極光，陳昭瓊，湘潭大學自然科學學報，1994，16(增刊)，47-52，「離心力場強化傳質過程的研究」；2.周繼承，伍極光，中南六省區第四屆化學工程學術交流會論文集，P23-36，1992年11月，廣州，「離心力場傳質過程的研究」；3.陳昭瓊，熊雙喜，伍極光，化工學報，1995，46(3)，388-392，「螺旋型旋轉吸收器」；4.陳昭瓊，童志權，化工學報，1996，47(6)，758-762，「螺旋型旋轉吸收器ii煙氣脫硫傳質係數」；5.陳昭瓊，熊雙喜，童志權，環境工程，1996，14(2)，21-23，「螺旋型旋轉吸收器煙氣脫硫」)和北京化工大學鄭衝等人(CN912292040；921000936等)進行了較多的研究。旋轉填充床超重力技術的應用可以解決許多在常重力場下難以解決的問題。
但旋轉填充床RPB在較高的旋轉速度下，填料不僅不會增大傳質面積，反而會起阻礙作用。因為在高轉速下，氣液兩相可能呈乳化狀態，傳質機理發生了變化，傳質過程不再依賴填料。此外旋轉填充床RPB易堵塞。而BrauerHeiz的裝置通道壁上開有許多小孔，雖然可以不斷的更新傳質表面，但是造成了返混。

發明內容
本實用新型的目的在於提供一種不用裝填填料、不易堵塞、可用於氣-液、液-液、氣-液-固等多相反應過程的、利用離心力場強化傳遞與反應而可直接合成反應產品的螺旋通道型旋轉床超重力多相反應器。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的旋轉床轉子5套裝在密閉的機殼4內，轉子5的轉軸成動配合密封穿出機殼4與動力裝置相接，轉子5的中央進料腔外設有1至100條內端與轉子進料腔相通且外端與機殼4的內腔相通的密閉螺旋線形通道，機殼4周壁設有1個以上與轉子5的螺旋線形通道的進氣口3，機殼4上部設有排氣口，下部設有排料口，進料管8密封穿入機殼4至轉子5的中央進料腔，進料管8在轉子5的進料腔內的端部設有進料分布器15。
本實用新型的優選實施方式是所述螺旋線形通道採用阿基米德螺旋線形的通道，轉子5的中央進料腔外設有3至10條內端與轉子進料腔相通且外端與機殼4的內腔相通的密閉螺旋線形通道。機殼4周壁設有2-4個以上進氣口3，機殼4上部設有排氣口，下部設有2個排料口，進料管8與輸料管相接空心管道。
本實用新型的另一實施方式是進料管8採用內外分隔的雙層管，進料管8的內管和內管外腔上端分別與不同的進料管相接，進料管8在轉子5的進料腔內的端部設有內管進料分布器15和內管外腔進料分布器15。
由此可知，本實用新型是採用了一種叫螺旋通道型旋轉床RBHC(ROtating Bed with Helix Channels)的裝置，它可以使多相物系在超重力場下進行反應，直接合成出反應產品。如可用於氣-液、液-液、氣-液-固等多相反應過程和反應沉澱方法製取納米材料的傳質反應過程。例如氣-液傳質反應過程，石灰水吸收二氧化碳的氣-液-固反應過程等。由於採用螺旋線形通道，旋轉轉子不用裝填填料，該裝置的轉鼓不裝填料，轉鼓具有氣液接觸通道，與RPB相比不易堵塞；通道形狀為螺旋線形，螺旋線為阿基米德螺旋線；氣液兩相接觸路徑較長，傳質單元數多。通道壁上不開孔，因而不會造成返混；可用於氣液傳質-反應過程，特別適用於有超細顆粒生成的物系，例如反應製取納米顆粒。採用內外套管進料可以使兩種液體參與反應，從而使液-液和氣-液-液兩類物系可以在超重力場下進行反應。本實用新型已用於石灰水懸浮液吸收二氧化碳氣體進行碳化反應，製取出了納米碳酸鈣產品，粒徑在10-100nm(傳統技術一般難以製備小於0.5um粒徑的顆粒)；另外與旋轉填充床RPB比較具有不易堵塞的顯著優點。石灰水懸浮液吸收煙氣中二氧化硫氣體，該反應吸收率最高可達99.5％。
