专利名称：超强湍流传质塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超强湍流传质塔。具体地说，本发明提出了一种应用于净化含有有害气体、固体烟尘的气体，同时也可用于化工反应的各种强化传质场合的传质设备。
背景技术：
为保持经济建设的可持续发展，保护环境、节约能源已成为经济发展过程中的一项优先考虑的问题。而为了减少生产成本和相关的投资，有关的企业急需高效、低能耗、低设备投资的多相分离设备。另一方面，在化工领域的生产过程(如吸收、萃取、干燥及其它化学反应)中也一直在寻求高传质速率、低能耗的传质设备，以降低生产成本和设备的投资。
多年来，为了适应上述工业发展的需求，现有的传质设备，诸如鼓泡塔、板式塔、填料塔、喷淋塔、喷射水柱塔等都有了很大的进步，它们在环境净化、化工生产过程中担负着中坚的角色。通常，这些设备往往通过增大相间接触空间来增大相间接触时间，或增大布液量以增大相间接触面积来提高相间传质的效果。采用这类方式一般需要传质设备具有庞大的塔体。显然，其需要较大的生产用地和较高的设备投资。为减小塔体体积，现有技术也想提高气流速度来提高相间传质的效果，但由于上述传质设备技术本身原理的限制，很难实现，如板式塔，随着气流速度的提高，其阻力急剧升高，设备的能量消耗较大、经济性不好。又如喷淋塔，气流速度增大，喷淋的液滴就必须增大，相间接触的比表面积反而减小，实现不了高效传质的目的。所以上述设备在对效率和经济性等因素综合考虑前提下，气流速度多取在每秒3米以下，这样就限制了相间传质的效果的进一步提高。
湍流传质比起层流传质的传质速率要高得多，这是大家公认的。因此，大多数分离设备和化工反应设备，都是设计成工作在湍流状态下。但是，已有的各种传质塔，没有找到一种既强化湍流传质，能耗又较小的方法和结构。造成这些问题的原因是，在大多数设备中，传质相是连续的或者是部分传质相是连续的。如喷淋塔，液相由喷嘴喷出，形成液滴，变成分散相，而气相却是连续的；又如，鼓泡塔，气相从液体底层通入，在压力的作用下，以气泡方式通过液相，气相是分散的，液相是连续的；填料塔，是在塔体中装有填料，液相由上层沿着填料的缝隙往下流，气相由底层沿着填料的缝隙往上流，气、液在填料形成的缝隙中接触，增大了接触面积，提高传质效率，这种传质的状态，液相、气相都是连续的。
人们在努力寻求强化传质的方法，希望在传质设备中有意识制造湍流或强化湍流，希望传质相都形成分散基元，以达到充分混合，溶为一体，极大的提高相间接触面积。但就目前情况看，许多努力，虽能较好利用强化湍流，提高传质效率的成果，但未找到参与传质相都分散的技术。如中国专利文献CN88102880A公开了一种《应用水将热气流中的气态痕量元素颗粒吸收到粉尘中的方法》，这一方法有意设置了湍流发生器，即在流道中改变气流方向(气流转向180度)和改变流动管径，使气流局部加速，形成湍流，增强传质效果，但这种方法，湍流强度有限，气相并未达到分散和形成固定湍流场的目的。美国专利文献US5234672A《增强烟道气脱硫设备分离能力的方法和设备》中，提出在脱硫反应器前的水平烟道中(接近脱硫反应器)装置挡板，对烟气扰动，形成湍流进入脱硫反应器，增强分离能力，但这种方法产生的湍流强度随着远离湍流发生器而明显衰减，并且气相也是连续的。
实用新型的技术内容为此，本实用新型的目的在于提出一种具有超强湍流的传质塔，使多相物料在超强湍流传质场中，实现多相都处于分散状态，多相分散的基元互相撞击，实现基元细化，大大提高相间接触的比表面积；同时，基元在互相撞击中使基元细化，也伴随凝并、变粗，这一过程，使基元实现表面高速更新；这两种过程，使多相间保持着稳定的高速传质。本发明的进一步的目的是使在超强湍流传质场内的化学反应过程中，各物质的相间溶质远离平衡，传质始终保持高速，提高设备的分离、反应效率。
为实现上述实用新型目的，本实用新型的超强湍流传质塔包括一个传质塔体，所述传质塔体上设有气流入口和液体入口；一个与所述气流入口连通的导流管；以及与所述液体入口连通的液体输入管；其中所述导流管与传质塔的所述气流入口通过一个变流管相互连接在一起；所述变流管中设有对所经过的气流进行加速、扩压的机构。
