一种转盘填料复合塔以及传质设备的制作方法

本实用新型涉及化工设备领域，具体而言，涉及一种转盘填料复合塔以及传质设备。

背景技术：

萃取塔是一种重要的化工传质设备，在化工、石油和环境保护等领域都有着广泛的应用。转盘萃取塔具有结构简单，处理量大，投资小等优点。因此，自其问世以来，在医药、精细、石油化学工业中得到了广泛的应用。萃取塔内两相逆流流动，转盘的搅拌作用使液滴破碎并产生湍动而强化传质，但同时也使返混加剧。返混又使塔内的轴向浓度梯度减小，从而大大降低了塔内的传质推动力，使萃取效率下降，工业设备中这种效应更为显著。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种转盘填料复合塔，其能够有效降低分散相的轴向返混，避免由于分散相流速较大引起的周围连续相的返混，强化级间传质。

本实用新型的另一目的在于提供一种传质设备，通过使用该传质设备能够减少返混，提高传质效率。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种转盘填料复合塔，其包括塔体，塔体内自上而下间隔设置有多个固定环，每个固定环均与塔体连接；固定环包括填料区和筛网区，固定环靠近塔体轴心的一端为填料区，靠近塔体内壁的一端为筛网区，填料区装设有填料。

在本实用新型较佳的实施例中，相邻两个固定环之间的距离与固定环的厚度之比为1：0.8-1.2。

在本实用新型较佳的实施例中，填料区与筛网区的径向尺寸之比为0.4-1.2：1。

在本实用新型较佳的实施例中，筛网区上开设有多个孔径为6-30毫米的圆孔，开孔率为30％-60％。

在本实用新型较佳的实施例中，填料为丝网填料或规整填料，空隙率为75％以上。

在本实用新型较佳的实施例中，塔体还包括转动机构，转动机构包括转轴和多个转盘，转轴竖直设置于塔体中部，每个转盘均间隔套设于转轴上。

在本实用新型较佳的实施例中，转盘的数量与固定环的数量相等，每个转盘均与一固定环对应。

在本实用新型较佳的实施例中，转盘在竖直方向的安装高度与对应的固定环的中部在竖直方向的安装高度相同。

在本实用新型较佳的实施例中，转动机构还包括电机与变速箱，电机和变速箱均与转轴连接。

一种传质设备，其包括上述任意一项转盘填料复合塔。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型提供了一种转盘填料复合塔，其通过设置固定环，以及固定环所包括的填料区与筛网区，使其能够有效降低分散相的轴向返混，避免由于分散相流速较大引起的周围连续相的返混，强化级间传质。另一目的在于提供一种传质设备，通过使用该传质设备能够减少返混，提高传质效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的转盘填料复合塔的塔体外部结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的转盘填料复合塔的塔体内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的转盘填料复合塔的固定环与转盘相对位置的局部示意图；

图4为本实用新型实施例提供的转盘填料复合塔的固定环的结构示意俯视图。

图标：1-转盘填料复合塔；10-塔体；20-转动机构；101-上沉降段；102-精制段；103-下沉降段；201-电机；202-变速箱；203-转轴；1012-轻相出口；1013-上镇流层；1011-重相入口；1031-轻相入口；1033-下镇流层；1032-重相出口；204-转盘；1021-固定环；1022-筛网区；1023-填料区；10231-填料。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，本实用新型实施例提供了一种转盘填料复合塔1，包括塔体10，塔体10包括自上而下设置的上沉降段101、精制段102以及下沉降段103，精制段102相对的上下两端分别与上沉降段101、下沉降段103连接。

进一步地，上沉降段101与精制段102连接的一端设置有重相入口1011，重相入口1011靠近精制段102的一端的宽度小于远离精制段102的一端的宽度，从而在其内形成一供重相流体下滑的漏斗形斜坡，使重相流体顺利进入精制段102。

