氣－液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置的製作方法

2023-12-03 12:26:21 1

專利名稱：氣－液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，具體地說是涉及一種應用於氣-液兩相流或氣-液-固三相流中的磁傳動旋轉氣體分布裝置。
背景技術：
氣-液兩相流或氣-液-固三相流廣泛應用於化學工業中，在各種化工單元操作中具有非常重要的地位，例如在氣-液和氣-液-固反應器的設計和操作中，氣體分布裝置的效果直接影響著反應器的流體力學特性，如氣泡的大小、氣含率的多少和分布及液相和氣相的混合程度等等，進而影響反應收率和選擇性。在生物化工領域，特別是食品和生物發酵工業，氣-液兩相流或氣-液-固三相流也經常遇到。在分離科學與工程領域，氣-液兩相流或氣-液-固三相流也顯得尤為重要，例如在水處理、浮選和溶劑氣浮等技術中，需要利用微氣泡來完成分離和純化任務。氣-液兩相流或氣-液-固三相流的流體力學特性是決定技術優化的決定因素之一，也常常決定著其工業應用，所以微氣泡的產生與分布裝置一直是一個重要的研究課題，迄今為止，氣-液兩相流和氣-液-固三相流微氣泡的產生裝置大體上有以下幾類1)利用噴嘴或多孔材料產生微氣泡裝置。
2)攪拌法產生微氣泡裝置。
3)溶氣-析出產生微氣泡裝置。
4)電解法產生微氣泡裝置等。
這些產生微氣泡的方法較和裝置為常見，也比較成熟，但存在以下幾方面的缺點1)利用噴嘴或多孔材料產生的微氣泡一般大於50微米，受到設備的限制，布氣裝置較為單一，改善設備內的流體力學特性較困難。
2)攪拌裝置產生的微氣泡一般大於50微米，能耗大，適應面較窄，在化工分離領域中應用較少。
3)溶氣-析出和電解法裝置產生微氣泡皆小於50微米，但設備複雜，投資大，能耗也大一些。
所以對氣-液兩相流和氣-液-固三相流中微氣泡的產生和分布裝置的研究和改進就很有應用前景，這對改善設備的流體力學特性、節約能耗和促進其工業化等方面具有重大的意義，特別是現在常用的利用噴嘴或多孔材料產生微氣泡裝置。

發明內容
本發明的目的在於開發新型的氣-液兩相流或氣-液-固三相流氣體分布裝置，以改善其流體力學特性，例如氣泡的產生方式和液相的返混，並且簡化設備，使其易於加工、安裝和檢修等，更加方便和有效地應用多孔材料來產生微氣泡。
本發明的目的是通過如下的技術方案實現的本發明提供一種氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，包括塔體11和5，氣體分布器4、10、12、20、21和23，磁傳動裝置6、7、8和9，分布器支撐盤1，其特徵在於，旋轉型氣體分布器通過分布器支撐盤1直接在塔底進行旋轉布氣；氣體分布器的分布板(附圖1)10為多孔燒結板或安裝在平板上的垂直型多孔圓筒(附圖2)25，並在其側面的支撐壁上安裝有兩塊固定永磁鐵9；氣體導入管孔2在氣體分布器的支撐盤1中，依靠支撐盤1中的環狀布氣腔室24和空心轉軸12上的進氣圓孔23進行布氣；氣體分布器依靠磁傳動裝置6、7、8和9產生的旋轉永磁場傳動而轉動，實現旋轉布氣的目的。
本發明的優益之處在於1)本發明提供的一種應用於氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，磁傳動的旋轉氣體分布器直接在塔底進行旋轉布氣。靜止式的多孔材料氣體分布器，氣體依靠本身的壓力在液相中形成微小的氣泡群，而旋轉氣體分布裝置在布氣時，由於氣體分布器的旋轉運動，使氣泡在離開分布板時受到另外一附加在水平方向上的剪切力，使氣泡更容易離開分布板，改變了離開分布板的氣泡群的運動途徑和速度，相對於同等面積的靜止式的分布板，離開分布板的氣泡群分布範圍更廣泛，同時減少了氣泡的大小，改善塔內的流體力學特性，可利用較小的氣體分布板對大直徑搭進行布氣，易於工業放大。
2)本發明提供的一種應用於氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，由於分布板的旋轉依靠旋轉的磁場來驅動，可避免直接機械傳動應用於大的分布板時傳動設備複雜、轉軸力矩小且轉動不易穩定等缺點，同時可較容易地實現分布板的清洗和板下空間的排汙，簡化了裝置，易於加工製造和檢修。
