一種旋流器狀的傳質(zhì)元件及靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旋流器狀的傳質(zhì)元件，同時(shí)公開了應(yīng)用所述傳質(zhì)元件構(gòu)成的可用于多級(jí)逆流操作的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今大部分用于傳質(zhì)分離過程(吸收，精餾，萃取等)的設(shè)備，其兩相間的傳質(zhì)和分離過程均是在重力場下完成的，劇烈的混合有助于傳質(zhì)，但將大大增加了兩相分離的難度；由于重力場制約了兩相分離的速率，所以此類傳質(zhì)分離設(shè)備不能進(jìn)行更深程度的混合，從而導(dǎo)致了體積龐大，級(jí)效率低。
[0003]旋流器是一種常見的分離分級(jí)設(shè)備，常用離心沉降原理。當(dāng)待分離的兩相混合液以一定壓力從旋流器周邊切向進(jìn)入旋流器內(nèi)后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的三維橢圓型強(qiáng)旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)。由于粗顆粒與細(xì)顆粒之間存在粒度差，其受到離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同，受離心沉降作用，大部分粗顆粒經(jīng)旋流器底流口排出，而大部分細(xì)顆粒由溢流管排出，從而達(dá)到分離分級(jí)目的。如上所述，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的旋流器主要用于對(duì)兩相混合液進(jìn)行單一的分離過程，而不是將不同的兩相通過不同的入口進(jìn)入腔體，從而實(shí)現(xiàn)混合和分離一體化的傳質(zhì)過程。
[0004]為了既能充分的混合又能有效地分離，讓上述兩個(gè)過程在同一個(gè)離心力場(超重力場)下完成，通過對(duì)傳統(tǒng)旋流器的改造，形成一種新型的靜態(tài)超重力傳質(zhì)元件。由于靜態(tài)的超重力場具有高剪切、高湍流的特性，且離心加速度遠(yuǎn)大于重力加速度，所以既大大加強(qiáng)了兩相混合的烈度，又能有效地完成兩相的分離，從而極大地提高了傳質(zhì)效率。事實(shí)上如今已經(jīng)存在許多離心傳質(zhì)設(shè)備，但其離心力場的形成均是靠設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)，即均為動(dòng)態(tài)的超重力傳質(zhì)分離設(shè)備。此類設(shè)備操作費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用極高，且處理量不大，僅適用于高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)和其它一些特殊場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種旋流器狀的傳質(zhì)元件，所述的傳質(zhì)元件能同時(shí)完成混合及分離過程，傳質(zhì)效率高，對(duì)于重相為溶劑的場合，可降低溶劑比，大大減少溶劑回收費(fèi)用。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種旋流器狀的傳質(zhì)元件，包括腔體和尾管，所述的腔體上部沿切線方向設(shè)有輕相給料管，所述的腔體上部周向出口為輕相溢流管，在輕相溢流管中心設(shè)有重相給料管，重相給料管沿輕相溢流管中心插入腔體；腔體下端中心位置為尾管，重相和輕相分別由重相給料管和輕相給料管進(jìn)行給料，重相和輕相在腔體內(nèi)充分混合后分離，輕相沿輕相溢流管排出，重相由尾管排出，通過形成無轉(zhuǎn)動(dòng)部件的靜態(tài)的超重力場，讓密度不同的兩相物料在傳質(zhì)元件中同時(shí)完成兩相的均勻混合和分離的過程，既能通過湍流使不同相充分的混合傳質(zhì)，又能利用離心力場有效地完成相分離。
[0008]作為本發(fā)明所述的傳質(zhì)元件的一種優(yōu)選方案，所述的輕相給料管為多個(gè)，優(yōu)選的輕相給料管為2個(gè)，對(duì)稱設(shè)置在第一腔體切線方向。
[0009]同時(shí)本發(fā)明公開了一種包含上述傳質(zhì)元件的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備，包括多個(gè)串聯(lián)的傳質(zhì)元件，第N+1級(jí)傳質(zhì)元件的尾管為第N級(jí)傳質(zhì)元件的重相給料管，以此類推連接，通過多個(gè)傳質(zhì)元件合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成靜態(tài)離心力場實(shí)現(xiàn)密度不同的兩相的多極逆流操作。
