专利名称：气－液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，具体地说是涉及一种应用于气-液两相流或气-液-固三相流中的磁传动旋转气体分布装置。
背景技术：
气-液两相流或气-液-固三相流广泛应用于化学工业中，在各种化工单元操作中具有非常重要的地位，例如在气-液和气-液-固反应器的设计和操作中，气体分布装置的效果直接影响着反应器的流体力学特性，如气泡的大小、气含率的多少和分布及液相和气相的混合程度等等，进而影响反应收率和选择性。在生物化工领域，特别是食品和生物发酵工业，气-液两相流或气-液-固三相流也经常遇到。在分离科学与工程领域，气-液两相流或气-液-固三相流也显得尤为重要，例如在水处理、浮选和溶剂气浮等技术中，需要利用微气泡来完成分离和纯化任务。气-液两相流或气-液-固三相流的流体力学特性是决定技术优化的决定因素之一，也常常决定着其工业应用，所以微气泡的产生与分布装置一直是一个重要的研究课题，迄今为止，气-液两相流和气-液-固三相流微气泡的产生装置大体上有以下几类1)利用喷嘴或多孔材料产生微气泡装置。
2)搅拌法产生微气泡装置。
3)溶气-析出产生微气泡装置。
4)电解法产生微气泡装置等。
这些产生微气泡的方法较和装置为常见，也比较成熟，但存在以下几方面的缺点1)利用喷嘴或多孔材料产生的微气泡一般大于50微米，受到设备的限制，布气装置较为单一，改善设备内的流体力学特性较困难。
2)搅拌装置产生的微气泡一般大于50微米，能耗大，适应面较窄，在化工分离领域中应用较少。
3)溶气-析出和电解法装置产生微气泡皆小于50微米，但设备复杂，投资大，能耗也大一些。
所以对气-液两相流和气-液-固三相流中微气泡的产生和分布装置的研究和改进就很有应用前景，这对改善设备的流体力学特性、节约能耗和促进其工业化等方面具有重大的意义，特别是现在常用的利用喷嘴或多孔材料产生微气泡装置。
发明内容
本发明的目的在于开发新型的气-液两相流或气-液-固三相流气体分布装置，以改善其流体力学特性，例如气泡的产生方式和液相的返混，并且简化设备，使其易于加工、安装和检修等，更加方便和有效地应用多孔材料来产生微气泡。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的本发明提供一种气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，包括塔体11和5，气体分布器4、10、12、20、21和23，磁传动装置6、7、8和9，分布器支撑盘1，其特征在于，旋转型气体分布器通过分布器支撑盘1直接在塔底进行旋转布气；气体分布器的分布板(附图1)10为多孔烧结板或安装在平板上的垂直型多孔圆筒(附图2)25，并在其侧面的支撑壁上安装有两块固定永磁铁9；气体导入管孔2在气体分布器的支撑盘1中，依靠支撑盘1中的环状布气腔室24和空心转轴12上的进气圆孔23进行布气；气体分布器依靠磁传动装置6、7、8和9产生的旋转永磁场传动而转动，实现旋转布气的目的。
本发明的优益之处在于1)本发明提供的一种应用于气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，磁传动的旋转气体分布器直接在塔底进行旋转布气。静止式的多孔材料气体分布器，气体依靠本身的压力在液相中形成微小的气泡群，而旋转气体分布装置在布气时，由于气体分布器的旋转运动，使气泡在离开分布板时受到另外一附加在水平方向上的剪切力，使气泡更容易离开分布板，改变了离开分布板的气泡群的运动途径和速度，相对于同等面积的静止式的分布板，离开分布板的气泡群分布范围更广泛，同时减少了气泡的大小，改善塔内的流体力学特性，可利用较小的气体分布板对大直径搭进行布气，易于工业放大。
2)本发明提供的一种应用于气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，由于分布板的旋转依靠旋转的磁场来驱动，可避免直接机械传动应用于大的分布板时传动设备复杂、转轴力矩小且转动不易稳定等缺点，同时可较容易地实现分布板的清洗和板下空间的排污，简化了装置，易于加工制造和检修。
