专利名称：一种多级逆流式超重力旋转床装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超重力旋转床装置，具体涉及一种多级逆流式超重力旋转床
装置，可应用于制药、化工、轻工等行业的溶剂回收、分离和提纯的连续精馏过程。
技术背景 工业精馏过程一般在板式塔或填料塔等塔器精馏设备中完成，这种生产技术比较 成熟，操作简单、稳定，适用于非热敏物质的大规模连续性生产。但塔器精馏设备中的液相 均以重力为驱动力，所以它也同时具有设备庞大、操作弹性小、液泛点低、物料停留时间长、 对原料的浓度要求高、开车调试时间比较长等缺点，在原料浓度变化比较大的间歇性、小规 模回收和分离提纯生产及热敏物质和高粘度物质的分离中并不适用。 超重力技术是强化多相流传递及反应过程的新技术，核心装置是超重力旋转床装
置，以旋转床转子高速旋转产生的离心力作为液相驱动力，克服了塔器设备的一些弊端，可
以极大的强化传质过程。现有的用于精馏生产的超重力旋转床主要有两种。 一种为普通旋
转填料床，这种旋转床主要包括在一个密闭的壳体中有一个装有填料的转子，整个转子一
起转动，气液相在转子中受到远大于重力的离心力作用，完成并流、错流或逆流接触的传质
传热过程。但是单个旋转床无法实现连续精馏操作中的中间进料，要进行连续精馏操作至
少需要两台旋转床，导致设备和流程比较复杂，这种工艺的工业应用的报道非常少。 另外一种目前已应用于连续精馏操作的多级折流式超重力旋转床(申请号
01134321. 4)，该超重力场旋转床包括壳体，壳体中心贯穿有转轴，转轴上串联有由上到下
呈层状排列的一组转子，转子由与转轴固定联接的动折流盘、与壳体固定连接的静折流盘
组成，动折流圈和静折流圈分别固定联接在动折流盘和静折流盘上，一组同心且直径各异
的动折流圈和静折流圈相对构成曲折的折流通道，壳体上还设有与折流圈通道相通的中间
进料口 ，在转子下端两侧有通道口 。该专利采用下盘旋转，上盘静止的结构，可以方便地在
上盘的任意位置设置进料口，从而可以实现连续精馏过程的中间进料，使用单台设备实现
整个连续精馏过程。但是该装置用多层折流圈的气液接触结构，气液经过转子在折流圈上
走S形轨道进行气液传质和传热。这种结构虽然适当的延长了气液接触时间，但是放弃了
能够将液体分散成液膜和液丝的填料微观分散结构，因此减小了气液传质面积，降低了超
重力下气液传质效率。
发明内容本实用新型提供了一种多级逆流式超重力旋转床装置，不仅可以解决连续精馏过 程的中间进料，实现单台设备连续精馏过程，而且具有较大的气液传质面积，实现气液的微 观混合分散，从而提升传质效率。 本实用新型包括密闭的壳体，壳体沿轴向依次由上壳体段、加料段、下壳体段构 成，其中加料段是由在上、下壳体段之间固定的两块隔板和内侧环面构成的相对独立空间， 壳体中心有一贯通各壳体段的转轴，转轴上串联装有两个以上转子，分别位于上、下壳体段中，各转子上沿径向间隔设置有一组同心且直径各异的动填料环，动填料环壁为开孔结构， 动填料环中装有填料，各动填料环之间的环形间隙内有固定于壳体上的静环，静环为环壁
开孔结构，下层转子最内层动填料环内缘设有旋转布液器，上层转子最内层动填料环内缘
设有回流液喷头，上壳体段上盖开有回流液进口和气相出口 ，壳体的加料段开有进料口 ，加
