專利名稱：旋轉(zhuǎn)床超重力多相反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)裝置，特別是一種旋轉(zhuǎn)床超重力反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
80年代初，美國(guó)的Ramshaw等人利用離心力場(chǎng)對(duì)傳質(zhì)過程進(jìn)行強(qiáng)化，發(fā)明了一種名為“HIGEE”的轉(zhuǎn)鼓裝置(U.S.Pat.428355)。該裝置的轉(zhuǎn)子為一藍(lán)框型，框內(nèi)裝填填料，氣液兩相在旋轉(zhuǎn)著的轉(zhuǎn)子中進(jìn)行兩相之間的傳質(zhì)過程，填充的填料提供傳質(zhì)表面和通道。該類裝置又稱為旋轉(zhuǎn)填充床(RotatingPackedBeds，RPB)。旋轉(zhuǎn)填充床RPB主要用于強(qiáng)化傳質(zhì)過程，起初用在精餾操作上，隨后用于強(qiáng)化吸收、解析等典型的傳質(zhì)過程的操作上。德國(guó)人BrauerHeiz在1985年(GemanyPatentDE3336840A1)專利中提出了具有螺旋通道的轉(zhuǎn)鼓裝置，但通道壁上開有許多小孔，他們認(rèn)為可以更好的強(qiáng)化傳質(zhì)過程。
旋轉(zhuǎn)填充床RPB可以極大的強(qiáng)化傳質(zhì)過程，研究表明該類超重力場(chǎng)裝置的傳質(zhì)系數(shù)是傳統(tǒng)傳質(zhì)設(shè)備例如填料塔、板式塔的數(shù)十倍甚至2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。還有停留時(shí)間短、生產(chǎn)強(qiáng)度大等等優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)主要是湘潭大學(xué)(1.周繼承，伍極光，陳昭瓊，湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，1994，16(增刊)，47-52，“離心力場(chǎng)強(qiáng)化傳質(zhì)過程的研究”；2.周繼承，伍極光，中南六省區(qū)第四屆化學(xué)工程學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，P23-36，1992年11月，廣州，“離心力場(chǎng)傳質(zhì)過程的研究”；3.陳昭瓊，熊雙喜，伍極光，化工學(xué)報(bào)，1995，46(3)，388-392，“螺旋型旋轉(zhuǎn)吸收器”；4.陳昭瓊，童志權(quán)，化工學(xué)報(bào)，1996，47(6)，758-762，“螺旋型旋轉(zhuǎn)吸收器ii煙氣脫硫傳質(zhì)系數(shù)”；5.陳昭瓊，熊雙喜，童志權(quán)，環(huán)境工程，1996，14(2)，21-23，“螺旋型旋轉(zhuǎn)吸收器煙氣脫硫”)和北京化工大學(xué)鄭沖等人(CN912292040；921000936等)進(jìn)行了較多的研究。旋轉(zhuǎn)填充床超重力技術(shù)的應(yīng)用可以解決許多在常重力場(chǎng)下難以解決的問題。
但旋轉(zhuǎn)填充床RPB在較高的旋轉(zhuǎn)速度下，填料不僅不會(huì)增大傳質(zhì)面積，反而會(huì)起阻礙作用。因?yàn)樵诟咿D(zhuǎn)速下，氣液兩相可能呈乳化狀態(tài)，傳質(zhì)機(jī)理發(fā)生了變化，傳質(zhì)過程不再依賴填料。此外旋轉(zhuǎn)填充床RPB易堵塞。而BrauerHeiz的裝置通道壁上開有許多小孔，雖然可以不斷的更新傳質(zhì)表面，但是造成了返混。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種不用裝填填料、不易堵塞、可用于氣-液、液-液、氣-液-固等多相反應(yīng)過程的、利用離心力場(chǎng)強(qiáng)化傳遞與反應(yīng)而可直接合成反應(yīng)產(chǎn)品的螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床超重力多相反應(yīng)器。