[发明专利]一种适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料及其应用在审
申请号: | 201910541419.0 | 申请日: | 2019-06-21 |
公开(公告)号: | CN110339804A | 公开(公告)日: | 2019-10-18 |
发明(设计)人: | 袁志国;刘有智;祁贵生;焦纬洲;张巧玲;吴光平;段姗姗 | 申请(专利权)人: | 中北大学 |
主分类号: | B01J19/30 | 分类号: | B01J19/30;B01J19/18;B01J19/00 |
代理公司: | 太原市科瑞达专利代理有限公司 14101 | 代理人: | 申艳玲 |
地址: | 030051 山*** | 国省代码: | 山西;14 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 丝网结构 翅片结构 规整 丝网 对角线 旋转填料床 规整填料 镶嵌式 三维空间 转动方向相反 转子 技术构造 径向设置 立体构型 气液通道 实体填料 板片状 扇叶片 弧片 气液 扰流 相切 圆环 应用 装配 打印 | ||
本发明公开了一种适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料及其应用。该填料由规整丝网结构和翅片结构组成;所述填料为环形,以规整丝网结构为主,外侧设有翅片结构;所述规整丝网结构立体构型是:沿径向设置若干层环环相切的丝网,每一层丝网均是若干个立方体围成的圆环,立方体的面对角线、体对角线之间相互连接形成三维空间上的三角形,且规则的气液通道提高了填料的利用率,促使气液均匀分散,并降低阻力;所述翅片结构是:丝网或板片状弯曲形成的弧片装配在丝网结构的外缘,形似扇叶片结构,其弯曲的方向与转子的转动方向相反。本发明通过3D打印技术构造实体填料,由规整丝网结构和翅片结构组成,有利于对气体和液体进行扰流和分散。
技术领域
本发明涉及一种适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料及其应用,属于化工传质及反应设备领域。
背景技术
超重力技术是20世纪80年代发展起来的一种强化多相传递和反应过程的突破性技术,其原理是在超重力旋转填料床(Rotating Packed Bed,简称RPB)中,填料转子高速旋转形成超重力环境,液体被填料剪切雾化,相间接触面积增大,表面快速更新导致了由液相控制的传质、传热和反应过程得到了极大强化,但对气相传质系数几乎没有提高。
由于高速旋转的填料转子是气液接触反应的主要场所,所以影响气相传质系数的主要因素是旋转填料床的填料结构,不同的填料结构对气液的流动方向提供不同的剪切和离心作用,主要是通过影响液体形态(液膜厚度或液体尺寸)、气液接触时间以及气液分布状况(初始气液分布和填料内的气液分布),进而影响气液传质效率。
目前常规使用的旋转填料床的填料结构主要分为散装填料和规整填料两大类,传统的规整填料主要是丝网填料,但是即便是像丝网填料这种相对的规整填料,在长期运转后,由于高速旋转的转子沿径向方向所受到的离心力不同,就会使得填料结构沿径向方向存在“内疏外密”的情况,打破了填料转子原有的对称性,严重时会出现“短路”或者引起旋转填料床的震动,从而导致传质效率下降,设备寿命缩短。为此,开发新型的填料打破传统填料的局限显得尤为重要。
根据设计思路的不同,已有填料大致可分为板式结构填料、环式嵌套填料、折流式填料和复合式填料四大类。而这几种填料均是以增加液体的分散雾化和停留时间为目的,进而增大了液相传质系数,但是对气相传质系数的强化效果并不明显。
基于以上,设计开发利于强化气相传质系数的填料是实现填料结构优化的必要手段,而采用三维建模软件和3D打印技术可以构建出新型的规整填料结构,并且具有高效率、高通量、低气阻、动平衡性好、易拆装等优势。同时,采用镶嵌式旋转填料床,简化装置结构,减少能耗,实现气体和液体在经过填料环受到剪切力而增加湍动程度的目的,为旋转填料床的进一步发展和研究提供了可能性。
发明内容
本发明旨在提供一种适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料及其应用,解决了传统填料存在的以下难题:(1)针对气膜控制体系,强化传质效果并不明显;(2)填料的动平衡性差,长期运行存在“内疏外密”的情况,不利于设备的放大。
本发明主要采用如下技术方案实现:采用三维建模软件设计构建,通过3D打印技术构造实体填料,整个填料由规整丝网结构和翅片结构共同组成,这种构型有利于对气体和液体进行扰流和分散。
本发明提供了一种适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料,由规整丝网结构和翅片结构共同组成;所述填料为环形,以规整丝网结构为主,外侧设有翅片结构;
所述规整丝网结构的立体构型是:沿径向设置若干层环环相切的丝网,每一层丝网均是若干个立方体围成的圆环,立方体的面对角线、体对角线之间相互连接形成三维空间上的三角形,且规则的气液流通通道提高了填料的利用率,促使气液均匀分散,并降低阻力;为了保证均匀一致的气液流通通道,相邻丝网层之间错开了15-45度,增加了液体和气体与填料碰撞、剪切、聚集和分散的几率;
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