专利名称：一种多层异型折流圈高速离心精馏塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速离心精馏塔，特别是一种多层异型折流圈高速离心精馏塔。 可广泛应用于石化、制药、化工、轻工等行业的精馏、吸收等涉及气液接触传质的过程。
背景技术：
精馏和吸收是分离液体混合物的典型单元操作，通过逆流接触的液相和气相间的 质量传递和能量传递来实现。塔设备是能够实现精馏和吸收两种分离操作的气液传质设 备。其结构形式基本上可分为板式塔和填料塔两大类。合理的板式塔空塔速度较高，因而 生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便，为工业上所广泛采用。但是塔设备 高度普遍较高，传质效率相对不大。超重力旋转床是上世纪发展起来的一种新型气液传质设备，逆向进入旋转床的气 液相在离心作用的带动下产生极大的离心力进行传质，可以显著增大过程的传质能力，同 时降低设备高度。目前，应用于精馏领域的超重力旋转床主要包括两大类，一类是填料型 离心式精馏塔，一类是折流型离心式精馏塔。填料型离心式精馏塔主要问题在于气体和 液体在填料内的停留时间过短，气体和液体不能够充分接触，降低了传质的效率，同时填 料型离心式精馏塔多为单层，其理论板数有限，操作弹性相对较小。折流型离心式精馏塔 延长了气液相的接触时间和接触距离，传质效率显著提高。公开于2003年5月7日的中 国专利CN1415396A，公开于2005年10月26日的CN1686591A和开于2008年9月3日的 CN101254357A介绍了几种折流型折流圈离心精馏塔，可以多层串联，增加气液相接触时间， 操作弹性较大，压降相对较低。但是其中气液接触时流体的扰动情况不佳，传质效率相对较 低，设备稳定性不佳，同时不便于确定理论板的数目，不利于精馏塔尺寸的设计。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的折流圈离心精馏塔的上述缺点，在少量增大压降的 前提下，提供一种气液扰动明显提高，传质效率显著增大的多层异型折流圈高速离心精馏 塔。本发明通过以下技术方案实现一种多层异型折流圈高速离心精馏塔，包括由贯穿壳体的电机转轴和多层制动圆 盘组成的动设备，多层固定圆盘和外壳组成的静设备，以及分隔板和相关的气液相进出口。 气体出口和液体入口位于壳体的顶部，壳体底部有气体入口和液体出口。在壳体内部，由螺 栓连接的多层固定圆盘把壳体分为多层，层与层之间的气液混合流动主要发生在位于固定 圆盘中部的液体分布室内。每层由圆盘和分为壳程和离心分离区。在壳体中心，每一层中 带有异型折流圈的固定圆盘和制动圆盘交替串联连接在电机转轴上，其中一个固定圆盘对 应一个制动圆盘，固定圆盘在所对应的制动圆盘上面，电机转轴分别和制动圆盘、固定圆盘 固定连接；固定圆盘和所对应的制动圆盘之间相对的面上分别设置有固定圆盘异型折流圈 和制动圆盘异型折流圈，制动圆盘异型折流圈和固定圆盘异型折流圈交错排布，固定在与 分隔板密封连接的多层固定圆盘上。
电机转轴转动时，连接的多层制动圆盘随之转动，多层固定圆盘保持静止，在液体 分布室产生低压区，同时相邻的制动圆盘折流圈和固定圆盘折流圈形成之字形流通通道。 进入壳体中心液体分布室的液体由于受到离心力的影响，在不同折流圈间呈之字型向外甩 出；同时由于液体分布室存在低压区，进入之字形通道的气体沿液体流动方向逆向流动进 入中心区域。从某一层离心分离区分离出的液体在重力作用下进入下层装置，沿下层固定圆盘 的倾斜表面富集到下层分离区中心的液体分布室中，继续进行精馏操作。气体上升到上层 离心分离区外的壳层，进而进入上层离心分离区进行气液接触。