[实用新型]一种具有汽压补偿的超重力离心分离装置

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及超重力离心分离装置，特别涉及超重力离心旋转床装置。

背景技术

多相流之间的质量、热量传递与反应是化工、环保、能源等工业生产中最基本的过程之一，在这些过程中大量使用着填料塔、板式塔等装置。汽液逆流接触设备是在地球重力场的作用下实现汽-液接触进行传质的，物质的相间传递和反应效果与自身的物化性质、湿度、压力等有关，还与相间接触面积的大小、流动状况以及相对速度有关。由于重力场较弱，液膜厚、流动缓慢、停留时间长，单位体积内有效接触面积小、由液膜控制的传质过程的体积传质系数低，故这类设备体积庞大，空间利用率和设备生产强度低。

超重力传质技术是一种突破重力场影响的离心传质技术，它利用强大的离心力场代替了重力场，使汽液两相的相对速度大大提高，相界面更加快速地更新，实现了传质过程的强化，成倍提高生产强度。

超重力离心分离装置的核心部件为一高速旋转的转子；该转子可由离心盘或填料组成，形成汽液相接触的表面通道。这样的超重力离心分离装置相应地被称为折流式超重力离心分离装置、填料床式超重力离心分离装置。

在折流式超重力离心分离装置中，液体在离心盘上受到离心力的作用，从离心盘中央向离心盘外周作径向的高速离心运动；汽体由于受到液击盘的影响，从离心盘外周向离心盘中央运动。由于在离心盘上设置有挡板，使得液体在挡板的作用下，离开离心盘向汽体中高速运动，在运动中撞击在液击盘上，撞碎形成微小液滴，与逆向流过的汽体进行传质、传热；在此传质、传热中，由于重力的作用液滴向下汇集到一起，坠落到离心盘上，再次被离心加速后甩向空间，在液击盘上被击碎，形成微小液滴，再次与逆向流过的汽体进行传质、传热；如此反复，最终通过排放管排出。在这里汽液的相对流速对汽液分离来说是关键：流速不能过小，否则由于离心力过小，液滴被液击盘粉碎为微小液滴的机会也减少，从而使汽液分离倾向减小；但流速过大会导致液体在离心盘上的液膜断裂，失去了传质、传热的机会，相对降低了传质、传热的效率。同时，高流速的获得是由离心盘的转速实现的，离心盘的高速旋转，会导致动平衡问题以及显而易见的液击问题。

在填料床式超重力离心分离装置中，液相流动由重力场条件变成了超重力场条件，流体力学特性和汽液之间的传质传热规律有所不同；在旋转填料床内，不同相间物料作强制性的接触运动，液相被分散成薄膜或细小雾滴，极大地提高了相界面积，界面急速更新，强化了传递过程。

例如，逆流型旋转填料床中，强制汽流由填料床的周边进入旋转着的填料床，自外向内作强制性的流动，最后由中间流出；而液体由位于中央的一个静止分布器进入旋转体，在离心力作用下自内向外通过填料流出，被拉成极薄的膜，很细的丝和微小的滴，表面被迅速更新，产生巨大的相间接触面积，使汽液之间发生高效的逆流接触。液体在高分散、高混合、强湍动以及界面急速更新的情况下与汽体以极大的相对速度在弯曲流道中接触，极大地强化了传递过程。有报道：在工业中采用超重力场汽液传质反应器，在1000倍于重力场的离心力场作用下，液膜流速可提高10倍以上，体积传质系数可增加一个数量级。

超重力离心分离装置具有体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵活等优点。已被广泛应用于(1)蒸馏、精馏；(2)环保中的除尘、除雾，烟汽中二氧化硫及有害汽体的去除，液-液分离，液-固分离；(3)吸收，对天然汽的干燥、脱碳、脱硫，对二氧化碳的吸收；(4)解吸，从受污染的地下水中吹出芳烃、化学热(吸收解吸)；(5)旋转电化学反应器及燃料电池(快速去除汽泡，降低超电压)；(6)旋转聚合反应器；(7)旋转盘换热器、蒸发器；(8)聚合物脱除挥发物；(9)生物氧化反应过程的强化。

发明内容

为了提高超重力离心分离装置的传质能力，满足大通量情况下汽液分离的需要，可以采用多层离心盘或填料床结构的转子，在本说明书中将此结构的转子称为多级转子。

由于超重力离心分离装置中流速对汽液分离来说是关键，流速不能过小；而多级转子由于汽道和液滴形成的阻力增大，会带来较大的汽体压力损失，改变分离装置内的整齐的流动状态，形成很大的传热、传质系数梯度，破坏多级转子各级分离过程中传质、传热的工况一致性，使分离装置的处理能力下降很大，甚至无法完成所要求的分离任务。

同时，对于折流式超重力离心分离装置，不能简单地采取增大其几何尺寸的办法来提高流速，因为高速运转的折流式超重力离心分离装置将会引发种种机械设计、工艺、制造等方面的一系列问题；