料段下隔板上设有原料液喷头，下壳体侧面设有釜液出口和气相进口。 本实用新型的装置中，转轴上串联上下两个转子，分别位于上、下壳体段中。 本实用新型的装置中，动填料环中的填料孔隙率在50% _99%，优选为
90% -97%。 本实用新型的装置中，静环环壁的开孔率在40% _75%，优选为60% -65%。 本实用新型的装置中，旋转布液器是圆周上开孔的圆筒型布液器。 本实用新型的装置中，所述的旋转布液器是分层型多孔板式旋转布液结构。 本实用新型的装置中，所述的旋转布液器是分层型圆缺板式旋转布液结构。 本实用新型的装置中，所述的旋转布液器是分层型圆环板式旋转布液结构。 本实用新型的效果本实用新型通过同轴串联两个以上装有同心排列动填料环的 转子，实现气液介质的多级逆流接触，保证了填料对介质的切割和分散等作用和高的传质 面积；通过动填料环间隙内的静环实现传质过程对流体的再分布，同时利用在转子内设置 旋转布液器实现对来自于集液盘的液体的均匀分布；进而使气液逆流接触得更充分，提高 传质效率。 把本实用新型提供的多级逆流式旋转床与再沸器、冷凝器组成超重力精馏系统， 实现在一台旋转床中进行汽液相逆流接触完成精馏过程，整套系统与现有塔器设备相比具 有结构紧凑、体积小、占地小、能量利用合理等特点，同时因为设备体积小，更容易保温，系 统的热损失小，更加节能。本实用新型提供的多级逆流旋转床与再沸器、冷凝器组成的超重 力精馏系统对二元体系的精馏分离有良好的分离效果，对于内径143mm，外径365mm，上下 两层转子，单层转子四圈填料，四圈开孔静环，填料厚度16mm、高度46mm的超重力旋转床最 大可相当于8-10块理论板数的板式塔。
图1是本实用新型多级逆流超重力旋转床装置结构示意图； 图2圆筒型旋转布液器结构示意图；图3是图2的俯视图； 图4分层型多孔板式旋转布液器结构示意图；图5是图4的俯视图； 图6分层型圆缺板式旋转布液器结构示意图；图7是图6的俯视图； 图8分层型圆环板式旋转布液器结构示意图；图9是图8的俯视图； 图10为本实用新型用于精馏过程的系统流程具体实施方式本实用新型的多级逆流超重力旋转床结构如图1所示，包括密闭的壳体，由壳体 上盖13、上壳体段15、加料段18、下壳体段6及底板3构成，加料段是由在上、下壳体段之间 固定的两块隔板17、19和内侧环面24构成的相对独立空间，壳体中部设有贯通上、下壳体 段及加料段的转轴1，转轴与底板之间设有轴封2。转轴上串联装有两个以上转子，如 1所示串联装有两个转子16、22，分别位于上、下壳体段中，各转子沿径向间隔设置有一组同 心且直径各异的动填料环23，动填料环壁均布开有通孔，动填料环中装有填料12，各动填 料环间隙内布有与壳体固定连接的静环，静环上均布开有通孔，其中下转子的静环21固定 于壳体加料段的下隔板19上，上转子的静环14固定于壳体上盖13上。下转子最内层动填 料环内缘设有旋转布液器25。壳体上盖上设有回流液进口 8和回流液喷头IO，上盖中部设 有气相出口 9，加料段壳体侧面上设有进料口 7，加料段壳体下隔板上设有原料液喷头4。下 壳体上设有釜液出口 5和气相进口 20。 上述下转子最内层动填料环内缘设置的旋转布液器用于液体均匀分布，根据物料 的流量和粘度要求，旋转布液器的结构可以选择如图2-9所示的不同结构。 如图2所示，旋转布液器为圆筒型旋转布液器结构，在圆周上开孔圆筒26的内壁 面带有斜槽27，斜槽在旋转过程中给流体施加轴向分力，利于流体的轴向均布。该结构的布 液器适用于流体粘度较低的场合。