在螺旋通道型旋轉床RBHC裝置上進行強化傳質，可以極大的強化傳質過程，傳質係數是傳統傳質設備的幾十倍甚至2-3個數量級，而且隨著旋轉速度增加，傳質係數增大。將螺旋通道型旋轉床RBHC用於強化傳質-反應過程的研究，特別是把它用作超重力場反應器。在此超重力場傳質-反應裝置中進行化學吸收，例如石灰乳液吸收煙氣中的二氧化硫氣體；用石灰懸浮液吸收二氧化碳氣體進行碳化反應，可以製取納米碳酸鈣。上述體系為氣、液、固多相物系，反應生成物為固體顆粒，反應過程中本裝置不易堵塞。


圖1是本實用新型的的結構示意圖；圖2是本實用新型用於多相物系的傳質反應時具有雙套管液體進料管的結構圖；圖3是本實用新型用於氣-液兩相物系傳質反應時的結構原理示意圖；圖4是本實用新型的旋轉床轉子剖面圖；圖5是本實用新型的旋轉床轉子的螺旋線形通道的俯視結構示意圖。
具體實施方式
在密閉的機殼內，有一旋轉的轉子，轉子上開有數條阿基米德螺旋線形的通道，它無須不裝填料，氣體從密閉的機殼上的入口切線進入機殼內，然後在壓差的作用下進入螺旋通道中，在旋轉著的螺旋通道內與液相進行兩相的傳遞，氣體完成傳質過程後沿頂部派氣管道出去。液體從頂部液體進料管進入機殼內，在轉子中間，經液體分布器進入螺旋通道內，與氣相逆流接觸進行質量傳遞，完成傳質過程後從機殼底部的液體出料口管排出。氣液兩相在轉子高速度旋轉產生的超重力場下進行反應，反應後生成的產物從液體出料口排出。
為了適用於液-液、氣-液-液等多相物系的反應過程，液體進料管可以採用內外套管使兩種液體分別從內、外套管進入機殼內，在轉子中間兩種液相經分布器後並流進入螺旋通道內進行反應，反應生成物從底部出料口排出。如果為氣-液-液體系，兩個液相與氣相在螺旋通道內逆流接觸進行反應，反應生成物在底部排出。
實施例1如圖1所示，本裝置有一密閉的機殼4，機殼底部有出料口14和16，機殼4一端通過動密封配合安裝有一旋轉的轉子5上有4條螺旋線形通道(螺旋線形通道可以是N條，0∠N∠100)，轉子中間內有與進料管連接的液體分布器15，轉子旋轉產生一個離心加速度，由於離心加速度遠遠大於重力加速度g，所以又稱為超重力場。在超重力場中氣液兩相接觸進行反應。氣體經閥門1和流量計2，從氣體進口3和9進入裝置機殼內，液體從進料口8進入裝置內，經分布器15進入通道內，在通道內與氣體接觸。本實施例適用於氣-液相傳質-反應過程，特別適用於傳質限制的氣-液兩相物系的反應。例如氫氧化鈣懸浮液吸收二氧化碳氣體製備納米碳酸鈣。
由圖1可知，是採用本實用新型按間歇式即半分批式工藝流程生產納米碳酸鈣的過程。稱取一定量的CaO用33L水消化，形成石灰乳濁液，經過濾除去雜質，置於循環貯槽13中，Ca(OH)2懸浮液通過水泵12、閥11、流體流量計10從螺旋通道型旋轉床的進液口8，經分布器15，進入轉子5的螺旋通道內；CO2氣體從鋼瓶氣源減壓後，以0.6m3/h流量與空氣1.8m3/h混合後，經氣閥1、氣體流量計2從進氣口3和9連續從螺旋通道外側通入旋轉床RBHC的轉子5的螺旋通道內，含CO2的氣體與含Ca(OH)2的懸浮液在旋轉著的螺旋通道內進行碳化反應，生成納米級碳酸鈣超細顆粒，剩餘廢氣從螺旋通道的中央通向廢氣排口7經閥6排出。工作過程中，使轉子5旋轉轉速控制在1200rpm，反應後的乳濁液由旋轉床底部左排料口14和右排料口16，進入循環貯槽13，再通過泵12反覆循環，在旋轉床的螺旋通道內與CO2氣體進行傳質-反應。經過12min，乳濁液的pH值變為7-8，表明碳化反應進行完全，經過濾、乾燥後，取樣作透射電鏡分析，從TEM照片上可以得出製備的超細碳酸鈣的平均粒徑約為60nm，晶體為立方形。上述碳化反應在室溫下進行。