圆盘上的折流圈呈异型，异型折流圈包括但不限于二维翅片低肋板，三维翅片花 瓣板，横纹槽板，斜纹槽板，缩放板和波纹板。保持相邻的制动圆盘折流圈和固定圆盘折流圈之间的间隔体积相等。为了便于中间进料，在第二层及以下的固定圆盘上还连接有液体中间进料接管。 本发明与现有技术相比具有以下有益效果1、离心精馏塔的电机转轴一次带动多层离心分离装置，每一层的折流圈又将每一 层内部沿径向分隔开，成为层内的精馏塔板，对于改善理论板数高的精馏过程效果显著。2、折流圈采用异型结构，少量增大流体阻力后会明显增加气液相的扰动，显著提 高气体和液体间的传质效率。3、折流圈的异型结构会破坏液体的成形，加速液体形成液滴，提高传质效率。4、相邻折流圈间的间隔体积相等的设计使得每个间隔对应的理论板数一致，便于 计算全塔的理论板数，利于设计。5、设备结构简单，大小便于制造加工，运行稳定，操作弹性大。6、本发明的多层异型折流圈高速离心精馏塔分离效率可提高传质效率15%以上。
图1为本发明的多层异型折流圈高速离心精馏塔结构示意2为本发明的单层异型折流圈高速离心精馏塔制动圆盘俯视结构示意3为二维翅片低肋板的示意图。图4a为三维翅片花瓣板的示意图。图4b为三维翅片花瓣板的径向横截面图。图5为横纹槽板或斜纹槽板示意图。图6为缩放板示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细描述，但本发明的实施方式不限于此。如附图1所示，本实例中多层异型折流圈高速离心精馏塔主要由包括电机转轴 (1)、壳体(10)、壳体顶部的液体进口(8)和气体出口(7)、壳体底部的和气体入口(3)和 液体出口(12)、壳体内部的固定圆盘(4)、制动圆盘(11)以及圆盘上的异型折流圈(4-1) (11-1)组成。壳体(10)内部被螺栓连接的分隔板分为多层，不同分层之间的气液流动只发 生在液体分布室(5)的气液通道。每层内圆盘和异型折流圈构成离心分离区(6)，其余区域为壳程(2)。电机转轴(1)贯穿整个壳体(10)，在不同层中，带有异型折流圈的固定圆盘 (4)和制动圆盘(11)串联连接在电机转轴(1)周围。电机转轴(1)、制动圆盘(11)、制动圆 盘异型折流圈(11-1)螺栓连接，分隔板、固定圆盘(4)，固定圆盘异型折流圈(4-1)密封连 接。在较低位置的固定圆盘上连接有液体中间进料接管(9)，利于中间进料的操作。如图2 所示为制动圆盘的俯视图，由内往外的折流圈半径差值逐渐减小，使得间隔区域体积相等。实施例精馏操作如图1所示，启动电机后，电机转轴(1)开始转动，连接的多层制动圆盘(11)随之 转动，多层固定圆盘(4)保持静止，在液体分布室(5)产生低压区，同时相邻的制动圆盘折 流圈(11-1)和固定圆盘折流圈(4-1)形成之字形流通通道。进料液从壳体顶部液体进口 (8)进入壳体的通过液体分布室(5)，由于受到高转速离心力的影响，进料液在不同折流圈 间呈之字型向外甩出，在此过程中，液体受到折流圈和其上的异型结构的碰撞形成小液滴， 整体呈高速湍流流动；由于中心区域(5)的压力较小，由外加再沸器经气体进口进入壳体 的气相同时通过之字形通道的气体沿液体流动方向逆向流动进入中心区域(5)，气体与液 体发生接触，完成传质过程，靠近异型折流圈的气体发生强烈的湍流现象，增加了气液传质 的能力。从某一层离心分离区(6)分离出的液体在重力作用下进入下层装置，沿下层固定 圆盘(4)的倾斜表面富集到下层分离区中心的液体分布室(5)中。气体上升到上层离心分 离区外的壳层(2)，进而进入上层离心分离区(6)。气液继续传质。在较低位置的固定圆盘(4)上连接有液体中间进料接管(9)，利于精馏操作时的 中间进料，也可用于调节处理量，加大操作弹性。理论板计算和设计时，相邻折流圈间间隔体积相等，使得每个间隔对应的理论板 数一致，便于计算全塔的理论板数。图3、4、5、6分别为二维翅片低肋板、三维翅片花瓣板、横纹槽板或斜纹槽板、缩放 板的示意图。这些异型板件都可作为加强气液接触和湍流的异型折流圈。