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子5套裝在密閉的機(jī)殼4內(nèi)，轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)軸成動(dòng)配合密封穿出機(jī)殼4與動(dòng)力裝置相接，轉(zhuǎn)子5的中央進(jìn)料腔外設(shè)有1至100條內(nèi)端與轉(zhuǎn)子進(jìn)料腔相通且外端與機(jī)殼4的內(nèi)腔相通的密閉螺旋線形通道，機(jī)殼4周壁設(shè)有1個(gè)以上與轉(zhuǎn)子5的螺旋線形通道的進(jìn)氣口3，機(jī)殼4上部設(shè)有排氣口，下部設(shè)有排料口，進(jìn)料管8密封穿入機(jī)殼4至轉(zhuǎn)子5的中央進(jìn)料腔，進(jìn)料管8在轉(zhuǎn)子5的進(jìn)料腔內(nèi)的端部設(shè)有進(jìn)料分布器15。
本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式是所述螺旋線形通道采用阿基米德螺旋線形的通道，轉(zhuǎn)子5的中央進(jìn)料腔外設(shè)有3至10條內(nèi)端與轉(zhuǎn)子進(jìn)料腔相通且外端與機(jī)殼4的內(nèi)腔相通的密閉螺旋線形通道。機(jī)殼4周壁設(shè)有2-4個(gè)以上進(jìn)氣口3，機(jī)殼4上部設(shè)有排氣口，下部設(shè)有2個(gè)排料口，進(jìn)料管8與輸料管相接空心管道。
本實(shí)用新型的另一實(shí)施方式是進(jìn)料管8采用內(nèi)外分隔的雙層管，進(jìn)料管8的內(nèi)管和內(nèi)管外腔上端分別與不同的進(jìn)料管相接，進(jìn)料管8在轉(zhuǎn)子5的進(jìn)料腔內(nèi)的端部設(shè)有內(nèi)管進(jìn)料分布器15和內(nèi)管外腔進(jìn)料分布器15。
由此可知，本實(shí)用新型是采用了一種叫螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床RBHC(ROtating Bed with Helix Channels)的裝置，它可以使多相物系在超重力場(chǎng)下進(jìn)行反應(yīng)，直接合成出反應(yīng)產(chǎn)品。如可用于氣-液、液-液、氣-液-固等多相反應(yīng)過程和反應(yīng)沉淀方法制取納米材料的傳質(zhì)反應(yīng)過程。例如氣-液傳質(zhì)反應(yīng)過程，石灰水吸收二氧化碳的氣-液-固反應(yīng)過程等。由于采用螺旋線形通道，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子不用裝填填料，該裝置的轉(zhuǎn)鼓不裝填料，轉(zhuǎn)鼓具有氣液接觸通道，與RPB相比不易堵塞；通道形狀為螺旋線形，螺旋線為阿基米德螺旋線；氣液兩相接觸路徑較長(zhǎng)，傳質(zhì)單元數(shù)多。通道壁上不開孔，因而不會(huì)造成返混；可用于氣液傳質(zhì)-反應(yīng)過程，特別適用于有超細(xì)顆粒生成的物系，例如反應(yīng)制取納米顆粒。采用內(nèi)外套管進(jìn)料可以使兩種液體參與反應(yīng)，從而使液-液和氣-液-液兩類物系可以在超重力場(chǎng)下進(jìn)行反應(yīng)。本實(shí)用新型已用于石灰水懸浮液吸收二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行碳化反應(yīng)，制取出了納米碳酸鈣產(chǎn)品，粒徑在10-100nm(傳統(tǒng)技術(shù)一般難以制備小于0.5um粒徑的顆粒)；另外與旋轉(zhuǎn)填充床RPB比較具有不易堵塞的顯著優(yōu)點(diǎn)。石灰水懸浮液吸收煙氣中二氧化硫氣體，該反應(yīng)吸收率最高可達(dá)99.5％。
在螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床RBHC裝置上進(jìn)行強(qiáng)化傳質(zhì)，可以極大的強(qiáng)化傳質(zhì)過程，傳質(zhì)系數(shù)是傳統(tǒng)傳質(zhì)設(shè)備的幾十倍甚至2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，而且隨著旋轉(zhuǎn)速度增加，傳質(zhì)系數(shù)增大。將螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床RBHC用于強(qiáng)化傳質(zhì)-反應(yīng)過程的研究，特別是把它用作超重力場(chǎng)反應(yīng)器。在此超重力場(chǎng)傳質(zhì)-反應(yīng)裝置中進(jìn)行化學(xué)吸收，例如石灰乳液吸收煙氣中的二氧化硫氣體；用石灰懸浮液吸收二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行碳化反應(yīng)，可以制取納米碳酸鈣。上述體系為氣、液、固多相物系，反應(yīng)生成物為固體顆粒，反應(yīng)過程中本裝置不易堵塞。


圖1是本實(shí)用新型的的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型用于多相物系的傳質(zhì)反應(yīng)時(shí)具有雙套管液體進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型用于氣-液兩相物系傳質(zhì)反應(yīng)時(shí)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖4是本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子剖面圖；圖5是本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的螺旋線形通道的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
在密閉的機(jī)殼內(nèi)，有一旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上開有數(shù)條阿基米德螺旋線形的通道，它無須不裝填料，氣體從密閉的機(jī)殼上的入口切線進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)，然后在壓差的作用下進(jìn)入螺旋通道中，在旋轉(zhuǎn)著的螺旋通道內(nèi)與液相進(jìn)行兩相的傳遞，氣體完成傳質(zhì)過程后沿頂部派氣管道出去。液體從頂部液體進(jìn)料管進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)，在轉(zhuǎn)子中間，經(jīng)液體分布器進(jìn)入螺旋通道內(nèi)，與氣相逆流接觸進(jìn)行質(zhì)量傳遞，完成傳質(zhì)過程后從機(jī)殼底部的液體出料口管排出。氣液兩相在轉(zhuǎn)子高速度旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力場(chǎng)下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后生成的產(chǎn)物從液體出料口排出。
為了適用于液-液、氣-液-液等多相物系的反應(yīng)過程，液體進(jìn)料管可以采用內(nèi)外套管使兩種液體分別從內(nèi)、外套管進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)，在轉(zhuǎn)子中間兩種液相經(jīng)分布器后并流進(jìn)入螺旋通道內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)生成物從底部出料口排出。如果為氣-液-液體系，兩個(gè)液相與氣相在螺旋通道內(nèi)逆流接觸進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)生成物在底部排出。