實施例2為了使本實用新型能用於氣-液-液等多相物系的傳質-反應過程，液相進料口採用雙套管進料，如圖2所示。液體進料管有兩個，兩股液流分別從L1和L2兩個進料口進入裝置內，在螺旋通道中進行液-液兩相反應。液體分布器為外套管蝶片斜孔形分布器，內套管為均勻開孔直接噴射形分布器。適用於液-液相的傳質反應過程。例如氨水與硫酸鋅水溶液分別從L1和L2進料口進入RBHC反應器中，在超重力場中進行液-液相反應，可以得到超細氫氧化鋅沉澱。沉澱經洗滌、乾燥、煅燒可以得到活性氧化鋅(納米級ZnO)。
實施例3如圖2所示，為氣-液-液多相反應物系所用的結構圖。它適用於氣-液-液多相物系的傳質反應過程。例如氨水與硫酸鋅水溶液分別從L1和L2進料口進入RBHC反應器中，CO2氣體經進氣口進入RBHC反應器的螺旋性通道內，CO2氣體與兩種液體在超重力場作用下進行氣-液-液多相反應，可以得到超細鹼式碳酸鋅沉澱。沉澱經洗滌、乾燥、煅燒可以得到活性氧化鋅(納米級ZnO)。
權利要求1.一種旋轉床超重力反應器，其特徵是旋轉床轉子[5]套裝在密閉的機殼[4]內，轉子[5]的轉軸成動配合密封穿出機殼[4]與動力裝置相接，轉子[5]的中央進料腔外設有1至100條內端與轉子進料腔相通且外端與機殼[4]的內腔相通的密閉螺旋線形通道，機殼[4]周壁設有1個以上與轉子[5]的螺旋線形通道的進氣口[3]，機殼[4]上部設有排氣口，下部設有排料口，進料管[8]密封穿入機殼[4]至轉子[5]的中央進料腔，進料管[8]在轉子[5]的進料腔內的端部設有進料分布器[15]。
2.根據權利要求1所述旋轉床超重力反應器，其特徵是所述螺旋線形通道為阿基米德螺旋線形的通道，轉子[5]的中央進料腔外設有3至10條內端與轉子進料腔相通且外端與機殼[4]的內腔相通的密閉螺旋線形通道。
3.根據權利要求1所述旋轉床超重力反應器，其特徵是機殼[4]周壁設有2-4個以上進氣口[3]，下部設有2個排料口，進料管[8]與輸料管相接空心管道。
4.根據權利要求1、2或3所述旋轉床超重力反應器，其特徵是進料管[8]為內外分隔的雙層管，進料管[8]的內管和內管外腔上端分別與不同的進料管相接，進料管[8]在轉子[5]的進料腔內的端部設有內管進料分布器[15]和內管外腔進料分布器[15]。
專利摘要本實用新型涉及一種旋轉床反應裝置，特別是一種旋轉床超重力反應器。它主要是解決現有旋轉填充床須裝填填料和易堵塞等技術問題。本實用新型的旋轉床轉子[5]套裝在密閉的機殼[4]內，轉子[5]的轉軸成動配合密封穿出機殼[4]與動力裝置相接，轉子[5]的中央進料腔外設有1至100條內端與轉子進料腔相通且外端與機殼[4]的內腔相通的密閉螺旋線形通道，機殼[4]周壁設有1個以上與轉子[5]的螺旋線形通道的進氣口[3]，機殼[4]上部設有排氣口，下部設有排料口，進料管[8]密封穿入機殼[4]至轉子[5]的中央進料腔，進料管[8]在轉子[5]的進料腔內的端部設有進料分布器[15]。它適合兩相或多相物流在旋轉著的螺旋通道中逆流或並流接觸進行傳質或傳質－反應，極大地強化了傳質過程或傳質－反應過程。
文檔編號B01J19/28GK2581060SQ0222417
公開日2003年10月22日 申請日期2002年5月31日 優先權日2002年5月31日
發明者周繼承, 伍極光, 熊雙喜 申請人:湘潭大學