3)本发明提供的一种应用于气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，气体导入管孔在气体分布器的支撑盘中，依靠支撑盘中的环状布气腔室和空心轴上的进气圆孔进行布气，与磁驱动装置的设计一起减少了技术难度较大的需密封的转动接触面，减少进气装置对分布器旋转的影响，而且使设备紧凑，易于检修。
图1为本发明气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置(平板式)结构示意图；其中1、分布器支撑盘2、气体导入管孔 3、紧固发兰4、分布板支架 5、旋转支架 6、电机7、旋转圆盘8、驱动永磁铁 9、被驱动永磁铁10、多孔烧结板 11、塔体12、转动轴13、排污管阀门 14、紧固镙孔15、排污管16、密封支撑圈 17、密封填料18、填料压圈19、密封压圈 20、分布板支承框架 21、分布板上压板22、分布板清洗排污阀 23、空心转轴中气体导入孔24、环状布气腔室图2为本发明气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置(圆筒式)结构示意图；其中1、分布器支撑盘 2、气体导入管孔3、紧固发兰4、分布板支架 5、旋转支架6、电机7、旋转圆盘 8、驱动永磁铁 9、被驱动永磁铁10、多孔圆筒支撑板 11、塔体 12、转动轴13、排污管阀门 14、紧固镙孔 15、排污管16、密封支撑圈 17、密封填料 18、填料压圈19、密封压圈20、分布板支承框架 21、分布板上压板22、分布板清洗排污阀23、空心轴中气体导入孔 24、环状布气腔室25、多孔圆筒
具体实施例方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述1、实施例1～2为制作气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置如图1所示，本发明提供一种应用于气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，其为一包括塔体11和5，气体分布器4、10、12、20、21和23，磁传动装置6、7、8和9，分布器支撑盘1，其特征在于，旋转型气体分布器通过分布器支撑盘1直接在塔底进行旋转布气；气体分布器的分布板(附图1)10为多孔烧结板或安装在平板上的垂直型多孔圆筒(附图2)25，并在其侧面的支撑壁上安装有两块固定永磁铁9；气体导入管孔2在气体分布器的支撑盘1中，依靠支撑盘1中的环状布气腔室24和空心轴12上的进气圆孔23进行布气；气体分布器依靠磁传动装置6、7、8和9产生的旋转永磁场驱动而转动，实现旋转布气的目的，分布器支撑盘1和转动空心轴12上分别安装有清洗排污阀。
实施例1、按附图1，用不锈钢制作分布板支架4和旋转空心轴12，并在分布板支架4上焊接分布板支承框架20，在支承框架20上通过分布板上压板21密封固定一平均孔径为10微米、直径为80mm的多孔烧结钛板10作为气体分布板，在分布板支架4的侧壁上对称地安装两块永磁铁9，在旋转空心轴12上开两个气体导入孔23，制作分布器支撑盘1，在支撑盘1上开出气体导入管孔2、带外镙纹密封支撑圈16和排污管孔，分布板支架4和转动轴12通过密封填料17、填料压圈18和带内镙纹密封压圈19与分布器托盘1密封联接，用内径为10cm高为1m的塔11作为塔器主体，塔器主体通过法兰15与分布器支撑盘1密封联接，在塔与气体分布器侧壁上永磁铁9相适应的高度上安装磁传动装置6、7、8和9，两块驱动永磁铁8与被驱动永磁铁9的对应面极性相反，安装排污管阀15和13，安装分布板清洗排污阀22。
实施例2、按附图2，用不锈钢制作分布板支架4和旋转空心轴12，并在分布板支架4上焊接分布板支承框架20，在支承框架20上通过分布板上压板21密封固定一支撑多孔圆筒的支撑板10，支撑板10上对称地安装四个平均孔径约为20微米、高为40mm的多孔圆筒25作为气体分布头，在分布板支架4的侧壁上对称地安装两块永磁铁9，在旋转空心轴12上开两个气体导入孔23，制作分布器支撑盘1，在支撑盘1上开出气体导入管孔2、带外镙纹密封支撑圈16和排污管孔，分布板支架4和转动轴12通过密封填料17、填料压圈18和带内镙纹密封压圈19与分布器托盘1密封联接，用内径为10cm高为1m的塔11作为塔器主体，塔器主体通过法兰15与分布器支撑盘1密封联接，在塔与气体分布器侧壁上永磁铁9相适应的高度上安装磁传动装置6、7、8和9，两块驱动永磁铁8与被驱动永磁铁9的对应面极性相反，安装排污管阀15和13，安装分布板清洗排污阀22。