3)本發明提供的一種應用於氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，氣體導入管孔在氣體分布器的支撐盤中，依靠支撐盤中的環狀布氣腔室和空心軸上的進氣圓孔進行布氣，與磁驅動裝置的設計一起減少了技術難度較大的需密封的轉動接觸面，減少進氣裝置對分布器旋轉的影響，而且使設備緊湊，易於檢修。


圖1為本發明氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置(平板式)結構示意圖；其中1、分布器支撐盤2、氣體導入管孔 3、緊固發蘭4、分布板支架 5、旋轉支架 6、電機7、旋轉圓盤8、驅動永磁鐵 9、被驅動永磁鐵10、多孔燒結板 11、塔體12、轉動軸13、排汙管閥門 14、緊固鏍孔15、排汙管16、密封支撐圈 17、密封填料18、填料壓圈19、密封壓圈 20、分布板支承框架 21、分布板上壓板22、分布板清洗排汙閥 23、空心轉軸中氣體導入孔24、環狀布氣腔室圖2為本發明氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置(圓筒式)結構示意圖；其中1、分布器支撐盤 2、氣體導入管孔3、緊固發蘭4、分布板支架 5、旋轉支架6、電機7、旋轉圓盤 8、驅動永磁鐵 9、被驅動永磁鐵10、多孔圓筒支撐板 11、塔體 12、轉動軸13、排汙管閥門 14、緊固鏍孔 15、排汙管16、密封支撐圈 17、密封填料 18、填料壓圈19、密封壓圈20、分布板支承框架 21、分布板上壓板22、分布板清洗排汙閥23、空心軸中氣體導入孔 24、環狀布氣腔室25、多孔圓筒
具體實施例方式
下面通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步的描述1、實施例1～2為製作氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置如圖1所示，本發明提供一種應用於氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，其為一包括塔體11和5，氣體分布器4、10、12、20、21和23，磁傳動裝置6、7、8和9，分布器支撐盤1，其特徵在於，旋轉型氣體分布器通過分布器支撐盤1直接在塔底進行旋轉布氣；氣體分布器的分布板(附圖1)10為多孔燒結板或安裝在平板上的垂直型多孔圓筒(附圖2)25，並在其側面的支撐壁上安裝有兩塊固定永磁鐵9；氣體導入管孔2在氣體分布器的支撐盤1中，依靠支撐盤1中的環狀布氣腔室24和空心軸12上的進氣圓孔23進行布氣；氣體分布器依靠磁傳動裝置6、7、8和9產生的旋轉永磁場驅動而轉動，實現旋轉布氣的目的，分布器支撐盤1和轉動空心軸12上分別安裝有清洗排汙閥。
實施例1、按附圖1，用不鏽鋼製作分布板支架4和旋轉空心軸12，並在分布板支架4上焊接分布板支承框架20，在支承框架20上通過分布板上壓板21密封固定一平均孔徑為10微米、直徑為80mm的多孔燒結鈦板10作為氣體分布板，在分布板支架4的側壁上對稱地安裝兩塊永磁鐵9，在旋轉空心軸12上開兩個氣體導入孔23，製作分布器支撐盤1，在支撐盤1上開出氣體導入管孔2、帶外鏍紋密封支撐圈16和排汙管孔，分布板支架4和轉動軸12通過密封填料17、填料壓圈18和帶內鏍紋密封壓圈19與分布器託盤1密封聯接，用內徑為10cm高為1m的塔11作為塔器主體，塔器主體通過法蘭15與分布器支撐盤1密封聯接，在塔與氣體分布器側壁上永磁鐵9相適應的高度上安裝磁傳動裝置6、7、8和9，兩塊驅動永磁鐵8與被驅動永磁鐵9的對應面極性相反，安裝排汙管閥15和13，安裝分布板清洗排汙閥22。