具体地说，本发明的所述变流管中的所述对气流进行加速、扩压的机构由多个相邻且沿圆周分布的断面大致为梯形的小流管组成，所述小流管的轴线可相对于所述变流管的轴线调节。
进一步地，所述变流管包括一个外壁和一个中心支撑件；所述小流管以设置在所述变流管中间的柱形中心支撑件的侧壁为梯形(定义梯形大致平行的边的短边为上底而长边为下底，以下同)的上底侧壁，以所述变流管外壁的内侧壁为下底侧壁，以在所述柱形中心支撑件与所述变流管外壁之间径向设置的隔板为梯形的腰；所述隔板的两端分别装有短轴，并且所述短轴分别与所述中心支撑件及所述变流管的外壁连接，使所述小流管可转动，以改变流道截面及流道中流体的流动方向。
其中，所述隔板具有大致梯形的形状，其上底朝向所述柱形中心支撑件其下底朝向所述变流管外壁。
本发明的所述变流管具有一个可带动所述隔板同步转动的驱动机构，以带动断面大致为梯形的流道改变流向和调节流速。所述断面大致为梯形的小流管所改变的气流方向从0度到80度连续可调。由于断面大致为梯形的流道的方向改变，气流的速度可由6M/S调节到30M/S以上，气流扩散角也发生变化，但流道中的气流速度沿径向基本保持等速。超强湍流传质场的湍流度就是通过调节气流速度和方向以及调节气流扩散角度来实现调节的。
其中，所述小流管至少一侧的所述短轴与所述隔板固定连接，该短轴通过轴承密封地并可转动地安装在所述变流管外壁或筒形中心支撑件上；所述驱动机构包括一个可绕所述变流管轴线转动的主传动件，及固定在与所述隔板固定的所述短轴的自由端上的短轴传动件；所述短轴传动件与所述主传动件相结合，以便使所述隔板在主传动件的带动下转动。
所述液体入口包括一个通过分水管与所述传质塔体连接的集水器，液体通过集水器经所述分水管进入所述传质塔体内。在所述传质塔体内超强湍流传质场中，液体被超强湍流撞击，形成液滴、气泡粒基元，并进一步撞击成更细的基元，液相、气相通过基元的撞击、凝并，增大了液相的比表面积，进行着迅速的表面更新，完成着稳定传质的过程。
所述传质塔体设有由挡圈及侧百叶窗组成的迷宫结构；通过设置迷宫结构下端距断面大致为梯形的流道端部的距离来控制超强湍流传质场的厚度。本发明的超强湍流传质场的厚度可控在100毫米至500毫米。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点在超强湍流场中，液体的比表面积比起普通的喷淋塔、填料塔、筛板塔的液体比表面积大数十倍，达到同样传质效率，它的阻力比起喷淋塔、填料塔、筛板塔偏低或接近，液气比却大大减小，传质空间也大大减小，在现有的液—气，液—气—固传质设备中，它的综合性能最优秀，而能耗最低。在化学工程中，几乎任何一种惯用的方法都可以用超强湍流传质场来实现。超强湍流传质场的强度是可控的，这一特点，可实现在不同工程中，根据工程传质的不同要求，使能耗达到最低。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1是本发明的一个实施例的剖面结构正视图；图2是图1所示实施例的A向视图；图3是本发明的变流管的剖面结构正视图；
图4和图5详细显示本发明的变流管上的同步转动的驱动机构；图6和图7显示本发明的不同的气流输送结构示意图。
附图中的标记表示为1-气流入口，2-液体入口，3-传质塔体，4-导流管，5-变流管，6-加速、扩压的机构，7-变流管外壁，8-中心支撑件，9-隔板，10、11-短轴，12-主传动件，13-短轴传动件，14-槽缝，15-摇臂，16-环形钢元，17-拨杆，18-分水管，19-集水器，20-挡圈，21-侧百叶窗。
具体实施方式
图1和图2显示出本发明的一个最佳实施例。其中本发明的超强湍流传质塔包括一个设有气流入口1和液体入口2的传质塔体3，一个与所述气流入口1连通的呈弧形管状的导流管4；以及与所述液体入口2连通的液体输入管。其中所述导流管4与传质塔的所述气流入口1通过一个变流管5相互连接在一起，所述变流管5中设有由多个相邻且沿圆周分布的断面大致为梯形的小流管组成的对气流进行加速、扩压的机构6。参见图3，所述变流管5的具体结构包括一个外壁7和一个中心支撑件8；所述小流管以设置在所述变流管5中间的柱形中心支撑件8的侧壁为梯形的上底侧壁，以所述变流管外壁7的内侧壁为下底侧壁，以在所述柱形中心支撑件8与所述变流管外壁7之间径向设置的隔板9为梯形的腰。