图3是图2的俯视图。 如图4所示，旋转布液器为分层型多孔板式结构，由开孔圆筒26和多层多孔板28 组成，其中多孔板为环形，并且垂直于开孔圆筒内壁面分层布置，使流体在逐层流过时按比 例(所占比例为l-开孔板的开孔率)分层分布到转子内缘，以利于流体的轴向分布。该结 构的布液器适用于中、低粘度流体。图5是图4的俯视图。 如图6所示，旋转布液器为分层型圆缺板式结构，由开孔圆筒26和多层圆周上带 有缺口的环形圆缺板29组成，圆缺板垂直于开孔圆筒轴线分层布置，使流体在逐层流过时 按比例(所占比例为l-圆缺板的缺失率)分层分布到转子内缘，以利于流体的轴向分布。 该结构的布液器适用于高粘度流体。图7是图6的俯视图。 如图8所示，旋转布液器为分层型圆环板式结构，由开孔圆筒26和多层外径不等 的圆环板39组成，并且圆环板垂直于开孔圆筒轴线分层布置，使流体在逐层流过时按圆环 面积所占流动面积的比例分层分布到转子内缘，以利于流体的轴向分布。该结构的布液器 适用于高粘度流体。图9是图8的俯视图。 用本实用新型实现精馏过程如图10、图1所示将本实用新型多级逆流式旋转床 30与再沸器31、原料流量计32、原料罐33、原料泵34、回流液流量计35、冷凝液罐36、回流 泵37和冷凝器38组成精馏系统。 原料由原料罐33通过原料泵34、原料流量计32进入旋转床30 (见图6)，由旋转 床的加料段18的原料加入口 7，通过原料喷头4进入下层转子，分布到下层转子内层动填料 环内缘，在转子离心力作用下，依次流经下层转子各个动填料环和静环，在填料中汽液相充 分接触完成液膜的表面更新和液体再分布，进行精馏分离，液相中的大部分轻组份被提到 气相中，液相由下壳体的釜液出口5进入到再沸器31中，气相继续由下层转子内环上升，到 上层转子16中，由上层转子外环向内环流动，与轻组份浓度很高的回流液在上层转子中进 行逆流接触，气相进一步增浓，实现气体的精制。气相经冷凝器38冷凝，部分作为回流液， 部分作为轻组份采出。再沸器31中部分釜液变为蒸汽由下壳体上的气相进口 20进入旋转 床，另一部分釜液作为重组份采出。旋转床上盖上设有气相出口 9，蒸汽在冷凝器中冷凝后， 部分冷凝液作为轻组份采出，另一部分作为回流液，由回流泵37经回流液流量计35送入液 体回流口 8，经回流液喷头喷向上层转子填料环内缘，依次流经上层转动体各层填料圈和静 环，被上壳体收集，经集液盘后汇入下层转子入口 ，在旋转布液器25作用下，均匀分布到下层转子填料中，完成精馏。被下壳体收集，经釜液出口 5流入再沸器。 下面结合实施例对本实用新型的实施方案进一步说明。但是本实用新型不限于所 列出的实施例。 实施例1 :将摩尔浓度为57%的甲醇水溶液60升加入到原料罐，开启旋转布液器 为圆筒形的多级逆流式旋转床，调节转子转速为800转/分钟，由原料泵提供动力，转子流 量计计量，将进料罐中约30升物料经旋转床打入再沸器，关闭原料泵。向再沸器换热管内 通入水蒸汽对再沸器中物料进行加热使其沸腾，沸腾后的甲醇-水混合蒸汽上升进入旋转 床经上下两层转子后由上盖上的气体出口离开旋转床，经冷凝器冷凝后进入冷凝液罐，待 冷凝罐中的冷凝液量足够后开启回流泵，以15升/小时的流量将回流液送入旋转床，经回 流液喷头喷向上层转动体填料圈内缘，液相依次流经上层转动体各个填料圈和静环后，由 上壳体收集并由集液盘流入下层转动体入口处的旋转布液器后均匀分布到下层转动体填 料圈内缘，依次流经下层转动体各个填料圈和静环，由下壳体收集，并由釜液出口流入再沸 器。