专利名称：螺纹管线轴型规整填料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装在旋转床中的超重力场强化传递与反应用规整填 料，具体为一种螺纹管线轴型规整填料。
背景技术：
旋转床是一种新型的利用填料旋转产生的离心力场来强化传递与反应的 设备。旋转床作为一种气液相逆流或并流接触的高效过程强化传质传热设备， 可广泛应用于石油化工、制药、火炸药等行业的精馏、吸收、解吸、化学反 应及纳米材料的制备等场合。
在旋转床中，基本原理是利用旋转产生的离心力使液体径向流动，在流 动过程和气体逆向或同向接触而发生传递或反应，其核心结构是旋转床中填 料的结构设计。流体在旋转填料床内受离心力与摩擦力的作用，使相界面大， 更新速度快，气液微观混合强烈，传质、传热系数高或反应速度快，但流体 在填料内的流动速度快、停留时间短，对气体混合物选择性吸收或纳米材料 制备来说是有益的，但对气-气或液-液混合物的分离效率来说，较难达到理想 要求。因此，在旋转床有限的空间内，开发能充分利用设备空间，提高流体 在设备内停留时间的填料具有重要的应用价值。所以填料的结构对传递或反 应效果起着至关重要的作用。
科技工作者在填料的研究开发方面进行了大量的工作，合理的填料设计 能有效提高汽、液的接触面积和延长汽、液的接触时间等，起到强化汽、液 的微观接触混合效果，进而提高设备的分离能力。如(1) 美国专利US 4382900公开的一种离心气液分离装置(以波纹丝网 填料)，中国专利CN 2229833公开的同心圆环薄板填料旋转床气液传质反应 器和CN201132076Y公开的带平面网版的超重力旋转床。上述旋转床中使用 的填料存在的缺点是只利用了旋转床的径向空间，轴向和周向空间未得到利用。
(2) 中国专利CN 1415396A公开的折流式超重力场旋转床装置和CN 201239556Y公开的旋转填料床精馏操作用翅片导流规整填料等。上述两种填 料同时利用了径向和轴向空间，而周向空间未得到利用；
(3) 中国专利CN 101013003A公开的一种超重力传质装置和CN 1269256A公开的涡流式超重力场反应装置及其应用。上述填料同时利用了径 向和周向空间，轴向空间未得到应用。
发明内容
本发明为了解决现有旋转床填料结构上的设计不完善等问题而导致的液 体在填料中流动分布不均匀和气液接触面积小、时间短，混合物分离(或净
化)效果差等情况，而提出了一种充分利用旋转床的径向、轴向和周向空间， 约束流体流动行为的螺纹管线轴型规整填料。
本发明是由以下技术方案实现的， 一种螺纹管线轴型规整填料，包括圆
筒，位于圆筒两端的上盘片、下盘片，上盘片中心处开有圆孔，其特征在于 在下盘片上沿圆筒周围设有若干根布液管，任意一根布液管的管口与圆筒内 相通，布液管沿圆筒外周螺旋绕行设置。
布液管沿圆筒外周螺旋绕行设置的方式为单根布液管是 续的，在下 盘片和上盘片之间往返同向螺旋环绕。其具体操作方式是，单根布液管沿圆筒螺旋缠绕，上升到上盘片后再下折并沿着同一方向继续螺旋缠绕，达到下 盘片再向上缠绕，如此反复直到达到设计的长度或者厚度的要求。
本发明的整体结构为圆柱状，下盘片在轴的带动下一起旋转，使填料内 具有离心力场。液体从上盘片中心孔处进入填料内侧，经圆筒进入所有的布
液管，然后沿着布液管以"S"型流动(螺旋型)，然后整体以"N"型从填 料内侧向外流过整个填料。液体在布液管内受离心力的作用和布液管螺旋缠 绕的作用，在细管内形成厚度较薄的液膜。气体从填料外侧布液管端口进入 布液管(在填料中，气液为逆流接触)，或气体从填料内侧布液管端口进入布 液管(在填料中，气液为并流接触)，气体充满布液管整个腔体，在压力的作 用下以"S-N"型从填料一侧流向另一侧。如图3所示。
