專利名稱：一種多級逆流式超重力旋轉(zhuǎn)床裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，具體涉及一種多級逆流式超重力旋轉(zhuǎn)床
裝置，可應用于制藥、化工、輕工等行業(yè)的溶劑回收、分離和提純的連續(xù)精餾過程。
技術背景 工業(yè)精餾過程一般在板式塔或填料塔等塔器精餾設備中完成，這種生產(chǎn)技術比較 成熟，操作簡單、穩(wěn)定，適用于非熱敏物質(zhì)的大規(guī)模連續(xù)性生產(chǎn)。但塔器精餾設備中的液相 均以重力為驅(qū)動力，所以它也同時具有設備龐大、操作彈性小、液泛點低、物料停留時間長、 對原料的濃度要求高、開車調(diào)試時間比較長等缺點，在原料濃度變化比較大的間歇性、小規(guī) ?；厥蘸头蛛x提純生產(chǎn)及熱敏物質(zhì)和高粘度物質(zhì)的分離中并不適用。 超重力技術是強化多相流傳遞及反應過程的新技術，核心裝置是超重力旋轉(zhuǎn)床裝
置，以旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為液相驅(qū)動力，克服了塔器設備的一些弊端，可
以極大的強化傳質(zhì)過程?，F(xiàn)有的用于精餾生產(chǎn)的超重力旋轉(zhuǎn)床主要有兩種。 一種為普通旋
轉(zhuǎn)填料床，這種旋轉(zhuǎn)床主要包括在一個密閉的殼體中有一個裝有填料的轉(zhuǎn)子，整個轉(zhuǎn)子一
起轉(zhuǎn)動，氣液相在轉(zhuǎn)子中受到遠大于重力的離心力作用，完成并流、錯流或逆流接觸的傳質(zhì)
傳熱過程。但是單個旋轉(zhuǎn)床無法實現(xiàn)連續(xù)精餾操作中的中間進料，要進行連續(xù)精餾操作至
少需要兩臺旋轉(zhuǎn)床，導致設備和流程比較復雜，這種工藝的工業(yè)應用的報道非常少。 另外一種目前已應用于連續(xù)精餾操作的多級折流式超重力旋轉(zhuǎn)床(申請?zhí)?br> 01134321. 4)，該超重力場旋轉(zhuǎn)床包括殼體，殼體中心貫穿有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上串聯(lián)有由上到下
呈層狀排列的一組轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由與轉(zhuǎn)軸固定聯(lián)接的動折流盤、與殼體固定連接的靜折流盤
組成，動折流圈和靜折流圈分別固定聯(lián)接在動折流盤和靜折流盤上，一組同心且直徑各異
的動折流圈和靜折流圈相對構(gòu)成曲折的折流通道，殼體上還設有與折流圈通道相通的中間
進料口 ，在轉(zhuǎn)子下端兩側(cè)有通道口 。該專利采用下盤旋轉(zhuǎn)，上盤靜止的結(jié)構(gòu)，可以方便地在
上盤的任意位置設置進料口，從而可以實現(xiàn)連續(xù)精餾過程的中間進料，使用單臺設備實現(xiàn)
整個連續(xù)精餾過程。但是該裝置用多層折流圈的氣液接觸結(jié)構(gòu)，氣液經(jīng)過轉(zhuǎn)子在折流圈上
走S形軌道進行氣液傳質(zhì)和傳熱。這種結(jié)構(gòu)雖然適當?shù)难娱L了氣液接觸時間，但是放棄了
能夠?qū)⒁后w分散成液膜和液絲的填料微觀分散結(jié)構(gòu)，因此減小了氣液傳質(zhì)面積，降低了超
重力下氣液傳質(zhì)效率。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種多級逆流式超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，不僅可以解決連續(xù)精餾過 程的中間進料，實現(xiàn)單臺設備連續(xù)精餾過程，而且具有較大的氣液傳質(zhì)面積，實現(xiàn)氣液的微 觀混合分散，從而提升傳質(zhì)效率。 本實用新型包括密閉的殼體，殼體沿軸向依次由上殼體段、加料段、下殼體段構(gòu) 成，其中加料段是由在上、下殼體段之間固定的兩塊隔板和內(nèi)側(cè)環(huán)面構(gòu)成的相對獨立空間， 殼體中心有一貫通各殼體段的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上串聯(lián)裝有兩個以上轉(zhuǎn)子，分別位于上、下殼體段中，各轉(zhuǎn)子上沿徑向間隔設置有一組同心且直徑各異的動填料環(huán)，動填料環(huán)壁為開孔結(jié)構(gòu)， 動填料環(huán)中裝有填料，各動填料環(huán)之間的環(huán)形間隙內(nèi)有固定于殼體上的靜環(huán)，靜環(huán)為環(huán)壁
