一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置的製作方法

2023-11-11 05:22:57 2

專利名稱：一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及超重力離心分離裝置，特別涉及超重力離心旋轉床裝置。
技術背景多相流之間的質量、熱量傳遞與反應是化工、環保、能源等工業生產中最基 本的過程之一，在這些過程中大量使用著填料塔、板式塔等裝置。汽液逆流接觸 設備是在地球重力場的作用下實現汽-液接觸進行傳質的，物質的相間傳遞和反應 效果與自身的物化性質、溼度、壓力等有關，還與相間接觸面積的大小、流動狀 況以及相對速度有關。由於重力場較弱，液膜厚、流動緩慢、停留時間長，單位 體積內有效接觸面積小、由液膜控制的傳質過程的體積傳質係數低，故這類設備 體積龐大，空間利用率和設備生產強度低。超重力傳質技術是一種突破重力場影響的離心傳質技術，它利用強大的離心 力場代替了重力場，使汽液兩相的相對速度大大提高，相界面更加快速地更新， 實現了傳質過程的強化，成倍提高生產強度。超重力離心分離裝置的核心部件為一高速旋轉的轉子；該轉子可由離心盤或 填料組成，形成汽液相接觸的表面通道。這樣的超重力離心分離裝置相應地被稱 為折流式超重力離心分離裝置、填料床式超重力離心分離裝置。在折流式超重力離心分離裝置中，液體在離心盤上受到離心力的作用，從離 心盤中央向離心盤外周作徑向的高速離心運動；汽體由於受到液擊盤的影響'從 離心盤外周向離心盤中央運動。由於在離心盤上設置有擋板，使得液體在擋板的作用下，離開離心盤向汽休中高速運動，在運動中揸擊在液擊盤上，揸碎形成微 小液滴，與逆向流過的汽體進行傳質、傳熱；在此傳質、傳熱中，由於重力的作 用液滴向下匯集到一起，墜落到離心盤上，再次被離心加速後甩向空間，在液擊 盤上被擊碎，形成微小液滴，再次與逆向流過的汽體進行傳質、傳熱；如此反覆， 最終通過排放管排出。在這裡汽液的相對流速對汽液分離來說是關鍵流速不能 過小，否則由於離心力過小，液滴被液擊盤粉碎為微小液滴的機會也減少，從而 使汽液分離傾向減小；但流速過大會導致液體在離心盤上的液膜斷裂，失去了傳 質、傳熱的機會，相對降低了傳質、傳熱的效率。同時，高流速的獲得是由離心 盤的轉速實現的，離心盤的高速旋轉，會導致動平衡問題以及顯而易見的液擊問 題。
在填料床式超重力離心分離裝置中，液相流動由重力場條件變成了超重力場 條件，流體力學特性和汽液之間的傳質傳熱規律有所不同；在旋轉填料床內，不 同相間物料作強制性的接觸運動，液相被分散成薄膜或細小霧滴，極大地提髙了 相界面積，界面急速更新，強化了傳遞過程。
例如，逆流型旋轉填料床中，強制汽流由填料床的周邊進入旋轉著的填料床， 自外向內作強制性的流動，最後由中間流出而液體由位於中央的一個靜止分布 器進入旋轉體，在離心力作用下自內向外通過填料流出'被拉成極薄的膜'很細 的絲和微小的滴，表面被迅速更新，產生巨大的相間接觸面積，使汽液之間發生 高效的逆流接觸。液體在高分散、高混合、強湍動以及界面急速更新的情況下與 汽體以極大的相對速度在彎曲流道中接觸'極大地強化了傳遞過程。有報導在 工業中採用超重力場汽液傳質反應器，在IOOO倍於重力場的離心力場作用下'液 膜流速可提高10倍以上，體積傳質係數可增加一個數量級。超重力離心分離裝置具有體積小、重量輕、能耗低、易運轉、易維修、安全、 可靠、靈活等優點。已被廣泛應用於(1)蒸餾、精餾；(2)環保中的除塵、除 霧，煙汽中二氧化硫及有害汽體的去除，液一液分離，液一固分離；(3)吸收， 對天然汽的乾燥、脫碳、脫硫，對二氧化碳的吸收；(4)解吸，從受汙染的地下 水中吹出芳烴、化學熱(吸收解吸)；(5)旋轉電化學反應器及燃料電池(快速 去除汽泡，降低超電壓)；(6)旋轉聚合反應器；(7)旋轉盤換熱器、蒸發器； (8)聚合物脫除揮發物；(9)生物氧化反應過程的強化。