2、实施例3～6为使用磁传动旋转气体分布装置进行气-液两相流液相返混情况的实验实施例3、用于安静鼓泡区气-液两相流的传统静止的多孔板气体分布方式用实施例1所制作的气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，在塔器(11)内加入自来水，高度为950mm，压缩钢瓶中的氮气经进气孔管(2)、布气腔室(24)和空心轴上的气体导入孔(23)穿过气体分布板(10)进入塔器，气体体积流量为220ml/min，水相与气相逆流操作，体积流量为570ml/min，不开动电机(6)以保证气体分布板(10)静止不动，两相流动达稳态时，以饱和硝酸钾溶液为示踪剂，用在线自动电导法液相返混测量设备测量水相返混性能，数据采集、传输等皆由计算机完成，测量与计算结果为毕克列准数(Peclet准数)2.89。
实施例4、用于安静鼓泡区气-液两相流的磁传动旋转气体分布方式用实施例1所制作的气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，在塔器(11)内加入自来水，高度为950mm，压缩钢瓶中的氮气经进气孔管(2)、布气腔室(24)和空心轴上的气体导入孔(23)穿过气体分布板(10)进入塔器，气体体积流量为220ml/min，水相与气相逆流操作，体积流量为570ml/min，开动电机(6)以保证气体分布板(10)转动，转速为40转/min，分布器转动稳定，等两相流动达稳态时，以饱和硝酸钾溶液为示踪剂，用在线自动电导法液相返混测量设备测量水相返混性能，数据采集、传输等皆由计算机完成，测量与计算结果为毕克列准数(Peclet准数)3.35。
由实施例3和4的测量结果可以看出，在一般气-液两相流中，应用本发明时气-液两相流的液相毕克列准数(Peclet准数)大于不旋转气体分布方式，说明液相的返混减小，塔内的流体力学特性得以改善。
实施例5、用于溶剂气浮中的传统静止多孔板气体分布方式用实施例1所制作的气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，在塔器(11)内加入自来水，高度为900mm，并在水相上小心地加入100ml异辛醇，作为溶剂气浮的吸收溶剂，其在水相中的少量溶解可明显减少气泡的大小，压缩钢瓶中的氮气经进气孔管(2)、布气腔室(24)和空心轴上的气体导入孔(23)穿过气体分布板(10)进入塔器，气体体积流量为300ml/min，水相与气相逆流操作，体积流量为540ml/min，不开动电机(6)以保证气体分布板(10)静止不动，两相流动达稳态时，以饱和硝酸钾溶液为示踪剂，用在线自动电导法液相返混测量设备测量水相返混性能，数据采集、传输等皆由计算机完成，测量与计算结果为毕克列准数(Peclet准数)4.88。
实施例6、用于溶剂气浮中的磁传动旋转气体分布方式用实施例1所制作的气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，在塔器(11)内加入自来水，高度为900mm，并在水相上小心地加入100ml异辛醇，作为溶剂气浮的吸收溶剂，其在水相中的少量溶解可明显减少气泡的大小，压缩钢瓶中的氮气经进气孔管(2)、布气腔室(24)和空心轴上的气体导入孔(23)穿过气体分布板(10)进入塔器，气体体积流量为300ml/min，水相与气相逆流操作，体积流量为540ml/min，开动电机(6)以保证气体分布板(10)转动，转速43转/min，分布器转动稳定，等两相流动达稳态时，以饱和硝酸钾溶液为示踪剂，用在线自动电导法液相返混测量设备测量水相返混性能，数据采集、传输等皆由计算机完成，测量与计算结果为毕克列准数(Peclet准数)5.41。