权利要求
一种多层异型折流圈高速离心精馏塔，包括壳体(10)，壳体内部的固定圆盘(4)，制动圆盘(11)，电机转轴(1)，壳体顶部的液体进口(8)和气体出口(7)，壳体底部的液体出口(12)和气体入口(3)，其特征是1)、壳体(10)内部被多层固定圆盘分为多层，层与层之间的气液混合流动主要发生在位于固定圆盘中部的液体分布室(5)内；2)、电机转轴(1)贯穿整个壳体(10)，在每一层中，带有异型折流圈的固定圆盘(4)和制动圆盘(11)交替串联连接在电机转轴(1)上，其中一个固定圆盘(4)对应一个制动圆盘(11)，固定圆盘(4)在所对应的制动圆盘(11)上面，电机转轴(1)分别和制动圆盘(11)、固定圆盘固定连接；3)、固定圆盘(4)和所对应的制动圆盘(11)之间相对的面上分别设置有固定圆盘异型折流圈(4 1)和制动圆盘异型折流圈(11 1)，制动圆盘异型折流圈(11 1)和固定圆盘异型折流圈(4 1)交错排布，使流体在其错开空间内之字形流动。
2.根据权利要求书1所述的多层异型折流圈高速离心精馏塔，其特征在于采用同一 电机转轴(10)带动不同层的制动圆盘(1)转动。
3.根据权利要求书1或2所述的多层异型折流圈高速离心精馏塔，其特征在于所有 相邻的制动圆盘异型折流圈(11-1)和固定圆盘异型折流圈(4-1)之间的间隔体积相等。
4.根据权利要求书3所述的多层异型折流圈高速离心精馏塔，其特征在于制动圆盘 (11)始终保持水平，固定圆盘(4)与制动圆盘(11)之间有一定夹角，该夹角在15° -30° 之间，制动圆盘异型折流圈(11-1)和固定圆盘异型折流圈(4-1)始终处于竖直方向。
5.根据权利要求书1或4所述的多层异型折流圈高速离心精馏塔，其特征在于所述的 制动圆盘异型折流圈(11-1)、固定圆盘异型折流圈(4-1)的至少一种为粗糙壁面异型板、 二维翅片低肋板、三维翅片花瓣板、横纹槽板、斜纹槽板、缩放板或者波纹板。
6.根据权利要求书1或4所述的多层异型折流圈高速离心精馏塔，其特征在于每层 的液体分布室(5)和固定圆盘(4)之间密封连接，电机转轴(10)和制动圆盘(11)螺栓连 接。
7.根据权利要求书1或4所述的多层异型折流圈高速离心精馏塔，其特征在于在第 二层及以下的固定圆盘上连接有液体中间进料接管(9)，便于中间进料。
全文摘要
本发明公开一种多层异型折流圈高速离心精馏塔，包括由贯穿壳体的电机转轴和多层制动圆盘组成的动设备，多层固定圆盘和外壳组成的静设备，以及分隔板和相关的气液相进出口。气体出口和液体入口位于壳体的底部，壳体顶部有气体入口和液体出口。在壳体内部，与壳体螺栓连接的分隔板把壳体分为多层，层与层之间的气液流动只在液体分布室的气液通道完成。每层由圆盘和分为壳程和离心分离区。在壳体中心，多层制动圆盘串联固定在电机转轴周围，半径不同的异型板同心折流圈固定在圆盘上。在制动圆盘上部空间，不同半径的异型板同心折流圈与上述折流圈间隔排布，固定在与分隔板密封连接的多层固定圆盘上。本发明能够有效减少精馏塔压降，加强气液传质效果，操作弹性大，相同理论板下显著降低塔高，减少设备投资。
文档编号B01D3/30GK101912692SQ20101024779
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月9日 优先权日2010年8月9日
发明者姜斌, 张吕鸿, 张志恒, 肖晓明 申请人:天津大学