實(shí)施例1如圖1所示，本裝置有一密閉的機(jī)殼4，機(jī)殼底部有出料口14和16，機(jī)殼4一端通過動(dòng)密封配合安裝有一旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子5上有4條螺旋線形通道(螺旋線形通道可以是N條，0∠N∠100)，轉(zhuǎn)子中間內(nèi)有與進(jìn)料管連接的液體分布器15，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)離心加速度，由于離心加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力加速度g，所以又稱為超重力場(chǎng)。在超重力場(chǎng)中氣液兩相接觸進(jìn)行反應(yīng)。氣體經(jīng)閥門1和流量計(jì)2，從氣體進(jìn)口3和9進(jìn)入裝置機(jī)殼內(nèi)，液體從進(jìn)料口8進(jìn)入裝置內(nèi)，經(jīng)分布器15進(jìn)入通道內(nèi)，在通道內(nèi)與氣體接觸。本實(shí)施例適用于氣-液相傳質(zhì)-反應(yīng)過程，特別適用于傳質(zhì)限制的氣-液兩相物系的反應(yīng)。例如氫氧化鈣懸浮液吸收二氧化碳?xì)怏w制備納米碳酸鈣。
由圖1可知，是采用本實(shí)用新型按間歇式即半分批式工藝流程生產(chǎn)納米碳酸鈣的過程。稱取一定量的CaO用33L水消化，形成石灰乳濁液，經(jīng)過濾除去雜質(zhì)，置于循環(huán)貯槽13中，Ca(OH)2懸浮液通過水泵12、閥11、流體流量計(jì)10從螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床的進(jìn)液口8，經(jīng)分布器15，進(jìn)入轉(zhuǎn)子5的螺旋通道內(nèi)；CO2氣體從鋼瓶氣源減壓后，以0.6m3/h流量與空氣1.8m3/h混合后，經(jīng)氣閥1、氣體流量計(jì)2從進(jìn)氣口3和9連續(xù)從螺旋通道外側(cè)通入旋轉(zhuǎn)床RBHC的轉(zhuǎn)子5的螺旋通道內(nèi)，含CO2的氣體與含Ca(OH)2的懸浮液在旋轉(zhuǎn)著的螺旋通道內(nèi)進(jìn)行碳化反應(yīng)，生成納米級(jí)碳酸鈣超細(xì)顆粒，剩余廢氣從螺旋通道的中央通向廢氣排口7經(jīng)閥6排出。工作過程中，使轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制在1200rpm，反應(yīng)后的乳濁液由旋轉(zhuǎn)床底部左排料口14和右排料口16，進(jìn)入循環(huán)貯槽13，再通過泵12反復(fù)循環(huán)，在旋轉(zhuǎn)床的螺旋通道內(nèi)與CO2氣體進(jìn)行傳質(zhì)-反應(yīng)。經(jīng)過12min，乳濁液的pH值變?yōu)?-8，表明碳化反應(yīng)進(jìn)行完全，經(jīng)過濾、干燥后，取樣作透射電鏡分析，從TEM照片上可以得出制備的超細(xì)碳酸鈣的平均粒徑約為60nm，晶體為立方形。上述碳化反應(yīng)在室溫下進(jìn)行。
實(shí)施例2為了使本實(shí)用新型能用于氣-液-液等多相物系的傳質(zhì)-反應(yīng)過程，液相進(jìn)料口采用雙套管進(jìn)料，如圖2所示。液體進(jìn)料管有兩個(gè)，兩股液流分別從L1和L2兩個(gè)進(jìn)料口進(jìn)入裝置內(nèi)，在螺旋通道中進(jìn)行液-液兩相反應(yīng)。液體分布器為外套管蝶片斜孔形分布器，內(nèi)套管為均勻開孔直接噴射形分布器。適用于液-液相的傳質(zhì)反應(yīng)過程。例如氨水與硫酸鋅水溶液分別從L1和L2進(jìn)料口進(jìn)入RBHC反應(yīng)器中，在超重力場(chǎng)中進(jìn)行液-液相反應(yīng)，可以得到超細(xì)氫氧化鋅沉淀。沉淀經(jīng)洗滌、干燥、煅燒可以得到活性氧化鋅(納米級(jí)ZnO)。
實(shí)施例3如圖2所示，為氣-液-液多相反應(yīng)物系所用的結(jié)構(gòu)圖。它適用于氣-液-液多相物系的傳質(zhì)反應(yīng)過程。例如氨水與硫酸鋅水溶液分別從L1和L2進(jìn)料口進(jìn)入RBHC反應(yīng)器中，CO2氣體經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入RBHC反應(yīng)器的螺旋性通道內(nèi)，CO2氣體與兩種液體在超重力場(chǎng)作用下進(jìn)行氣-液-液多相反應(yīng)，可以得到超細(xì)堿式碳酸鋅沉淀。沉淀經(jīng)洗滌、干燥、煅燒可以得到活性氧化鋅(納米級(jí)ZnO)。