發明內容
為了提髙超重力離心分離裝置的傳質能力，滿足大通量情況下汽液分離的需 要，可以採用多層離心盤或填料床結構的轉子，在本說明書中將此結構的轉子稱 為多級轉子。
由於超重力離心分離裝置中流速對汽液分離來說是關鍵，流速不能過小；而 多級轉子由於汽道和液滴形成的阻力增大，會帶來較大的汽體壓力損失，改變分 離裝置內的整齊的流動狀態，形成很大的傳熱、傳質係數梯度，破壞多級轉子各 級分離過程中傳質、傳熱的工況一致性，使分離裝置的處理能力下降很大，甚至 無法完成所要求的分離任務。
同時，對於折流式超重力離心分離裝置，不能簡單地採取增大其幾何尺寸的 辦法來提高流速，因為高速運轉的折流式超重力離心分離裝置將會引發種種機械 設計、工藝、製造等方面的一系列問題；
對於填料床式超重力離心分離裝置，如果速度過低，填料表面的液膜厚度過 厚，則傳質、傳熱效率也不好。但也不能簡單地釆取增加其轉速的辦法來提高流 速，因為轉速過快，會導致填料表面液腆斷裂，致使傳質、傳熱效率下降。本實用新型的目的是為了克服現有的超重力離心分離裝置的液體分布與轉速 的匹配難以優化、蒸汽壓力損失大，尺寸大、高轉速的超重力離心分離裝置加工 複雜等缺點。
本實用新型提供了一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，可以提高汽液 相對速度、補償汽體壓力損失，傳質、傳熱效率高，製造成本低。本實用新型採 用的技術方案包括-
一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，為折流式超重力離心分離裝置， 包括殼體，殼體下端設有進汽口，該進汽口同時也是回液口；殼體上端設有出汽 口；殼體上端和中部分別設有上進液管和下進液管；殼體中心設有兩端貫穿殼體 的轉軸，轉軸上連接有多級轉子，多級轉子由由上到下呈層狀排列的一組多層離 心盤結構轉子構成，殼體上設有與離心盤相配合的液擊盤；離心盤與相配合的液 擊盤構成曲折的通道，可以進行汽艱間的傳質、傳熱；
最下的一層離心盤和與之相配合的液擊盤構成第一級轉子；第一級轉子上面 的一層離心盤和與之相配合的液擊盤構成第二級轉子；如此重複構成N級多級轉 子；
在第一級轉子，從進汽口進入的汽體由於受到液擊盤的影響，從離心盤外周
向離心盤中央運動，完成在第一級轉子的傳質、傳熱。然後汽體從液擊盤中央向 上進入第二級轉子，同樣受到液擊盤的彰響，從離心盤外周向離心盤中央運動， 完成在第二級轉子的傳質、傳熱。如^fe塞復直到完成在全部轉子的傳質、傳熱。
在多級轉子的各級轉子之間，設有級間風機，這裡的級間風機為離心風機' 使得汽體經過風機後提高了壓頭再進入下一級轉子，彌補了前級分離過程中由於 汽道和液滴形成的阻力造成的壓力損失；級間風機安裝於轉軸，即風機葉輪與離心盤使用同軸傳動；
雖然風機葉輪與離心盤使用同軸傳動，但使用同軸變速機構可以實現兩者不
同的轉速；風機葉輪與離心盤的轉速比可以為3: 1，優選風機葉輪與離心盤的轉 速比為2 1.2: 1。
本實用新型採用的另一個技術方案包括
一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，為填料床式超重力離心分離裝:覺， 包括殼體，殼體上端設有進液管1，殼體下端設有進液管2和進汽管；殼體上端 設有出汽釘；殼體上部和中部分別設有出液管1和出液管2:殼體中心設有兩端 貫穿殼體的轉軸，轉軸上連接有多級轉子，多級轉子由由上到下呈層狀排列的一 組多層填料床結構的轉子構成；多級轉子中填料床結構的轉子數可以為2、 3、 4 或10以內的適宜的數；