所述隔板9的形状为等腰梯形，其上底朝向所述柱形中心支撑件8其下底朝向所述变流管外壁7。所述隔板9的两端分别装有短轴10、11，并且处于所述小流管下底边一侧的所述短轴11与所述隔板9固定连接，所述短轴11通过轴承密封地并可转动地安装在所述变流管外壁7上，而另一端的所述短轴10与所述中心支撑件8连接。所述变流管5具有一个可带动所述隔板9同步转动的驱动机构，参见图4和图5，所述驱动机构包括一个可绕所述变流管5轴线转动的主传动件12，及固定在与所述隔板9固定的所述短轴11的自由端上的短轴传动件13；所述短轴传动件13与所述主传动件12相配合，以便使所述隔板9在主传动件12的带动下转动。使所述小流管转动，以改变流道截面及流道中流体的流动方向。所述驱动机构带动所述断面大致为梯形的小流管从0度到80度连续可调地改变气流方向，以带动断面大致为梯形的流道改变流向和调节流速。图4中用虚线表示所述短轴传动件13和所述隔板9相对于其中的实线位置状态转动一定角度后的位置状态。由于断面大致为梯形的流道的方向改变，气流的速度可由6M/S调节到30M/S以上，气流扩散角也发生变化，但流道中的气流速度沿径向基本保持等速。超强湍流传质场的湍流度就是通过调节气流速度和方向以及调节气流扩散角度来实现调节的。在本实施例中，所述驱动机构中的所述短轴传动件13为一个带有槽缝14的摇臂15，所述主传动件12为一个设置在所述变流管外壁7外侧的环形钢元16，所述环形钢元16可绕所述变流管5转动，并且其面向所述摇臂15的一侧设有与所述摇臂15上的槽缝14啮合的拨杆17。所述液体入口2包括一个通过分水管18与所述传质塔体3连接的集水器19，液体通过集水器19经所述分水管18进入所述传质塔体3内。在所述传质塔体3内超强湍流传质场中，液体被超强湍流撞击，形成液滴、气泡粒基元，并进一步撞击成更细的基元，液相、气相通过基元的撞击、凝并，增大了液相的比表面积，进行着迅速的表面更新，完成着稳定传质的过程。所述传质塔体3设有由挡圈20及侧百叶窗21组成的迷宫结构；通过设置迷宫结构下端距断面大致为梯形的流道端部的距离来控制超强湍流传质场的厚度。本发明的超强湍流传质场的厚度可控在100毫米至500毫米，而直径取在200毫米至10000毫米之间。
在本发明的超强湍流传质塔中的进行多相反应的混合过程中，根据工艺流程的需要，通过管道与鼓风机连接将气流输入到所述传质塔体3内。通过所述驱动机构来调整所述断面大致为梯形的小流管的轴线相对于所述变流管5的轴线的角度，来改变输入传质塔的气流的方向和改变流道的大小，对气流矢量加速并强化气流的扩散，形成超强湍流传质流场。其中通过用手推环形钢元16，使所述环形钢元16绕所述传质塔体3轴线转动带动与所述环形钢元16上的所述拨杆17啮合的摇臂15及与所述摇臂15固定连接的所述隔板9转动，来调节所述断面大致为梯形的小流管。所需输入的液体通过集水器19经所述分水管18进入所述传质塔体3内。将液体输入超强湍流传质场，使液体与气流接触过程中被撞击分散，同时气体本身在撞击液体时，也伴随分散。由此在超强湍流传质场中，伴随超强湍流撞击，形成液滴、气泡粒基元，并进一步撞击成更细的基元，液相、气相通过基元的撞击、凝并，增大了液相与气相接触的比表面积，进行着迅速的表面更新，完成着稳定传质的过程。
本发明的所述驱动机构的一个可替代的实施方式是使处于所述小流管下底边一侧的所述短轴11与所述隔板9固定连接，所述短轴11通过轴承密封地并可转动地安装在所述变流管外壁7上；所述驱动机构的主驱动件为一个设置在所述变流管外壁7外侧的圆环，所述圆环可绕所述变流管5转动；所述短轴驱动件为一个固定在所述短轴11的自由端的小齿轮；并且其面向所述小齿轮的一面与所述小齿轮对应的段为与所述小齿轮啮合的弧形齿条。
本发明的另一个实施例中，一种替代的技术方案为，所述中心支撑件8为筒形构件；处于所述小流管上底边一侧的所述短轴10与所述隔板9固定连接，并在所述短轴10的自由端设置有齿轮状部件；所述短轴10通过轴承密封地并可转动地安装在所述中心支撑件8上；所述驱动机构包括一个设置在所述中心支撑件8内的圆盘状齿轮，所述圆盘状齿轮可绕所述变流管5的轴线转动，并且其面向所述齿轮状部件的一面的至少一部分成型有与所述齿轮状部件啮合的齿。