进一步地，上沉降段101还设置有上镇流层1013，上镇流层1013设置于重相入口1011远离精制段102的一端，用于稳定流入上沉降段101的重相流体，使重相流体稳定的流入重相入口1011内。

进一步地，上沉降段101远离精制段102的一端还设置有轻相出口1012，用于使自塔体10的下端流入的轻相流体在经过精制段102内的传质后最终从塔体10中顺利流出。

对称的，下沉降段103与精制段102连接的一端设置有轻相入口1031，轻相入口1031靠近精制段102的一端的宽度小于远离精制段102的一端的宽度，从而在其内形成一供轻相流体流入的漏斗形斜坡，聚拢轻相流体，使轻相流体顺利进入精制段102。

进一步地，下沉降段103还设置有下镇流层1033，下镇流层1033设置于轻相入口1031远离精制段102的一端，用于稳定流入下沉降段103的轻相流体，使轻相流体稳定的流入轻相入口1031内。

进一步地，下沉降段103远离精制段102的一端还设置有重相出口1032，用于使自塔体10的上端流入的重相流体在经过精制段102内的传质后最终从塔体10中顺利流出。

请进一步参照图1，塔体10还包括转动机构20，转动机构20包括电机201、变速箱202以及转轴203，转轴203竖直设置于塔体10中部，电机201与变速箱202分别与转轴203连接。通过电机201提供动力，经由变速箱202带动转轴203转动，从而搅动塔体10内的轻相流体和重相流体，加大轻相流体与重相流体之间的传质效率。

请参照图2，塔体10的精制段102内竖直方向间隔设置有多个固定环1021，每个固定环1021远离转轴203的一端均与塔体10连接，相邻的两个固定环1021之间设置有一定距离。

进一步地，转轴203位于精制段102内的部分还套设有多个转盘204，转盘204的数量与固定环1021的数量相同。每个转盘204均与一固定环1021对应。转盘204随转轴203一同转动，在精制段102中的流体内产生较高的速度梯度和剪切应力；流入精制段102内的重相流体和轻相流体在流动过程中分别产生连续相和分散相，转盘204提供的剪切应力一方面可使连续相产生强烈的漩涡，另一方面亦可使分散相破碎成液滴群，分散悬浮在连续相中，从而增大两相之间的接触面积，强化两相传质。

进一步地，每个固定环1021均包括填料区1023和筛网区1022，每个固定环1021靠近转轴203的一端为填料区1023，靠近塔体10内壁的一端为筛网区1022，填料区1023和筛网区1022设置为同心圆。由转盘204的离心力作用下向塔壁方向流动的液体能够穿过填料区1023到达塔壁，从而保证了塔体10内液体径向动量的传递。

具体的，填料区1023与筛网区1022的径向尺寸之比为0.4-1.2：1。该比例的设置兼顾了填料区1023与筛网区1022对流入其内的流体的作用空间与作用时间。

优选地，本实施例中，填料区1023与筛网区1022的径向尺寸之比为1：1。

请参照图4，填料区1023内装设有填料10231，由转盘204的剪切力作用下被击碎的分散相小液滴，由转盘204的离心力作用下向塔壁方向流动，与填料区1023内的填料10231接触从而发生聚并，形成较大的液滴，从而减少分散相小液滴的返混。同时，由转盘204转动而引起的连续相漩涡的流速和液体径向动量在经过填料区1023内的填料10231后骤减，湍流漩涡中局部速度过大处夹带分散相液滴返混的现象得到有效地抑制，减少径向返混，从而提高了整体设备的传质效率。

具体的，填料10231为丝网填料或规整填料，填充了该填料10231的填料区1023的空隙率为75％以上，较大的空隙率可以提供较多的孔隙，从而提供更好的吸附性能，使进入填料区1023内的小液滴在填料10231上快速、充分的聚并成大液滴，从而减少分散相小液滴的返混。