填料床中心空腔與進液管相連；
殼體上設有轉子間隔板，轉子間隔板位於各級轉子之間，其中央部分設孔； 根據需要，位於轉子間隔板中央都分設的孔之處，可以設有級間風機這裡的級 間風機為軸流風機。級間風機將來自進汽口的汽體強制定向並加速，增加了傳熱、 傳質效率；完成傳質、傳熱後的汽體從這裡經過軸流風機和導流軍進入下一級轉 子；
導流罩設在兩級轉子之間，導流罩的一端連接轉子間隔板中央部分設的孔' 或者連接軸流風機；導流翠的另一端連接下一級轉子填料床的端面
軸流風機安裝於轉軸，即風機葉輪與填料床結構的轉子使用同軸傳動；'
雖然風機葉輪與填料床結構的轉矛使用周軸傳動，但使用同軸變速機構可以 實現兩者不同的轉速；風機葉輪與填料床結構的轉子的轉速比可以為3: 1,優選風機葉輪與填料床結構的轉於的轉速比為2 1,2: 1。
本實用新型提供的這種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，級間風機的設 置數目可以根據實際情況調節-
例如，可以在多級轉子的每個轉子之間均設置有級間風機，也可以只在多級 轉子若干個轉子之間設置有級間風機；
工作時，各個級間風機可以同時啟用，也可以根據實際情況只啟用一個或幾 個級間風機。
本實用新型提供的這種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，具有如下的優
點
1. 由於加入了級間風機，使得汽流經過風機後提高了壓頭，彌補了前級分離 過程中由於汽道和液滴形成的阻力造成的壓力損失。基本可以保證在每一 級的分離過程中，傳質、傳熱的工況一致性。
2. 級間風機使得汽流速度可以提髙，意味著汽、液相對速度增加，因此'可 以在較低的轉軸轉速條件下，獲得理想的傳熱、傳質效率。
3. 轉軸轉速降低後，可以減少離心分離裝置中的液擊現象，使得裝置的運行 壽命增加。
4. 轉軸轉速降低後，減小了離心分離裝置對動平衡的要求，使製造成本下降； 並可以很容易的實現離心分離裝置的大型化。
5. 由於級間風機與轉子共用一個轉軸，使裝置結構簡單，尤其是小型的此類 型的離心分離裝置。
6. 雖然級間風機與轉子使用同軸傳動，但使用同軸變速機構可以方便地實現兩者不同的轉速。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，但並非限制本實用新型 的應用範圍。


附圖1是本實用新型的折流式超重力離心分離裝置的結構示意附圖2是填料床式超重力離心分離裝置的結構示意附圖3是同軸變速機構的結構示意附圖4是離心盤的結構示意附圖5是的液擊盤結構示意圖。
附圖1中殼體(1)，上進液管(2),出汽口 (3),進汽口 (4)，轉軸(5)， 液擊盤(6)，級間風機(7)，離心錄(8〉，下進液管(9);
附圖2中進液管l (2-1)，旋轉填料床l (2-2),軸流風機(2-3)，進汽管 (2-4)，軸承(2-5),出液管l (2-6),出液管2 (2-7),固定聯接(2-8)，進液管 2 (2-9),碗狀密封(2-10)，旋轉填料床2 (2-11)，轉子間隔板(2-12),導流罩 (2-13):
附圖3中軸承(3-1)，齒輪1(>2)，齒輪2(3-3)，齒輪3G4)，軸承壓
板(3-5)。
具體實施方式實施例1、