[0010]作為本發(fā)明所述的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備的一種優(yōu)選方案，還包多級(jí)殼體，殼體的級(jí)數(shù)與傳質(zhì)元件級(jí)數(shù)相同，傳質(zhì)元件設(shè)置于殼體內(nèi)，相鄰級(jí)的殼體間通過輕相溢流管連通，最上一級(jí)殼體上設(shè)有重相入口及輕相出口，最下一級(jí)殼體上設(shè)有輕相入口和重相出口，重相物料和輕相物料分別沿重相入口和輕相入口進(jìn)行該分離設(shè)備，兩相在各級(jí)傳質(zhì)元件進(jìn)行混合及分離，最后分別經(jīng)重相出口和輕相出口排出。
[0011]作為本發(fā)明所述的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備的一種優(yōu)選方案，所述的每級(jí)殼體內(nèi)設(shè)有多個(gè)傳質(zhì)元件。
[0012]有益效果:
[0013]本發(fā)明所述的旋流器狀的傳質(zhì)元件讓密度不同的兩相物料在傳質(zhì)元件中同時(shí)完成兩相的均勻混合和分離的過程；將多個(gè)傳質(zhì)元件串聯(lián)形成靜態(tài)離心力場的多級(jí)逆流操作，這與動(dòng)態(tài)的離心機(jī)相比，大大降低了制造、操作和維護(hù)費(fèi)用，提高了處理能力，能滿足大型工業(yè)化生產(chǎn)的需要；與大型工業(yè)化生產(chǎn)中常用的重力場傳質(zhì)設(shè)備(塔、槽、柱等)相比，以對(duì)某種物料體系的萃取研宄為例，單級(jí)傳質(zhì)效率為90 %左右，接近于離心機(jī)，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)重力場設(shè)備的20% -40% ;兩相夾帶水平為4% -11% (受操作條件影響較大)，低于離心機(jī)，但優(yōu)于絕大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的要求。
【附圖說明】
[0014]圖1是所述的旋流器狀的傳質(zhì)元件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為一種所述的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為另一種所述的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]1、傳質(zhì)元件11、第一腔體12、第二腔體13、輕相給料管14、輕相溢流管15、重相給料管16、尾管2、殼體21、重相入口 22、重相出口 23、輕相入口 24、輕相出口
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]如圖1所示，一種旋流器狀的傳質(zhì)元件1，包括腔體，腔體包括連接在一起的圓柱狀第一腔體11和圓錐狀第二腔體12，根據(jù)需要第二腔體也可以為雙錐形或者其他現(xiàn)有的旋流器結(jié)構(gòu)。第一腔體11沿切線方向設(shè)有2個(gè)輕相給料管13，第一腔體上部中心周向設(shè)有輕相溢流管14，在輕相溢流管14中心設(shè)有重相給料管15，重相給料管15沿輕相溢流管14插入第一腔體或延伸至第二腔體；第二腔體下端中心位置為尾管16。
[0021]如圖2所示為一種靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備，包括多個(gè)串聯(lián)的傳質(zhì)元件1，第N+1級(jí)傳質(zhì)元件的尾管為第N級(jí)傳質(zhì)元件的重相給料管，以此類推連接。在多級(jí)傳質(zhì)元件外為多級(jí)殼體2，殼體的級(jí)數(shù)與傳質(zhì)元件級(jí)數(shù)相同，旋流器狀的傳質(zhì)元件設(shè)置于殼體內(nèi)，相鄰級(jí)的殼體間通過輕相溢流管連通，最上一級(jí)殼體上設(shè)有重相入口 21及輕相出口 24，最下一級(jí)殼體上設(shè)有輕相入口 23和重相出口 22，重相物料和輕相物料分別沿重相入口和輕相入口進(jìn)行該分離設(shè)備，兩相在各級(jí)傳質(zhì)元件進(jìn)行混合及分離，最后分別經(jīng)重相出口和輕相出口排出。
[0022]圖3為另一種結(jié)構(gòu)的旋流器狀的傳質(zhì)元件的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備，主體結(jié)構(gòu)與圖2中結(jié)構(gòu)相同，只是每級(jí)殼體內(nèi)設(shè)有多個(gè)旋流器狀的傳質(zhì)元件，進(jìn)一步提高分離設(shè)備的處理量。
