一种可用于高压的超重力旋转床的制作方法

本发明总体涉及一种气液接触设备，尤其是超重力旋转床，具体地说是提供一种可用于高压条件的超重力旋转床装置，可广泛地用于化工、制药、冶金、轻工等行业的吸收、精馏、传热、化学反应及纳米材料制备等场合。

背景技术：

由于超重力旋转床具有超重力环境下高度强化的传质过程和微观混合过程特性，拥有良好的气液接触性能，即使体积较小的超重力旋转床也能达到较好的气液接触效果，因此超重力旋转床被誉为“化学工业的晶体管”。现有技术的超重力旋转床大部分都是整个转子随轴一起转动，转子穿过旋转床的壳体与电机相连，转子与壳体之间一般采用机械轴密封的方式，不能承受较大的压力，只能在较低的压力条件下工作。

在很多化学反应和化工过程中，经常需要用到高温高压条件。为了实现高压状态的混合、传递和反应过程，申请号为“201310721722.1”的发明专利“一种新结构超重力旋转床装置及其应用”中提出将电机内置于壳体，省去了传统超重力旋转床转子与静止壳体之间的密封装置。但由于电机位于旋转床体系内，其要承受旋转床体系的压力，对电机的耐压要求很高，另外要求内置于壳体内的电机内构件不会与腔体内的气体或者液体发生反应，大大地限制了该装置的应用。

采用磁力驱动装置来实现密封的问题已在高压反应釜等高压设备中有广泛的应用，该类密封方式可彻底地解决机械密封的问题。虽然磁力驱动装置在运行过程中会出现发热的问题，但使用冷凝水可以很有效地解决，特别是当设计超重力旋转床结构小型化，使用冷凝水循环系统或者流动冷凝水即可对发热的磁力驱动装置进行降温，达到磁力驱动装置长期工作的目的，这类小型化设备可广泛应用于实验室科研工作中。

技术实现要素：

本发明设计了一种可用于高压的超重力旋转床，并着重考虑该装置的结构设计，包括实现气液与固体样品的充分接触以及解决内旋转轴与外旋转盘间的旋转匹配问题。具体来说，本发明中超重力旋转床装置主要包括壳体，内旋转轴以及外旋转盘等，壳体下端中心为内槽的结构方式，内旋转轴通过旋转电机插入到壳体内槽中，内旋转轴与套在其上的内磁铁固定在一起，内旋转轴带动内磁铁旋转时通过上下轴承进行旋转支撑，防止内旋转轴在旋转过程发生摆动。内旋转轴插入壳体内槽的上端内嵌有内磁铁。外旋转盘由外磁铁、催化剂床层等组成，外旋转盘的底盘为整体结构，外旋转 盘上的外磁铁、催化剂床层等组件均会随着外旋转盘转动而转动。内磁铁和上下轴承可组成一个整体部件，外部可包上金属外壳。当电机带动内旋转轴转动时，由于内旋转轴上的内磁铁与外旋转盘上外磁铁的相互作用，在外磁铁的带动下，固体样品床层会随之转动。壳体上端面上设有气相出口和液相入口，气相入口和液相入口通过焊接的方式均从壳体上端面中心进入壳体内部。液相入口下端为均匀分布管，插入到固体样品床层与壳体内槽的中空部位，均匀分布管上有众多微小的孔道，液体通过液体进口下端均匀分布管上的孔道后会分散为微小的液滴，在旋转过程中产生的离心作用力下喷洒至固体样品表面。壳体下端面上设有气相入口和液相出口，气相入口位于壳体下侧面，液相出口位于壳体下端面，气相入口处和液相出口处均设有迷宫密封，外旋转盘底盘与气相入口上端的壳体侧面间通过迷宫密封部件进行旋转密封，外旋转盘底盘的另一侧也连接有迷宫密封部件，下部有泻液口。

图1为本发明实施例1的单层超重力旋转床装置结构示意图

图2为本发明实施例2的三层超重力旋转床装置结构示意图

图1中实施例1中的单层超重力旋转床装置主要包括壳体101，内旋转轴103以及外旋转盘116等，壳体101下端中心为内槽115的结构方式，内旋转轴103通过旋转电机102插入到壳体内槽115中，内旋转轴103与套在其上的内磁铁112固定在一起，内磁铁112上下端均装有上下轴承113，上下轴承113外侧与壳体内槽115间紧密接触，即内旋转轴103带动内磁铁112旋转时通过上下轴承113进行旋转支撑，防止内旋转轴103在旋转过程发生摆动。外旋转盘116由外磁铁114、催化剂床层109等组成，外旋转盘116的底盘为整体结构，外旋转盘116上的外磁铁114、催化剂床层109等组件均会随着外旋转盘116转动而转动。内磁铁112和上下轴承113可组成一个整体部件，外部可包上金属外壳，防止反应过程中发生腐蚀。其下端安装有水冷凝盘117，上有冷凝水的进出口管(未示出)。当电机102带动内旋转轴103转动时，由于内旋转轴103上的内磁铁112与外旋转盘116上外磁铁114的相互作用，在外磁铁112的带动下，固体样品床层109会随之转动。壳体101上端面上设有气相出口107和液相入口106，气相出口107和液相入口106通过焊接的方式均从壳体101上端面中心进入壳体101内部。液相入口106下端为均匀分布管108，插入到固体样品床层109与壳体内槽115的中空部位，均匀分布管108上有众多微小的孔道，液体通过液相入口106下端均匀分布管108上的孔道后会分散为微小的液滴，在旋转过程中产生的离心作用力下喷洒至固体样品109表面。壳体101下端面上设有气相入口104和液相出口105，气相入口104位于壳体101下侧面，液相出口105位于壳体101下端面，气相入口104处和液相出口105处均设有迷宫密封111，外旋转盘116底盘与气相入口104上端的壳体101侧面间通过迷宫密封部件111进行旋转密封，外旋转盘116底 盘的另一侧也连接有迷宫密封部件111，下部有泻液口110。该装置在精馏、吸脱附、化学反应中有广泛的应用前景。当该装置用于精馏、吸脱附、化学反应时，液体从壳体101上端面上液相入口106下端的均匀分布管108进入到固体样品床层109与壳体内槽115的中空部位，由于均匀分布管108上有众多微小的孔道，液体通过液相入口106下端均匀分布管108上的孔道后会分散为微小的液滴，在旋转过程中产生的离心作用力下喷洒至固体样品109表面。同时气体从壳体101下端面上的气相入口104进入壳体101内，由于迷宫密封111的作用，气体在上升过程中通过固体样品床层109，即会与液体在固体样品床层109上发生充分的接触，从而充分地实现气液固三相间的能量和物质交换，从而高效地完成精馏、吸脱附、化学反应等过程。