一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置,為折流式超重力離心分離裝置(參 附圖l)，包括殼體(1),殼體(1)下端設有進汽口 (4),該進汽口 (4)同時也是回液口；殼體(1)上端設有出汽口 (3);殼體(1)上端和中部分別設有上進 液管(2)和下進液管(9);殼體(1)中心設有兩端貫穿殼體的轉軸(5)，轉軸 (5)上連接有多級轉子，多級轉子由由上到下呈層狀排列的一組多層離心盤結構 轉子構成；殼體(1)上設有與離心盤(8)相配合的液擊盤(6);離心盤(8)與 相配合的液擊盤(6)構成曲折的通道，可以進行汽液間的傳質、傳熱；
最下的一層離心盤(8)和與之相配合的液擊盤(6)構成第一級轉子；第-級轉子上面的一層離心盤(8)和與之相配合的液擊盤(6)構成第二級轉子；如 此重複構成N級多級轉子；
在第一級轉子，從進汽口進入的汽體由於受到液擊盤(6)的影響，從離心盤 (8)外周向離心盤(8)中央運動，完成在第一級轉子的傳質、傳熱。然後汽體 從液擊盤(6)中央向上進入第二級轉子，同樣受到液擊盤(6)的影響，從離心 盤(8)外周向離心盤(8)中央運動，完成在第二級轉子的傳質、傳熱。如此重 復直到完成在全部轉子的傳質、傳熱。
在多級轉子的各級轉子之間，設有級間風機(7),這裡的級間風機(7)為離 心風機，使得汽流經過風機後提高了壓頭再進入下一級轉子，彌補了前級分離過 程中由於汽道和液滴形成的阻力造成的壓力損失
級間風機(7)安裝於轉軸(5)，即風機葉輪與離心盤(8)使用同軸傳動；
雖然風機葉輪與離心盤(8)使用同軸傳動，但使用同軸變速機構可以實現兩 者不同的轉速；風機葉輪與離心盤(8)的轉速比可以為3: 1,優選風機葉輪與 離心盤(8)的轉速比為2 L2: 1。
工作時，離心盤(8)通過轉軸(5)獲得離心轉速。蒸汽在蒸餾釜中產生後， 通過進汽口 (4)進入到殼體(1)之內，沿著離心盤(8)與液擊盤(6)之間的縫隙流動，然後汽體從液擊盤(6)中央向上進入第二級轉子時，被級間風機(7> 加速、升壓後進入第二級轉子，依次類推最終在蒸汽與液體進行完傳熱、傳質 交換後，通過出汽口 (3)進入冷凝器冷凝為液體，其液體一部分進入上進液管(2) 流入離心盤(8)，另一部分作為產品收集；同時，原料液也通過下進液管(9)進 入離心盤(8)，液體在離心力的作用下獲得髙速，在徑向力和軸向抵抗力合力的 作用下，撞擊在液擊盤(6)上，形成微小液體、汽霧，在與流過的汽體進行完本 階段的傳質、傳熱過程後，靠重力的導引，沿液擊盤(6)流入到離心盤(8)上， 並再次被加速並撞擊在液擊盤(6)上，如此類推。液體在進行完所有階段的傳質、 傳熱過程後，流入到進汽口 (4)(回液口)，進入蒸餾釜進行再沸，如此循環，完 成精餾過程。
為保陣液滴被離心盤(8)甩出時成歉射狀態，離心盤(8)結構如附圖4所 示；同時，為保障被離心盤(8)甩出的散射液滴在液擊盤(6)的作用下儘可能 的廣泛霧篏，液擊盤(6)的表面結構如附圖5所示。
這裡的同軸變速機構的結構見附圖3。由齒輪l (3-2)、齒輪2 (3-3)、齒輪3 (34)組成的變速組件可以調節風機葉輪與離心盤(8)的轉速比。風機葉輪與 離心盤(8)的轉速比可以調節為3: 1，優選風機葉輪與離心盤(8)的轉速比調 節為2 1.2: 1。
實施例2、
一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置,為填料床式超重力離心分離裝置 (參附圖2)，包括殼體(1)，殼體(1》上縮設有進液管1 (2-1)，殼體(1)下 端設有進液管2 (2-9)和進汽管(2-4);殼體(1)上端設有出汽口 (3);殼體(1) 上部和中部分別設有出液管1 (2-6)和出液管2 (2-7):殼體(1)中心設有兩端貫穿殼體的轉軸(5),轉軸(5)上連接有多級轉子，多級轉子由由上到下呈層狀 排列的一組多層填料床結構的轉子構成這裡的多級轉子由第二級旋轉填料床1 (2-2)、第一級旋轉填料床2 (2-11)構成；旋轉填料床l (2-2)中心空腔與進液 管l (2-1)相連，旋轉填料床2 (2-11)中心空腔與進液管2 (2-9)相連；