開孔結(jié)構(gòu)，下層轉(zhuǎn)子最內(nèi)層動填料環(huán)內(nèi)緣設有旋轉(zhuǎn)布液器，上層轉(zhuǎn)子最內(nèi)層動填料環(huán)內(nèi)緣
設有回流液噴頭，上殼體段上蓋開有回流液進口和氣相出口 ，殼體的加料段開有進料口 ，加
料段下隔板上設有原料液噴頭，下殼體側(cè)面設有釜液出口和氣相進口。 本實用新型的裝置中，轉(zhuǎn)軸上串聯(lián)上下兩個轉(zhuǎn)子，分別位于上、下殼體段中。 本實用新型的裝置中，動填料環(huán)中的填料孔隙率在50% _99%，優(yōu)選為
90% -97%。 本實用新型的裝置中，靜環(huán)環(huán)壁的開孔率在40% _75%，優(yōu)選為60% -65%。 本實用新型的裝置中，旋轉(zhuǎn)布液器是圓周上開孔的圓筒型布液器。 本實用新型的裝置中，所述的旋轉(zhuǎn)布液器是分層型多孔板式旋轉(zhuǎn)布液結(jié)構(gòu)。 本實用新型的裝置中，所述的旋轉(zhuǎn)布液器是分層型圓缺板式旋轉(zhuǎn)布液結(jié)構(gòu)。 本實用新型的裝置中，所述的旋轉(zhuǎn)布液器是分層型圓環(huán)板式旋轉(zhuǎn)布液結(jié)構(gòu)。 本實用新型的效果本實用新型通過同軸串聯(lián)兩個以上裝有同心排列動填料環(huán)的 轉(zhuǎn)子，實現(xiàn)氣液介質(zhì)的多級逆流接觸，保證了填料對介質(zhì)的切割和分散等作用和高的傳質(zhì) 面積；通過動填料環(huán)間隙內(nèi)的靜環(huán)實現(xiàn)傳質(zhì)過程對流體的再分布，同時利用在轉(zhuǎn)子內(nèi)設置 旋轉(zhuǎn)布液器實現(xiàn)對來自于集液盤的液體的均勻分布；進而使氣液逆流接觸得更充分，提高 傳質(zhì)效率。 把本實用新型提供的多級逆流式旋轉(zhuǎn)床與再沸器、冷凝器組成超重力精餾系統(tǒng)， 實現(xiàn)在一臺旋轉(zhuǎn)床中進行汽液相逆流接觸完成精餾過程，整套系統(tǒng)與現(xiàn)有塔器設備相比具 有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、占地小、能量利用合理等特點，同時因為設備體積小，更容易保溫，系 統(tǒng)的熱損失小，更加節(jié)能。本實用新型提供的多級逆流旋轉(zhuǎn)床與再沸器、冷凝器組成的超重 力精餾系統(tǒng)對二元體系的精餾分離有良好的分離效果，對于內(nèi)徑143mm，外徑365mm，上下 兩層轉(zhuǎn)子，單層轉(zhuǎn)子四圈填料，四圈開孔靜環(huán)，填料厚度16mm、高度46mm的超重力旋轉(zhuǎn)床最 大可相當于8-10塊理論板數(shù)的板式塔。

圖1是本實用新型多級逆流超重力旋轉(zhuǎn)床裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2圓筒型旋轉(zhuǎn)布液器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的俯視圖； 圖4分層型多孔板式旋轉(zhuǎn)布液器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4的俯視圖； 圖6分層型圓缺板式旋轉(zhuǎn)布液器結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6的俯視圖； 圖8分層型圓環(huán)板式旋轉(zhuǎn)布液器結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖8的俯視圖； 圖10為本實用新型用于精餾過程的系統(tǒng)流程具體實施方式本實用新型的多級逆流超重力旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括密閉的殼體，由殼體 上蓋13、上殼體段15、加料段18、下殼體段6及底板3構(gòu)成，加料段是由在上、下殼體段之間 固定的兩塊隔板17、19和內(nèi)側(cè)環(huán)面24構(gòu)成的相對獨立空間，殼體中部設有貫通上、下殼體 段及加料段的轉(zhuǎn)軸1，轉(zhuǎn)軸與底板之間設有軸封2。