请进一步参照图3，液体在经过填料区1023后继续向塔壁方向运动，进入筛网区1022后，分散相液滴的流速骤减，避免了由于分散相液滴的流速过大而引起其周围的连续相返混的不利情况。同时，由于筛网区1022内各个方向的流动阻力均较小，轻重两相流体在筛网区1022内因密度差的作用发生两相分离，重相流体向下流动，轻相流体上浮，继而于相邻固定环1021之间的间隔空间处由塔壁向转轴203的方向流动，进一步强化级间传质。

具体的，筛网区1022上开设有多个圆孔(图未示)，孔径为6-30毫米，开孔率为30％-60％。圆孔的设置用于降低进入筛网区1022中的流体的流动阻力，使进入筛网区1022中的轻相流体和重相流体因密度差的作用，顺利的沿竖直方向进行两相分离，并分别顺利进入相邻固定环1021间的间隔空间内，从而强化级间传质。

具体的，相邻两个固定环1021之间的距离与固定环1021的厚度之比为1：0.8-1.2。该比例设置既能使由转盘204的离心力作用下向塔壁方向流动的小液滴与填料区1023充分地接触，又能使为由转盘204的离心力作用下经填料区1023进入筛网区1022内的流体在进行两相分离后、于相邻固定环1021之间的间隔处由塔壁向转轴203的方向流动提供合理的空间，进一步强化级间传质。

优选地，本实施例中，相邻两个固定环1021之间的距离与固定环1021的厚度之比1：1。

具体的，转盘204在竖直方向的安装高度与对应的固定环1021的中部在竖直方向的安装高度相同，使转盘204所在平面位于对应的固定环1021的中部，从而使由转盘204的离心力作用下向塔壁方向流动的液体能够少遗漏地、充分地接触对应的固定环1021的填料区1023，进而提高分散的小液滴于填料区1023内的填料10231上聚集成大液滴的效率，进一步提高传质效率。

现利用实施例中的转盘填料复合塔1进行传质实验，实验选用正丁醇-丁二酸-水体系进行实验，其中，正丁醇作为重相连续相，水作为轻相分散相，丁二酸作为溶质，实验体系物性数据见表1，转盘填料复合塔1的结构参数见表2。

表1实验体系物性参数

表2萃取塔部分结构参数

各转盘转速条件下，转盘填料复合塔1和普通转盘塔的传质效率对比如下图所示，详细数据见表3。实验结果表明，在相同操作条件下，转盘填料复合塔1的传质效率明显高于传统的普通转盘塔，传质单元数提高了30％-60％。

表3传质单元数对比

实验结果对比图

本实用新型还提供了一种传质设备，其包括上述转盘填料复合塔1。

综上所述，本实用新型提供一种转盘填料复合塔，其通过设置套设于转轴上的随转轴一同转动的多个转盘，在精制段中的流体内产生较高的速度梯度和剪切应力，使连续相产生强烈的漩涡的同时，亦使分散相破碎成液滴群，分散悬浮在连续相中，增大两项之间的接触面积，从而强化传质；通过设置与塔体内壁连接的多个固定环，使由转盘的剪切力作用下被击碎、由转盘的离心力作用下向塔壁方向流动的分散相小液滴与固定环接触；进一步地，通过设置填料区，使流向固定环的分散相小液滴在接触填料区时，在填料区内的高空隙率的填料的作用下，由小液滴聚并成较大的液滴，从而减少分散相小液滴的返混，也使由转盘转动而引起的连续相漩涡的流速和液体径向动量骤减，从而抑制湍流漩涡中局部速度过大处夹带分散相液滴返混的现象，减少径向返混；通过设置具有高开孔率的筛网区，为进入其中的流体提供较小的流动阻力，使轻重两相流体在筛网区内因密度差的作用发生两相分离，同时通过相邻固定环之间设置的间隔，使分离的轻重相流体于间隔空间内有塔壁向转轴方向流动，进一步强化级间传质。

本实用新型还提供了一种传质设备，其包括上述转盘填料复合塔，通过使用该传质设备能够减少返混，提高传质效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。