[发明专利]多功能用途的多级旋转填充床反应器装置及利用该装置进行多相多组分反应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转填充床反应器及方法，尤其是涉及一种多功能用途的多级旋转填充床反应器装置及利用该装置进行多相多组分反应的方法。

背景技术

19世纪70年代，英国帝国化学公司首次提出了超重力的概念，并在此概念上构造了超重力设备——旋转填充床。旋转填充床以电机为动力，带动转子高速旋转，从而产生巨大的离心力，用离心力来模拟超重力环境，实现了在地球上克服重力场的作用来强化化工过程。随着旋转填充床日积月累的发展，以及旋转填充床在某些化工单元操作过程中的成功应用，科研工作者对旋转填充床的热情被大大激发了，从而诞生了一门新兴技术，即超重力技术。

超重力技术作为过程强化技术的典型代表，持续受到科研工作者的关注。在旋转填充床的发明之初，其目的是为了强化精馏等分离过程。1983年，英国帝国化学公司Ramshaw教授领导了旋转填充床首个中试规模的工业应用，将旋转填充床用于乙醇与异丙醇的精馏分离。实验结果表明，当转子离心加速度为200～1000g时,理论塔板达到40块，无论是分离能力还是设备的运行状态，都达到了不错的效果。1995年，陈建峰博士发现了超重力环境下分子混合数百倍强化的现象，率先提出了将旋转填充床作为反应器，用于纳米材料制备等反应过程，从而拓展了旋转填充床的应用范围。目前，在所有科研工作者的努力下，在基础研究方面，旋转填充床内部的流体流动、传质、传热等研究工作已经开展多年；在应用研究方面，旋转填充床已经广泛应用于工业现场，如尾气SO₂脱除、烟气CO₂捕集、精馏、纳米材料制备、废水处理等。

多相多组分的“三传一反”过程大量存在于化工过程中。传统的旋转填充床，一般仅具有单一的液体进口、液体出口、气体进口和气体出口，在一定程度上限制了旋转填充床的使用。本发明的多功能用途的多级旋转填充床反应器装置能有效解决上述问题，实现多相多组分的分离、吸收等反应过程。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种多功能用途的多级旋转填充床反应器装置；该装置通过在多级转子上设置气体进口和液体出口，以及多级转子间的气体出口和与液体出口相连的换热系统和泵压系统，能实现多相多组分接触系统的需要，适用于分离、吸收、除尘、精馏、反应等化工场合；与传统的超重力旋转床装置相比，其更适用于多组分吸收、多相反应等。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种利用上述多功能用途的多级旋转填充床反应器装置进行多相多组分反应的方法。适用于多组分吸收和多相反应。

为解决上述第一个技术问题，本发明一种多功能用途的多级旋转填充床反应器装置，包括电机、联轴器、轴承座、底座和多级旋转填充床；所述电机的输出轴与联轴器固定连接，联轴器的输出轴穿过轴承座与多级旋转填充床的旋转轴固定同轴连接，所述电机、轴承座和多级旋转填充床设置在底座上；所述多级旋转填充床包括壳体、多级转子和旋转轴；所述多级转子的每一级内缘处设有液体分布器；所述多级转子的每一级下方的壳体上设有液体出口，在最后一级转子周围的壳体上设有气体进口，在第一级转子的周围的壳体上设有气体出口；所述多级转子之间设有分隔板，多级转子形成串联的气相走向通道。

优选地，所述轴承座与转子内腔之间有密封系统。

优选地，第一级转子与壳体之间设有密封件；所述分隔板和转子之间设有密封件。

优选地，在相邻两级转子之间设有两块分隔板，在每一级转子周围的壳体上均设有气体进口和气体出口，每一级转子形成单独的气相走向通道。

优选地，所述多级旋转填充床的旋转轴为卧式安装。

优选地，所述多级转子同轴连接且转子级数为2～4。

为解决上述第二个技术问题，本发明一种利用上述多功能用途的多级旋转填充床反应器装置进行多相多组分反应的方法，包括如下步骤：

液体从第一级原料罐通过第一泵和第一阀进入第一级转子，液体在离心力的作用下，穿过第一级转子从第一级液体出口流出进入第一级液体回收罐；液体若需要升温或者降温，则通过第二阀的控制输送到换热器，在第二泵的作用下泵入第二级转子；液体从第二级转子流出后，经过第二级液体出口流入第二级液体回收罐；若液体不需要换热，则通过第三阀的控制，在第二泵的作用下泵入第二级转子；若第二级转子需要使用不同于第一级转子的液体，异种液体从第二级原料罐，在第四阀的控制下，通过第二泵的作用泵入第二级转子；最后，液体从第二级转子液体出口流入第二级液体回收罐；当多级转子超过2极时，依次类推。