本发明提高了旋转床填料的空间利用率，规范了流体在填料中的流动路 径，延长了流体在填料中的流动距离与时间，提高了流体在填料中分布的均 匀性和设备的传递与反应效果。本发明可广泛应用于石油化工、制药、火炸 药等行业的精馏、吸收、解吸、化学反应及纳米材料的制备等场合。
图1为本发明的整体结构示意图
图2为本发明结合旋转床的内部结构示意图(剖面图)
图3为单层布液管的结构展开图
图4为本发明所述螺纹管线轴型规整填料的旋转床在精馏操作中的应用 图5为本发明所述螺纹管线轴型规整填料的旋转床在吸收操作(气体净 化)中的应用
图中l-上盘片、2-圆筒、3-布液管、4-下盘片、5-旋转轴、6-液体进口、7-气体出口、 8-气体进口、 9-液体出口、 10-多级旋转床、11-冷凝器、12-原料 储槽、13-泵、14-再沸器、15-换热器、16-泵、17-产品罐、18-再生旋转床、 19-一级净化吸收床、20-富液槽、21-泵、22-再生液储槽、23-泵
具体实施例方式
如图1、 2、 3所示意， 一种螺纹管线轴型规整填料，包括圆筒2，位于 圆筒2两端的上盘片1、下盘片4，上盘片l中心处开有圆孔，其特征在于 在下盘片4上沿圆筒2周围设有若干根布液管3，任意一根布液管3的管口 与圆筒2内相通，布液管3沿圆筒2外周螺旋绕行设置。
布液管沿圆筒外周螺旋绕行设置的方式为单根布液管是连续的，在下 盘片和上盘片之间往返同向螺旋环绕。
其具体操作方式是，单根布液管(直径一般为5-10mm)以一定的倾斜角 度W)沿圆筒按螺纹状顺时针由下向上螺旋缠绕，例如，倾斜角度W)为
上盘片和下盘片之间的距离a)与填料内径处周长(2兀^)的比，g口，螺距
为上、下盘片之间的距离。然后当布液管缠绕一周时，正好与上盘片接触， 上升到上盘片后再向外向下翻转180度，并沿着同一方向继续螺旋缠绕，达 到下盘片再向上缠绕，如此依次由内向外缠绕，直到盘片的外径处。布液管 的数量(")为填料上、下盘片间距离(/2)与布液管直径(")的比再除以cos 6， g卩"-Zz/(dcos0。布液管管口设有一定倒角，作为布液管与圆筒的相通 接口，具体为填料内侧处布液管管口外侧与下盘片紧密接触，布液管管口 内侧与下盘片留有一定距离，具体根据流体流量定， 一般为10-15mm左右。 相反，填料外侧处布液管管口内侧与上盘片或下盘片紧密接触，布液管管口 外侧与上盘片或下盘片留有一定距离， 一盘不超过15mm。布液管3直径根据原料处理量定， 一般为5-10mm，布液管3的数量为填 料上、下盘片间距离与布液管直径的比再除以cos 0。布液管材质可以金属管、 塑料管或高分子材料管，具体根据处理物系的性能定。布液管内壁要求有一 定的粗糙度；为增大旋转床内空间的利用率，布液管管壁厚度越薄越好，在 高速旋转的情况下不变型为准。
本发明利用细管的线轴状缠绕，使流体在圆柱状填料内以复杂的"S-N" 型流动，不仅使填料的空间利用率得到了提高，而且在不改变液膜厚度的前 提下，规范了流体在填料中的流动路径，提高了流体在填料中分布的均匀性， 增大了相间接触面积，延长了流体在填料中的流动距离与时间，强化了填料 的传递与反应效果，进而大大提高了设备的性能。
具体体现在以内径为60mm、外径为110mm、轴向高度(上下盘片间
距离)为30mm的转子为基准，对液体在波纹丝网填料、翅片导流板填料和
本发明中的流经距离进行了比较，结果如表l所示。由表1可知，当超重力
精馏设备内转子尺寸相同时，液体在四种填料中流经的距离依次为波纹丝
网填料 < 翅片导流板填料 < 螺旋线轴型填料。也就是说，液体通过上述三
种填料的停留时间相应增加，三种填料的分离能力亦应相应提高。