图2中实施例2中的多层超重力旋转床装置为三层超重力旋转床装置，主要包括壳体201，内旋转轴203以及多层外旋转盘216等，壳体201下端中心为内槽215的结构方式，内旋转轴203通过旋转电机202插入到壳体内槽215中，内旋转轴203与套在其上的内磁铁212固定在一起，内磁铁212上下端均装有上下轴承213，上下轴承213外侧与壳体内槽215间紧密接触，即内旋转轴203带动内磁铁212旋转时通过上下轴承213进行旋转支撑，防止内旋转轴203在旋转过程发生摆动。外旋转盘216由外磁铁214、催化剂床层209等组成，外旋转盘216的底盘为整体结构，外旋转盘216上的外磁铁214、催化剂床层209等组件均会随着外旋转盘216转动而转动。内磁铁212和上下轴承213可组成一个整体部件，外部可包上金属外壳，防止反应过程中发生腐蚀。其下端安装有水冷凝盘217，上有冷凝水的进出口管(未示出)。当电机202带动内旋转轴203转动时，由于内旋转轴203上的内磁铁212与外旋转盘216上外磁铁214的相互作用，在外磁铁212的带动下，固体样品床层209会随之转动。壳体201上端面上设有气相出口207和液相入口206，气相出口207和液相入口206通过焊接的方式均从壳体201上端面中心进入壳体201内部。液相入口206下端为均匀分布管208，插入到固体样品床层209与壳体内槽215的中空部位，均匀分布管208上有众多微小的孔道，液体通过液相入口206下端均匀分布管208上的孔道后会分散为微小的液滴，在旋转过程中产生的离心作用力下喷洒至固体样品209表面。壳体201下端面上设有气相入口204和液相出口205，气相入口204位于壳体201下侧面，液相出口205位于壳体201下端面，气相入口204处和液相出口205处均设有迷宫密封211，外旋转盘216底盘与气相入口204上端的壳体201侧面间通过迷宫密封部件211进行旋转密封，外旋转盘216底盘的另一侧也连接有迷宫密封部件211，下部有泻液口210。另外相邻两层旋转盘216之间也设有迷宫密封211，上层旋转盘216底盘与与壳体201下侧面之间通过迷宫密封部件211进行旋转密封，迷宫密封211旁边设有集液口218，经过上层旋转盘216甩出的液体会逐渐流向壳体201下侧面，通过集液口218下端的 均匀分布管208进入下层旋转盘216上的固体样品床层209与壳体内槽215的中空部位，如此层层下降，最后经过最下层外旋转盘216下部的泻液口210，通过液相出口205进行收集。同时气体从壳体201下端面上的气相入口204进入壳体201内，由于迷宫密封211的作用，气体在上升过程中依次通过多层固体样品床层209，即会与液体在固体样品床层209上发生充分的接触，该装置在精馏、吸脱附、化学反应中有广泛的应用前景。当该装置用于精馏、吸脱附、化学反应时，液体从壳体201上端面上液相入口206下端的均匀分布管208进入到最上层旋转盘216上的固体样品床层209与壳体内槽215的中空部位，由于均匀分布管208上有众多微小的孔道，液体通过液相入口206下端均匀分布管208上的孔道后会分散为微小的液滴，在旋转过程中产生的离心作用力下喷洒至固体样品209表面。经过最上层旋转盘216甩出的液体会逐渐流向壳体201下侧面，通过集液口218下端的均匀分布管208进入下一层旋转盘216上的固体样品床层209与壳体内槽215的中空部位，如此层层下降，最后经过最下层外旋转盘216下部的泻液口210，通过液相出口205进行收集。同时气体从壳体201下端面上的气相入口204进入壳体201内，由于迷宫密封211的作用，气体在上升过程中依次通过固体样品床层209，即会与液体在固体样品床层209上发生充分的接触，从而充分地实现气液固三相间的能量和物质交换，从而高效地完成精馏、吸脱附、化学反应等过程。

该装置的结构较为简单，不易损坏，操作时工艺简单，方便拆卸和修理，具有极大的实用价值和应用前景。