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)床超重力反應(yīng)器，其特征是旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子[5]套裝在密閉的機(jī)殼[4]內(nèi)，轉(zhuǎn)子[5]的轉(zhuǎn)軸成動(dòng)配合密封穿出機(jī)殼[4]與動(dòng)力裝置相接，轉(zhuǎn)子[5]的中央進(jìn)料腔外設(shè)有1至100條內(nèi)端與轉(zhuǎn)子進(jìn)料腔相通且外端與機(jī)殼[4]的內(nèi)腔相通的密閉螺旋線形通道，機(jī)殼[4]周壁設(shè)有1個(gè)以上與轉(zhuǎn)子[5]的螺旋線形通道的進(jìn)氣口[3]，機(jī)殼[4]上部設(shè)有排氣口，下部設(shè)有排料口，進(jìn)料管[8]密封穿入機(jī)殼[4]至轉(zhuǎn)子[5]的中央進(jìn)料腔，進(jìn)料管[8]在轉(zhuǎn)子[5]的進(jìn)料腔內(nèi)的端部設(shè)有進(jìn)料分布器[15]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)床超重力反應(yīng)器，其特征是所述螺旋線形通道為阿基米德螺旋線形的通道，轉(zhuǎn)子[5]的中央進(jìn)料腔外設(shè)有3至10條內(nèi)端與轉(zhuǎn)子進(jìn)料腔相通且外端與機(jī)殼[4]的內(nèi)腔相通的密閉螺旋線形通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)床超重力反應(yīng)器，其特征是機(jī)殼[4]周壁設(shè)有2-4個(gè)以上進(jìn)氣口[3]，下部設(shè)有2個(gè)排料口，進(jìn)料管[8]與輸料管相接空心管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述旋轉(zhuǎn)床超重力反應(yīng)器，其特征是進(jìn)料管[8]為內(nèi)外分隔的雙層管，進(jìn)料管[8]的內(nèi)管和內(nèi)管外腔上端分別與不同的進(jìn)料管相接，進(jìn)料管[8]在轉(zhuǎn)子[5]的進(jìn)料腔內(nèi)的端部設(shè)有內(nèi)管進(jìn)料分布器[15]和內(nèi)管外腔進(jìn)料分布器[15]。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)裝置，特別是一種旋轉(zhuǎn)床超重力反應(yīng)器。它主要是解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)填充床須裝填填料和易堵塞等技術(shù)問題。本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子[5]套裝在密閉的機(jī)殼[4]內(nèi)，轉(zhuǎn)子[5]的轉(zhuǎn)軸成動(dòng)配合密封穿出機(jī)殼[4]與動(dòng)力裝置相接，轉(zhuǎn)子[5]的中央進(jìn)料腔外設(shè)有1至100條內(nèi)端與轉(zhuǎn)子進(jìn)料腔相通且外端與機(jī)殼[4]的內(nèi)腔相通的密閉螺旋線形通道，機(jī)殼[4]周壁設(shè)有1個(gè)以上與轉(zhuǎn)子[5]的螺旋線形通道的進(jìn)氣口[3]，機(jī)殼[4]上部設(shè)有排氣口，下部設(shè)有排料口，進(jìn)料管[8]密封穿入機(jī)殼[4]至轉(zhuǎn)子[5]的中央進(jìn)料腔，進(jìn)料管[8]在轉(zhuǎn)子[5]的進(jìn)料腔內(nèi)的端部設(shè)有進(jìn)料分布器[15]。它適合兩相或多相物流在旋轉(zhuǎn)著的螺旋通道中逆流或并流接觸進(jìn)行傳質(zhì)或傳質(zhì)－反應(yīng)，極大地強(qiáng)化了傳質(zhì)過程或傳質(zhì)－反應(yīng)過程。
文檔編號(hào)B01J19/28GK2581060SQ0222417
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者周繼承, 伍極光, 熊雙喜 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)