轉(zhuǎn)軸上串聯(lián)裝有兩個以上轉(zhuǎn)子，如 1所示串聯(lián)裝有兩個轉(zhuǎn)子16、22，分別位于上、下殼體段中，各轉(zhuǎn)子沿徑向間隔設置有一組同 心且直徑各異的動填料環(huán)23，動填料環(huán)壁均布開有通孔，動填料環(huán)中裝有填料12，各動填 料環(huán)間隙內(nèi)布有與殼體固定連接的靜環(huán)，靜環(huán)上均布開有通孔，其中下轉(zhuǎn)子的靜環(huán)21固定 于殼體加料段的下隔板19上，上轉(zhuǎn)子的靜環(huán)14固定于殼體上蓋13上。下轉(zhuǎn)子最內(nèi)層動填 料環(huán)內(nèi)緣設有旋轉(zhuǎn)布液器25。殼體上蓋上設有回流液進口 8和回流液噴頭IO，上蓋中部設 有氣相出口 9，加料段殼體側(cè)面上設有進料口 7，加料段殼體下隔板上設有原料液噴頭4。下 殼體上設有釜液出口 5和氣相進口 20。 上述下轉(zhuǎn)子最內(nèi)層動填料環(huán)內(nèi)緣設置的旋轉(zhuǎn)布液器用于液體均勻分布，根據(jù)物料 的流量和粘度要求，旋轉(zhuǎn)布液器的結(jié)構(gòu)可以選擇如圖2-9所示的不同結(jié)構(gòu)。 如圖2所示，旋轉(zhuǎn)布液器為圓筒型旋轉(zhuǎn)布液器結(jié)構(gòu)，在圓周上開孔圓筒26的內(nèi)壁 面帶有斜槽27，斜槽在旋轉(zhuǎn)過程中給流體施加軸向分力，利于流體的軸向均布。該結(jié)構(gòu)的布 液器適用于流體粘度較低的場合。圖3是圖2的俯視圖。 如圖4所示，旋轉(zhuǎn)布液器為分層型多孔板式結(jié)構(gòu)，由開孔圓筒26和多層多孔板28 組成，其中多孔板為環(huán)形，并且垂直于開孔圓筒內(nèi)壁面分層布置，使流體在逐層流過時按比 例(所占比例為l-開孔板的開孔率)分層分布到轉(zhuǎn)子內(nèi)緣，以利于流體的軸向分布。該結(jié) 構(gòu)的布液器適用于中、低粘度流體。圖5是圖4的俯視圖。 如圖6所示，旋轉(zhuǎn)布液器為分層型圓缺板式結(jié)構(gòu)，由開孔圓筒26和多層圓周上帶 有缺口的環(huán)形圓缺板29組成，圓缺板垂直于開孔圓筒軸線分層布置，使流體在逐層流過時 按比例(所占比例為l-圓缺板的缺失率)分層分布到轉(zhuǎn)子內(nèi)緣，以利于流體的軸向分布。 該結(jié)構(gòu)的布液器適用于高粘度流體。圖7是圖6的俯視圖。 如圖8所示，旋轉(zhuǎn)布液器為分層型圓環(huán)板式結(jié)構(gòu)，由開孔圓筒26和多層外徑不等 的圓環(huán)板39組成，并且圓環(huán)板垂直于開孔圓筒軸線分層布置，使流體在逐層流過時按圓環(huán) 面積所占流動面積的比例分層分布到轉(zhuǎn)子內(nèi)緣，以利于流體的軸向分布。該結(jié)構(gòu)的布液器 適用于高粘度流體。圖9是圖8的俯視圖。 用本實用新型實現(xiàn)精餾過程如圖10、圖1所示將本實用新型多級逆流式旋轉(zhuǎn)床 30與再沸器31、原料流量計32、原料罐33、原料泵34、回流液流量計35、冷凝液罐36、回流 泵37和冷凝器38組成精餾系統(tǒng)。 