實施例2、按附圖2，用不鏽鋼製作分布板支架4和旋轉空心軸12，並在分布板支架4上焊接分布板支承框架20，在支承框架20上通過分布板上壓板21密封固定一支撐多孔圓筒的支撐板10，支撐板10上對稱地安裝四個平均孔徑約為20微米、高為40mm的多孔圓筒25作為氣體分布頭，在分布板支架4的側壁上對稱地安裝兩塊永磁鐵9，在旋轉空心軸12上開兩個氣體導入孔23，製作分布器支撐盤1，在支撐盤1上開出氣體導入管孔2、帶外鏍紋密封支撐圈16和排汙管孔，分布板支架4和轉動軸12通過密封填料17、填料壓圈18和帶內鏍紋密封壓圈19與分布器託盤1密封聯接，用內徑為10cm高為1m的塔11作為塔器主體，塔器主體通過法蘭15與分布器支撐盤1密封聯接，在塔與氣體分布器側壁上永磁鐵9相適應的高度上安裝磁傳動裝置6、7、8和9，兩塊驅動永磁鐵8與被驅動永磁鐵9的對應面極性相反，安裝排汙管閥15和13，安裝分布板清洗排汙閥22。
2、實施例3～6為使用磁傳動旋轉氣體分布裝置進行氣-液兩相流液相返混情況的實驗實施例3、用於安靜鼓泡區氣-液兩相流的傳統靜止的多孔板氣體分布方式用實施例1所製作的氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，在塔器(11)內加入自來水，高度為950mm，壓縮鋼瓶中的氮氣經進氣孔管(2)、布氣腔室(24)和空心軸上的氣體導入孔(23)穿過氣體分布板(10)進入塔器，氣體體積流量為220ml/min，水相與氣相逆流操作，體積流量為570ml/min，不開動電機(6)以保證氣體分布板(10)靜止不動，兩相流動達穩態時，以飽和硝酸鉀溶液為示蹤劑，用在線自動電導法液相返混測量設備測量水相返混性能，數據採集、傳輸等皆由計算機完成，測量與計算結果為畢克列準數(Peclet準數)2.89。
實施例4、用於安靜鼓泡區氣-液兩相流的磁傳動旋轉氣體分布方式用實施例1所製作的氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，在塔器(11)內加入自來水，高度為950mm，壓縮鋼瓶中的氮氣經進氣孔管(2)、布氣腔室(24)和空心軸上的氣體導入孔(23)穿過氣體分布板(10)進入塔器，氣體體積流量為220ml/min，水相與氣相逆流操作，體積流量為570ml/min，開動電機(6)以保證氣體分布板(10)轉動，轉速為40轉/min，分布器轉動穩定，等兩相流動達穩態時，以飽和硝酸鉀溶液為示蹤劑，用在線自動電導法液相返混測量設備測量水相返混性能，數據採集、傳輸等皆由計算機完成，測量與計算結果為畢克列準數(Peclet準數)3.35。
由實施例3和4的測量結果可以看出，在一般氣-液兩相流中，應用本發明時氣-液兩相流的液相畢克列準數(Peclet準數)大於不旋轉氣體分布方式，說明液相的返混減小，塔內的流體力學特性得以改善。
實施例5、用於溶劑氣浮中的傳統靜止多孔板氣體分布方式用實施例1所製作的氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，在塔器(11)內加入自來水，高度為900mm，並在水相上小心地加入100ml異辛醇，作為溶劑氣浮的吸收溶劑，其在水相中的少量溶解可明顯減少氣泡的大小，壓縮鋼瓶中的氮氣經進氣孔管(2)、布氣腔室(24)和空心軸上的氣體導入孔(23)穿過氣體分布板(10)進入塔器，氣體體積流量為300ml/min，水相與氣相逆流操作，體積流量為540ml/min，不開動電機(6)以保證氣體分布板(10)靜止不動，兩相流動達穩態時，以飽和硝酸鉀溶液為示蹤劑，用在線自動電導法液相返混測量設備測量水相返混性能，數據採集、傳輸等皆由計算機完成，測量與計算結果為畢克列準數(Peclet準數)4.88。
實施例6、用於溶劑氣浮中的磁傳動旋轉氣體分布方式用實施例1所製作的氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，在塔器(11)內加入自來水，高度為900mm，並在水相上小心地加入100ml異辛醇，作為溶劑氣浮的吸收溶劑，其在水相中的少量溶解可明顯減少氣泡的大小，壓縮鋼瓶中的氮氣經進氣孔管(2)、布氣腔室(24)和空心軸上的氣體導入孔(23)穿過氣體分布板(10)進入塔器，氣體體積流量為300ml/min，水相與氣相逆流操作，體積流量為540ml/min，開動電機(6)以保證氣體分布板(10)轉動，轉速43轉/min，分布器轉動穩定，等兩相流動達穩態時，以飽和硝酸鉀溶液為示蹤劑，用在線自動電導法液相返混測量設備測量水相返混性能，數據採集、傳輸等皆由計算機完成，測量與計算結果為畢克列準數(Peclet準數)5.41。