表l液体在填料中的流经距离
填料转子内径/外径/轴向高度流体流经距离备注
波纹丝网填料60mm/l 10mm/30mm￡ 39.25mm波纹丝直径为0.285mm，在转 子中紧密排列
翅片导流板填料60mm/l 10mm/30mm〉210.96 mm板间距为8mm
本发明60mm/l 1 Omm/30mm〉1449.65 mm布液管直径为8mm
以下为本发明的应用实例:
应用实例1:在精馏单元操作中，本发明可安装在多级旋转床中，实现连续精馏操作。如图4所示。原料储槽12中的原料在泵13的作用下，经转 子流量计计量后从原料进口进入多级旋转床10，经设备腔体的导流板流入多 级旋转床的内腔。受离心力的作用沿"S-N"型路线从螺纹管线轴型规整填料 的内侧流到外侧。受离心力与摩擦力的作用形成液膜、液丝与液滴，与逆流 的汽体进行传质传热。离开填料的液体从多级旋转床底部的液体出口流出， 进入再沸器14。再沸器14中的液体部分引出，部分经加热产生蒸汽，蒸汽 再从气体进口进入多级旋转床IO，在压力作用下，从旋转床底层填料外侧进 入内侧，然后沿流体导流板上升到上一层填料的外侧，在压力作用下由外至 内通过上层填料。然后从多级旋转床顶部的气体出口进入冷凝器14。冷凝器 14中的部分液体作为回流液从回流液进口返回到多级旋转床中，其余作为产 品引出。
应用实例2:在吸收单元操作中(以气体净化为例)，本发明可根据气体 的净化要求安装在一级或多级旋转床中，可实现一级净化(如图5所示)或 多级净化。原料气(待净化气)从旋转床入口进入一级净化旋转床19外腔， 在压力作用下，从旋转填料外侧进入内侧，在填料中，气体与吸收液逆流接 触，进行传质净化，经净化后的气体从旋转床的气体出口排出。吸收液从旋 转床中心液体分布管进入旋转床，受离心力的作用沿"S-N"型路线从螺纹管 线轴型规整填料的内侧流到外侧。受离心力与摩擦力的作用形成液膜、液丝 与液滴，与逆流的气体进行传质。离开填料的富液从旋转床底部的液体出口 流出，再经过富液槽20和泵21进入再生旋转床18进行再生。再生后的液体 循环使用。
权利要求
1、一种螺纹管线轴型规整填料，包括圆筒(2)，位于圆筒(2)两端的上盘片(1)、下盘片(4)，上盘片(1)中心处开有圆孔，其特征在于在下盘片(4)上沿圆筒(2)周围设有若干根布液管(3)，任意一根布液管(3)的管口与圆筒(2)内相通，布液管(3)沿圆筒(2)外周螺旋绕行设置。
2、 根据权利要求1所述的螺纹管线轴型规整填料，其特征在于布液管 沿圆筒外周螺旋绕行设置的方式为单根布液管(3)是连续的，在下盘片(4) 和上盘片(1)之间往返同向螺旋环绕。
全文摘要
本发明涉及一种安装在旋转床中的超重力场强化传递与反应用规整填料，具体为一种螺纹管线轴型规整填料。解决现有旋转床填料结构上的设计不完善等问题而导致的液体在填料中流动分布不均匀和气液接触面积小、时间短，混合物分离(或净化)效果差等情况。包括圆筒，位于圆筒两端的上盘片、下盘片，上盘片中心处开有圆孔，其特征在于在下盘片上沿圆筒周围设有若干根布液管，任意一根布液管的管口与圆筒内相通，布液管沿圆筒外周螺旋绕行设置。本发明提高了旋转床填料的空间利用率，规范了流体在填料中的流动路径，延长了流体在填料中的流动距离与时间，提高了流体在填料中分布的均匀性和设备的传递与反应效果。
文档编号B01J19/32GK101648129SQ20091007526
公开日2010年2月17日 申请日期2009年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者刘有智, 张世光, 张振翀, 栗秀萍, 栗继宏 申请人:中北大学