由实施例5和6的测量结果可以看出，在溶剂气浮中，应用本发明时气-液两相流的液相毕克列准数(Peclet准数)大于不旋转气体分布方式，说明液相的返混减小，塔内的流体力学特性得以改善。
实验完成后可利用分布板清洗和排污阀22方便地对分布器进行清洗，塔内残留的水可通过排污管阀15和13排除干净，并可对塔进行清洗。
权利要求
1.一种气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，其特征在于，带有传动永磁铁(9)的旋转型气体分布器(4)、(10)、(12)、(20)、(21)、(22)和(23)直接在塔器(11)底进行旋转布气，气体导入管孔(2)设置在气体分布器的支撑盘(1)中，并依靠环状布气腔室(24)和旋转空心轴(12)上的进气圆孔(23)进行布气，气体分布器依靠磁传动装置(6)、(7)、(8)和(9)产生的旋转永磁场驱动而转动，实现旋转布气的目的，旋转空心轴(12)的底端直接设置清洗排污阀(22)。
2.如权利要求1所述的一种气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，其特征在于，旋转型气体分布器的支架两侧外对称地安装有两块永磁铁(9)，永磁铁(9)依靠塔体外部装有永磁铁(8)的转盘(7)转动而驱动永磁铁(9)和气体分布器转动，气体分布器支撑盘(1)上设置一清洗排污管阀(15)和(13)。
3.如权利要求1所述的一种气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，其特征在于，旋转型气体分布器的支撑盘(1)中开有一气体导入管孔(2)，气体导入管孔(2)与旋转空心轴接触端设置一环状布气腔室(24)，旋转空心轴(12)上的进气圆孔(23)与布气腔室(24)连通，气体导入管孔(2)的另一端伸出支撑盘(1)以连接供气装置。
4.如权利要求1所述的一种气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，其特征在于，在塔体(11)外侧并与分布器的支架两侧外对称的两块永磁铁(9)相对应地安装有极性相反的两块驱动永磁铁(8)，驱动永磁铁(8)安装在滑动的旋转圆盘(7)上，旋转圆盘(7)依靠电机(6)驱动而在旋转支架(5)上转动，转速可以通过电机(6)进行调节。
5.如权利要求1所述的一种气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，其特征在于，旋转型气体分布器上的分布器包括多孔烧结的平板(附图1(10))。
6.如权利要求1所述的一种气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，其特征在于，旋转型气体分布器上的分布器还可以是安装在平板(附图2(10))上的多孔圆筒(25)。
全文摘要
本发明涉及的一种气－液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置，包括一附带有磁传动装置的塔器，旋转型气体分布器直接在塔底旋转布气，气体分布器依靠磁传动装置产生的旋转永磁场驱动而转动，实现旋转布气的目的，气体导入管孔设置在气体分布器的支撑盘中，依靠支撑盘中的环状布气腔室和转动空心轴上的进气圆孔进行布气，在转动空心轴的底端安装清洗排污阀。本发明利用磁场传动使气泡在脱离分布板时受到附加水平剪切力作用，减少气泡大小、分布和液相的返混，永磁场传动可避免直接机械传动应用于大分布板时设备复杂、转轴力矩小和不易稳定等缺点，支撑盘中布气设计与磁场传动的结合，减少了需密封的转动接触面，有利于分布板的清洗和排污，装置设备紧凑，易于检修，可以方便和有效地应用多孔材料来产生微气泡。
文档编号B01J10/00GK1795973SQ200410102668
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月29日 优先权日2004年12月29日
发明者孙兴华, 常志东, 安振涛, 申淑锋, 胡欣, 刘吉, 刘会洲 申请人:中国科学院过程工程研究所