由實施例5和6的測量結果可以看出，在溶劑氣浮中，應用本發明時氣-液兩相流的液相畢克列準數(Peclet準數)大於不旋轉氣體分布方式，說明液相的返混減小，塔內的流體力學特性得以改善。
實驗完成後可利用分布板清洗和排汙閥22方便地對分布器進行清洗，塔內殘留的水可通過排汙管閥15和13排除乾淨，並可對塔進行清洗。
權利要求
1.一種氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，其特徵在於，帶有傳動永磁鐵(9)的旋轉型氣體分布器(4)、(10)、(12)、(20)、(21)、(22)和(23)直接在塔器(11)底進行旋轉布氣，氣體導入管孔(2)設置在氣體分布器的支撐盤(1)中，並依靠環狀布氣腔室(24)和旋轉空心軸(12)上的進氣圓孔(23)進行布氣，氣體分布器依靠磁傳動裝置(6)、(7)、(8)和(9)產生的旋轉永磁場驅動而轉動，實現旋轉布氣的目的，旋轉空心軸(12)的底端直接設置清洗排汙閥(22)。
2.如權利要求1所述的一種氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，其特徵在於，旋轉型氣體分布器的支架兩側外對稱地安裝有兩塊永磁鐵(9)，永磁鐵(9)依靠塔體外部裝有永磁鐵(8)的轉盤(7)轉動而驅動永磁鐵(9)和氣體分布器轉動，氣體分布器支撐盤(1)上設置一清洗排汙管閥(15)和(13)。
3.如權利要求1所述的一種氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，其特徵在於，旋轉型氣體分布器的支撐盤(1)中開有一氣體導入管孔(2)，氣體導入管孔(2)與旋轉空心軸接觸端設置一環狀布氣腔室(24)，旋轉空心軸(12)上的進氣圓孔(23)與布氣腔室(24)連通，氣體導入管孔(2)的另一端伸出支撐盤(1)以連接供氣裝置。
4.如權利要求1所述的一種氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，其特徵在於，在塔體(11)外側並與分布器的支架兩側外對稱的兩塊永磁鐵(9)相對應地安裝有極性相反的兩塊驅動永磁鐵(8)，驅動永磁鐵(8)安裝在滑動的旋轉圓盤(7)上，旋轉圓盤(7)依靠電機(6)驅動而在旋轉支架(5)上轉動，轉速可以通過電機(6)進行調節。
5.如權利要求1所述的一種氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，其特徵在於，旋轉型氣體分布器上的分布器包括多孔燒結的平板(附圖1(10))。
6.如權利要求1所述的一種氣-液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，其特徵在於，旋轉型氣體分布器上的分布器還可以是安裝在平板(附圖2(10))上的多孔圓筒(25)。
全文摘要
本發明涉及的一種氣－液等多相體系的磁傳動旋轉氣體分布裝置，包括一附帶有磁傳動裝置的塔器，旋轉型氣體分布器直接在塔底旋轉布氣，氣體分布器依靠磁傳動裝置產生的旋轉永磁場驅動而轉動，實現旋轉布氣的目的，氣體導入管孔設置在氣體分布器的支撐盤中，依靠支撐盤中的環狀布氣腔室和轉動空心軸上的進氣圓孔進行布氣，在轉動空心軸的底端安裝清洗排汙閥。本發明利用磁場傳動使氣泡在脫離分布板時受到附加水平剪切力作用，減少氣泡大小、分布和液相的返混，永磁場傳動可避免直接機械傳動應用於大分布板時設備複雜、轉軸力矩小和不易穩定等缺點，支撐盤中布氣設計與磁場傳動的結合，減少了需密封的轉動接觸面，有利於分布板的清洗和排汙，裝置設備緊湊，易於檢修，可以方便和有效地應用多孔材料來產生微氣泡。
文檔編號B01J10/00GK1795973SQ200410102668
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月29日 優先權日2004年12月29日
發明者孫興華, 常志東, 安振濤, 申淑鋒, 胡欣, 劉吉, 劉會洲 申請人:中國科學院過程工程研究所