殼體上設有轉子間隔板(2-12),轉子間隔板(2-12)位於各級轉子之間，其 中央部分設孔；根據需要，位於轉子間隔板(2-12)中央部分設的孔之處，可以 設有級間風機；這裡的級間風機為軸流風機(2-3)。
導流罩(2-13)設在兩級轉子之間，導流罩(2-13)的一端連接轉子間隔板(2-12) 中央部分設的孔，或者連接軸流風機(2-3);導流罩(2-13)的另一端連接下一級 轉子填料床的端面；
完成傳質、傳熱後的汽體從這裡經過軸流風機(2-3)和導流罩(2-13)從下 一級轉子填料床的端面進入下一級轉子，汽體被強制定向並加速，提高了壓頭， 進行下一級的傳熱、傳質；
軸流風機(2-3)安裝於轉軸(5),即風機葉輪與填料床結構的轉子使用同軸 傳動；
雖然風機葉輪與填料床結構的轉子使用同軸傳動，但使用同軸變速機構可以 實現兩者不同的轉速；風機葉輪與填料床結構的轉子的轉速比可以為3: 1，優選 風機葉輪與填料床結構的轉子的轉速比為2 1.2: 1。
這裡的同軸變速機構的結構見附圖3。由齒輪l (3-2)、齒輪2 (3-3)、齒輪3 (3-4)組成的變速組件可以調節風機葉輪與填料床結構的轉子的轉速比。風機葉 輪與填料床結構的轉子的轉速比可以調節為3: 1，優選風機葉輪與填料床結構的 轉子的轉速比調節為2 U: 1。工作時，進液管2 (2-9)噴射液體麥i第一級旋轉填料床2 (2-11〉中心空腔， 在離心力的作用下液體迅速濡溼填料；汽體經過進汽管(2-4)進入裝置內，在軸 流風機(2-3)的作用下，徑向流動通過旋轉填料床2 (2-11)與液體進行傳質、 傳熱交換，並經過轉子間隔板(2-12)中央部分設的孔和導流軍(2-13)、從第二 級旋轉填料床1 (2-2)的端面進入下一級轉子，汽體被強制定向並加速，提髙了 壓頭，進行在旋轉填料床l (2-2)中的傳熱、傳質；而液體經過出液管2 (2-7)排出後與進料液匯合經進液管1 (2-1)噴入旋轉 填料床l (2-2)中心空腔，與軸流風機(2-3)送來的汽體再次進行傳熱、傳質交 換；最終汽體經過出汽口 (3)進入冷凝器冷凝，冷凝後的液體一部分作為產品收 集，一部分作為回流液進入進液管2 (2-9)循環精餾；傳熱、傳質完成後的液體， 通過出液管1 (2-6)送至再沸器繼續參與精餾，實施例3、如實施例2的填料床式超重力離心分離裝置，但多級轉子由由上到下呈層狀 排列的N層填料床結構的轉子構成；N可以為2、 3、 4或10以內的適宜的數.。 實施例4、如實施例l、 2或3所述的超重力離心分離裝置中的任何一種裝置，但在多級 轉子的每個轉子之間均設置有級間風機t也可以只在多鈒轉子若干個轉子之間設 置有級間風機工作時，各個級間風機可以同時啟用，也可以根據實際情況只啟用一個或幾個級間風機。
權利要求1. 一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，包括殼體(1)，殼體(1)下端設有進汽口(4)，該進汽口(4)同時也是回液口；殼體(1)上端設有出汽口(3)；殼體(1)上端和中部分別設有上進液管(2)和下進液管(9)；殼體(1)中心設有兩端貫穿殼體的轉軸(5)，其特徵在於裝置為折流式超重力離心分離裝置，轉軸(5)上連接有多級轉子，多級轉子由由上到下呈層狀排列的一組多層離心盤結構轉子構成；殼體(1)上設有與離心盤(8)相配合的液擊盤(6)；離心盤(8)與相配合的液擊盤(6)構成曲折的通道；在多級轉子之間，設有級間風機(7)，這裡的級間風機(7)為離心風機；級間風機(7)安裝於轉軸(5)。