由上述实施例可见，本发明的主驱动件可以用人力驱动也可以用诸如电动机之类的机械驱动。
此外参见图6和7，超强湍流传质塔根据工艺流程的需要，通过管道与鼓风机连接作正压运行或与引风机连接作负压运行。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
权利要求1.一种超强湍流传质塔，其包括一个传质塔体(3)，所述传质塔体(3)上设有气流入口(1)和液体入口(2)；一个与所述气流入口(1)连通的导流管(4)；以及与所述液体入口(2)连通的液体输入管；其特征在于所述导流管(4)与传质塔的所述气流入口(1)通过一个变流管(5)相互连接在一起；所述变流管(5)中设有对所经过的气流进行加速、扩压的机构(6)。
2.根据权利要求1所述的超强湍流传质塔，其特征在于所述变流管(5)中的所述对气流进行加速、扩压的机构(6)由多个相邻且沿圆周分布的断面大致为梯形的小流管组成，所述小流管的轴线可相对于所述变流管(5)的轴线调节。
3.根据权利要求2所述的超强湍流传质塔，其特征在于所述变流管(5)包括一个外壁(7)和一个中心支撑件(8)；所述小流管以设置在所述变流管(5)中间的柱形中心支撑件(8)的侧壁为梯形的上底侧壁，以所述变流管外壁(7)的内侧壁为下底侧壁，以在所述柱形中心支撑件(8)与所述变流管外壁(7)之间径向设置的隔板(9)为梯形的腰；所述隔板(9)的两端分别装有短轴(10、11)，并且所述短轴(10、11)分别与所述中心支撑件(8)及所述变流管(5)的外壁(7)连接，使所述小流管可转动，以改变流道截面及流道中流体的流动方向。
4.根据权利要求3所述的超强湍流传质塔，其特征在于所述隔板(9)具有大致梯形的形状，其上底朝向所述柱形中心支撑件(8)其下底朝向所述变流管外壁(7)。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的超强湍流传质塔，其特征在于所述变流管(5)具有一个可带动所述隔板(9)同步转动的驱动机构，以带动断面大致为梯形的流道改变流向和调节流速。
6.根据权利要求5所述的超强湍流传质塔，其特征在于所述小流管至少一侧的所述短轴(10、11)与所述隔板(9)固定连接，该短轴(10、11)通过轴承密封地并可转动地安装在所述变流管外壁(7)或筒形中心支撑件(8)上；所述驱动机构包括一个可绕所述变流管(5)轴线转动的主传动件(12)，及固定在与所述隔板(9)固定的所述短轴(10、11)的自由端上的短轴传动件(13)；所述短轴传动件(13)与所述主传动件(12)相结合，以便使所述隔板(9)在主传动件(12)的带动下转动。
7.根据权利要求1所述的超强湍流传质塔，其特征在于所述液体入口(2)包括一个通过分水管(18)与所述传质塔体(3)连接的集水器(19)，液体通过集水器(19)经所述分水管(18)进入所述传质塔体(3)内。
8.根据权利要求1所述的超强湍流传质塔，其特征在于所述传质塔体(3)设有由挡圈(20)及侧百叶窗(21)组成的迷宫结构；通过设置迷宫结构下端距断面大致为梯形的流道端部的距离来控制超强湍流传质场的厚度。
9.根据权利要求8所述的超强湍流传质塔，其特征在于所述超强湍流传质场的厚度控在100毫米至500毫米。
专利摘要本实用新型涉及一种超强湍流传质塔。本实用新型的目的在于使多相物料在传质场中，实现多相都处于分散的状态，提高相间接触的比表面积并使基元实现表面高速更新。本实用新型通过改变流道方向、气流速度以及气流扩散角，建立超强湍流传质场；通过控制流道方向、气流速度及气流扩散角来控制超强湍流场的湍流度；用梯形流道保证气流沿径向流速基本匀速。并通过迷宫结构控制超强湍流传质场的厚度。特别适用于净化含有有害气体、固体烟尘的气体，同时也可用于化工反应的各种强化传质场合。
文档编号B01D53/78GK2649157SQ0326666
公开日2004年10月20日 申请日期2003年7月2日 优先权日2003年7月2日
发明者蒋迪, 李立翰, 张鹂君, 蒋荔生, 蒋权生, 詹露茜, 贺新生, 王海安 申请人:蒋迪, 李立翰, 蒋利荣, 张鹂君, 蒋荔生, 蒋权生, 詹露茜, 贺新生, 王海安