当再沸器和冷凝液罐中的液位稳定后完成开车操作。在开车达到稳定后，开启原料泵， 将温度为50°C的物料以10升/小时的流量由原料进口打入旋转床，调节回流量为10升/小 时，分别打开再沸器重组份采出阀和冷凝罐上的轻组份采出阀，调节各采出流量均为5升/ 小时，进行连续精馏操作。待采出液浓度稳定后正式开始产品采出，此时冷凝罐中采出甲醇 摩尔浓度为99%，再沸器中采出甲醇摩尔浓度为10%。 实施例2 :如实施例1所述，把转子转速变为600转/分钟，其他条件保持不变，测 得冷凝器中采出甲醇摩尔浓度为97%，再沸器中采出甲醇摩尔浓度低于13%。
权利要求一种多级逆流式超重力旋转床装置，包括密闭的壳体，壳体中心有一贯通各壳体段的转轴，转轴上串联装有两个以上转子，其特征在于，壳体沿轴向依次由上壳体段、加料段、下壳体段构成，其中加料段是由在上、下壳体段之间固定的两块隔板和内侧环面构成的相对独立空间，各转子上沿径向间隔设置有一组同心且直径各异的动填料环，动填料环壁为开孔结构，动填料环中装有填料，各动填料环之间的环形间隙内有固定于壳体上的静环，静环为环壁开孔结构，下层转子最内层动填料环内缘设有旋转布液器，上层转子最内层动填料环内缘设有回流液喷头，上壳体段上盖开有回流液进口和气相出口，壳体的加料段开有进料口，加料段下隔板上设有原料液喷头，下壳体侧面设有釜液出口和气相进口。
2. 根据权利要求1的旋转床装置，其特征在于，所述转轴上串联装有上下两个转子，分 别位于上、下壳体段中。
3. 根据权利要求l的旋转床装置，其特征在于，所述动填料环中的填料孔隙率在 50% -99%。
4. 根据权利要求1的旋转床装置，其特征在于，所述静环环壁的开孔率在40% -75%。
5. 根据权利要求1的旋转床装置，其特征在于，所述旋转布液器是圆筒型旋转布液器 结构，在圆周开孔的圆筒内壁表面设置有液体分布的斜槽。
6. 根据权利要求1的旋转床装置，其特征在于，所述的旋转布液器是分层型多孔板式 结构，由圆周开孔圆筒和多层多孔板组成，其中多孔板为环形板，并且垂直于圆筒内壁面分 层布置。
7. 根据权利要求l的旋转床装置，其特征在于，所述的旋转布液器是分层型圆缺板式 结构，由开孔圆筒和多层圆周上带有缺口的环形圆缺板组成，圆缺板垂直于开孔圆筒轴线 分层布置。
专利摘要本实用新型涉及一种多级逆流式超重力旋转床装置，包括密闭的壳体，壳体中心有一贯通各壳体段的转轴，转轴上串联装有两个以上转子，各转子上沿径向间隔设置有一组同心且直径各异的动填料环，动填料环壁为开孔结构，动填料环中装有填料，各动填料环之间的环形间隙内有固定于壳体上的静环，静环为环壁开孔结构，下层转子最内层动填料环内缘设有旋转布液器，上层转子最内层动填料环内缘设有回流液喷头，壳体上开有回流液进口和气相出口，壳体上开有进料口、釜液出口和气相进口。本实用新型可以解决连续精馏过程的中间进料，实现单台设备连续精馏过程，而且具有较大的气液传质面积，实现气液的微观混合分散，从而提升传质效率。
文档编号B01D3/30GK201529413SQ200920247008
公开日2010年7月21日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者初广文, 张鹏远, 罗勇, 邹海魁, 陈建峰, 高鑫 申请人:北京化工大学