2、 根據權利要求1所述的一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，其 特徵在於所述的級間風機(7)使用同軸變速機構安裝於轉軸(5)。
3、 根據權利要求1或2所述的一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置， 其特徵在於所述的級間風機(7)只設置在若千個轉子之間。
4、 一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，包括殼體(1)，殼體(1) 上端設有進液管1 (2-1)，殼體(1)下端設有進液管2 (2-9)和迸汽管(24); 殼體(1)上端設有出汽口 (3);殼體(1)上部和中部分別設有出液管1 (2-6) 和出液管2 (2-7);殼體(1)中心設有兩端貫穿殼體的轉軸(5)，其特徵在於裝置為填料床式超重力離心分離裝置，轉軸(5)上連接有多級轉子'多 級轉子由由上到下呈層狀排列的一組多層壤料床結構的轉子構成；這裡的多級 轉子由第二級旋轉填料床l (2-2)、第一級旋轉填料床2 (2-11)構成；旋轉填 料床l (2-2)中心空腔與進液管l (2-1)相連，旋轉填料床2 (2-11)中心空 腔與進液管2 (2-9)相連；殼體上設有轉子間隔板(2-12)，轉子間隔板(2-12)位於各級轉子之間，其中央都分設孔；位子轉子間隔板(2-12)中央都分設的孔之處，設有級間風 機；這裡的級間風機為軸流風機(2-3);導流罩(2-13)設在兩級轉子之間，導流罩(2-13)的一端連接軸流風機 (2-3),導流罩(2-13)的另一端連接下一級轉子填料床的端面；軸流風機(2-3)安裝於轉軸(5)。
5、 根據權利要求4所述的一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，其 特徵在於所述的軸流風機(2-3)使用同軸變速機構安裝於轉軸(5)。
6、 根據權利要求4所述的一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，其 特徵在於所述的多級轉子中填料床結構的轉子數選自2、 3、 4中的一個。
7、 根據權利要求5所述的一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置，其 特徵在於所述的多級轉子中填料床結構的轉子數選自2、 3、 4中的一個。
8、 根據權利要求4或5所述的一種具有汽壓補償的超重力離心分離裝置， 其特徵在於所述的軸流風機(2-3)只設置在若干個轉子之間。
專利摘要一種具有汽壓補償的折流式或填料床式超重力離心分離裝置，包括殼體(1)，殼體(1)中心設有兩端貫穿殼體的轉軸(5)，轉軸(5)上連接有多級轉子，多級轉子由上到下呈層狀排列的一組多層離心盤或旋轉填料床結構轉子構成；在多級轉子之間，設有級間風機(7)。本實用新型裝置由於加入了級間風機，使得氣流經過風機後提高了壓頭，彌補了前級分離過程中由於汽道和液滴形成的阻力造成的壓力損失。基本可以保證在每一級的分離過程中，傳質、傳熱的工況一致性，同時可以降低轉軸轉速，使製造成本下降。
文檔編號B01D3/14GK201101903SQ20072012747
公開日2008年8月20日 申請日期2007年8月15日 優先權日2007年8月15日
發明者特 牛 申請人:特 牛