原料由原料罐33通過原料泵34、原料流量計32進入旋轉(zhuǎn)床30 (見圖6)，由旋轉(zhuǎn) 床的加料段18的原料加入口 7，通過原料噴頭4進入下層轉(zhuǎn)子，分布到下層轉(zhuǎn)子內(nèi)層動填料 環(huán)內(nèi)緣，在轉(zhuǎn)子離心力作用下，依次流經(jīng)下層轉(zhuǎn)子各個動填料環(huán)和靜環(huán)，在填料中汽液相充 分接觸完成液膜的表面更新和液體再分布，進行精餾分離，液相中的大部分輕組份被提到 氣相中，液相由下殼體的釜液出口5進入到再沸器31中，氣相繼續(xù)由下層轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)上升，到 上層轉(zhuǎn)子16中，由上層轉(zhuǎn)子外環(huán)向內(nèi)環(huán)流動，與輕組份濃度很高的回流液在上層轉(zhuǎn)子中進 行逆流接觸，氣相進一步增濃，實現(xiàn)氣體的精制。氣相經(jīng)冷凝器38冷凝，部分作為回流液， 部分作為輕組份采出。再沸器31中部分釜液變?yōu)檎羝上職んw上的氣相進口 20進入旋轉(zhuǎn) 床，另一部分釜液作為重組份采出。旋轉(zhuǎn)床上蓋上設有氣相出口 9，蒸汽在冷凝器中冷凝后， 部分冷凝液作為輕組份采出，另一部分作為回流液，由回流泵37經(jīng)回流液流量計35送入液 體回流口 8，經(jīng)回流液噴頭噴向上層轉(zhuǎn)子填料環(huán)內(nèi)緣，依次流經(jīng)上層轉(zhuǎn)動體各層填料圈和靜 環(huán)，被上殼體收集，經(jīng)集液盤后匯入下層轉(zhuǎn)子入口 ，在旋轉(zhuǎn)布液器25作用下，均勻分布到下層轉(zhuǎn)子填料中，完成精餾。被下殼體收集，經(jīng)釜液出口 5流入再沸器。 下面結(jié)合實施例對本實用新型的實施方案進一步說明。但是本實用新型不限于所 列出的實施例。 實施例1 :將摩爾濃度為57%的甲醇水溶液60升加入到原料罐，開啟旋轉(zhuǎn)布液器 為圓筒形的多級逆流式旋轉(zhuǎn)床，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分鐘，由原料泵提供動力，轉(zhuǎn)子流 量計計量，將進料罐中約30升物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)床打入再沸器，關閉原料泵。向再沸器換熱管內(nèi) 通入水蒸汽對再沸器中物料進行加熱使其沸騰，沸騰后的甲醇-水混合蒸汽上升進入旋轉(zhuǎn) 床經(jīng)上下兩層轉(zhuǎn)子后由上蓋上的氣體出口離開旋轉(zhuǎn)床，經(jīng)冷凝器冷凝后進入冷凝液罐，待 冷凝罐中的冷凝液量足夠后開啟回流泵，以15升/小時的流量將回流液送入旋轉(zhuǎn)床，經(jīng)回 流液噴頭噴向上層轉(zhuǎn)動體填料圈內(nèi)緣，液相依次流經(jīng)上層轉(zhuǎn)動體各個填料圈和靜環(huán)后，由 上殼體收集并由集液盤流入下層轉(zhuǎn)動體入口處的旋轉(zhuǎn)布液器后均勻分布到下層轉(zhuǎn)動體填 料圈內(nèi)緣，依次流經(jīng)下層轉(zhuǎn)動體各個填料圈和靜環(huán)，由下殼體收集，并由釜液出口流入再沸 器。當再沸器和冷凝液罐中的液位穩(wěn)定后完成開車操作。在開車達到穩(wěn)定后，開啟原料泵， 將溫度為50°C的物料以10升/小時的流量由原料進口打入旋轉(zhuǎn)床，調(diào)節(jié)回流量為10升/小 時，分別打開再沸器重組份采出閥和冷凝罐上的輕組份采出閥，調(diào)節(jié)各采出流量均為5升/ 小時，進行連續(xù)精餾操作。待采出液濃度穩(wěn)定后正式開始產(chǎn)品采出，此時冷凝罐中采出甲醇 摩爾濃度為99%，再沸器中采出甲醇摩爾濃度為10%。 實施例2 :如實施例1所述，把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變?yōu)?00轉(zhuǎn)/分鐘，其他條件保持不變，測 得冷凝器中采出甲醇摩爾濃度為97%，再沸器中采出甲醇摩爾濃度低于13%。