[0023]在每一級(jí)的傳質(zhì)元件中，輕相物料經(jīng)輕相給料管沿切線方向進(jìn)入第一腔體，從而在腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力場，輕相物料跟隨著外旋流先自上而下運(yùn)動(dòng)，在一定的位置(由于外旋流重相對(duì)空間的擠占)，進(jìn)入內(nèi)旋流自下向上運(yùn)動(dòng)，然后經(jīng)輕相溢流口排出；重相物料經(jīng)重相給料管管壁上的多個(gè)小孔或線型切口進(jìn)入流場，在內(nèi)旋流的作用下向上運(yùn)動(dòng)(軸向)，在離心沉降的作用下向外運(yùn)動(dòng)(徑向)，當(dāng)向外運(yùn)動(dòng)到某一特定位置(零軸速包絡(luò)面)，重相物料將進(jìn)入外旋流從而向下運(yùn)動(dòng)，最后作為底流經(jīng)尾管排出。
[0024]雖然說明書中對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但這些實(shí)施方式只是作為提示，不應(yīng)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種省略、置換和變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋流器狀的傳質(zhì)元件，包括腔體和尾管，其特征在于:所述的腔體上部沿切線方向設(shè)有輕相給料管，所述的腔體上部周向出口為輕相溢流管，在輕相溢流管中心設(shè)有重相給料管，重相給料管沿輕相溢流管中心插入腔體；腔體下端中心位置為尾管，重相物料沿重相給料管給料，沿尾管排出；輕相物料沿輕相給料管給料，沿輕相溢出管排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流器狀的傳質(zhì)元件，其特征在于:所述的輕相給料管為多個(gè)。
3.一種包含權(quán)利要求1或2所述的傳質(zhì)元件的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備，其特征在于:包括多個(gè)串聯(lián)的傳質(zhì)元件，第N+1級(jí)傳質(zhì)元件的尾管為第N級(jí)傳質(zhì)元件的重相給料管，以此類推連接，實(shí)現(xiàn)密度不同的兩相的多極逆流操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備，其特征在于:包括多級(jí)殼體，殼體的級(jí)數(shù)與傳質(zhì)元件級(jí)數(shù)相同，傳質(zhì)元件設(shè)置于殼體內(nèi)，相鄰級(jí)的殼體間通過輕相溢流管連通，最上一級(jí)殼體上設(shè)有重相入口及輕相出口，最下一級(jí)殼體上設(shè)有輕相入口和重相出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備，其特征在于:每級(jí)殼體內(nèi)設(shè)有多個(gè)傳質(zhì)元件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種旋流器狀的傳質(zhì)元件，包括腔體和尾管，所述的腔體上部沿切線方向設(shè)有輕相給料管，所述的腔體上部周向出口為輕相溢流管，在輕相溢流管中心設(shè)有重相給料管，重相給料管沿輕相溢流管中心插入腔體；腔體下端中心位置為尾管，通過形成無轉(zhuǎn)動(dòng)部件的靜態(tài)的超重力場，讓密度不同的兩相物料在傳質(zhì)元件中同時(shí)完成兩相的均勻混合和分離的過程。同時(shí)公開了包含上述傳質(zhì)元件的靜態(tài)超重力傳質(zhì)分離設(shè)備，包括多個(gè)串聯(lián)的傳質(zhì)元件，第N+1級(jí)傳質(zhì)元件的尾管為第N級(jí)傳質(zhì)元件的重相給料管，以此類推連接，通過多個(gè)傳質(zhì)元件合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成靜態(tài)離心力場實(shí)現(xiàn)密度不同的兩相的多極逆流操作。
【IPC分類】B04C5-12, B04C5-02, B04C5-26, B04C5-24
【公開號(hào)】CN104525394
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410809015
【發(fā)明人】李中, 袁惠新
【申請(qǐng)人】李中, 袁惠新
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日