權利要求一種多級逆流式超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，包括密閉的殼體，殼體中心有一貫通各殼體段的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上串聯(lián)裝有兩個以上轉(zhuǎn)子，其特征在于，殼體沿軸向依次由上殼體段、加料段、下殼體段構(gòu)成，其中加料段是由在上、下殼體段之間固定的兩塊隔板和內(nèi)側(cè)環(huán)面構(gòu)成的相對獨立空間，各轉(zhuǎn)子上沿徑向間隔設置有一組同心且直徑各異的動填料環(huán)，動填料環(huán)壁為開孔結(jié)構(gòu)，動填料環(huán)中裝有填料，各動填料環(huán)之間的環(huán)形間隙內(nèi)有固定于殼體上的靜環(huán)，靜環(huán)為環(huán)壁開孔結(jié)構(gòu)，下層轉(zhuǎn)子最內(nèi)層動填料環(huán)內(nèi)緣設有旋轉(zhuǎn)布液器，上層轉(zhuǎn)子最內(nèi)層動填料環(huán)內(nèi)緣設有回流液噴頭，上殼體段上蓋開有回流液進口和氣相出口，殼體的加料段開有進料口，加料段下隔板上設有原料液噴頭，下殼體側(cè)面設有釜液出口和氣相進口。
2. 根據(jù)權利要求1的旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸上串聯(lián)裝有上下兩個轉(zhuǎn)子，分 別位于上、下殼體段中。
3. 根據(jù)權利要求l的旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，所述動填料環(huán)中的填料孔隙率在 50% -99%。
4. 根據(jù)權利要求1的旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，所述靜環(huán)環(huán)壁的開孔率在40% -75%。
5. 根據(jù)權利要求1的旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)布液器是圓筒型旋轉(zhuǎn)布液器 結(jié)構(gòu)，在圓周開孔的圓筒內(nèi)壁表面設置有液體分布的斜槽。
6. 根據(jù)權利要求1的旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)布液器是分層型多孔板式 結(jié)構(gòu)，由圓周開孔圓筒和多層多孔板組成，其中多孔板為環(huán)形板，并且垂直于圓筒內(nèi)壁面分 層布置。
7. 根據(jù)權利要求l的旋轉(zhuǎn)床裝置，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)布液器是分層型圓缺板式 結(jié)構(gòu)，由開孔圓筒和多層圓周上帶有缺口的環(huán)形圓缺板組成，圓缺板垂直于開孔圓筒軸線 分層布置。
專利摘要本實用新型涉及一種多級逆流式超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，包括密閉的殼體，殼體中心有一貫通各殼體段的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上串聯(lián)裝有兩個以上轉(zhuǎn)子，各轉(zhuǎn)子上沿徑向間隔設置有一組同心且直徑各異的動填料環(huán)，動填料環(huán)壁為開孔結(jié)構(gòu)，動填料環(huán)中裝有填料，各動填料環(huán)之間的環(huán)形間隙內(nèi)有固定于殼體上的靜環(huán)，靜環(huán)為環(huán)壁開孔結(jié)構(gòu)，下層轉(zhuǎn)子最內(nèi)層動填料環(huán)內(nèi)緣設有旋轉(zhuǎn)布液器，上層轉(zhuǎn)子最內(nèi)層動填料環(huán)內(nèi)緣設有回流液噴頭，殼體上開有回流液進口和氣相出口，殼體上開有進料口、釜液出口和氣相進口。本實用新型可以解決連續(xù)精餾過程的中間進料，實現(xiàn)單臺設備連續(xù)精餾過程，而且具有較大的氣液傳質(zhì)面積，實現(xiàn)氣液的微觀混合分散，從而提升傳質(zhì)效率。
文檔編號B01D3/30GK201529413SQ200920247008
公開日2010年7月21日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權日2009年11月6日
發(fā)明者初廣文, 張鵬遠, 羅勇, 鄒海魁, 陳建峰, 高鑫 申請人:北京化工大學