多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，該裝置包括一密閉的圓柱殼體、一貫穿該圓柱殼體的心軸、與兩個(gè)以上的旋轉(zhuǎn)填充床。該旋轉(zhuǎn)填充床包括一個(gè)多孔內(nèi)環(huán)、一個(gè)多孔外環(huán)、一界定于該多孔內(nèi)環(huán)及該多孔外環(huán)之間之腔體、一個(gè)中空上蓋、及一個(gè)底盤固定于該心軸上，和該旋轉(zhuǎn)填充床的腔體內(nèi)填充固體填充物質(zhì)。每一個(gè)旋轉(zhuǎn)填充床上方搭配一個(gè)管式散水盤，該管式散水盤包含一個(gè)中空圓環(huán)、一個(gè)中空圓盤、與一根以上的散水管。該中空圓環(huán)連接于該中空圓盤上，該散水管連接于該中空圓環(huán)的下方，該散水管的出水口位于該旋轉(zhuǎn)填充床的多孔內(nèi)環(huán)之內(nèi)側(cè)。本發(fā)明建構(gòu)一多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，成功增加了氣液質(zhì)量傳送的區(qū)域而提升氣液質(zhì)量傳送的效果。
【專利說明】多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣液接觸裝置，具體為一種多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床，可應(yīng)用于進(jìn) 行氣液之間的質(zhì)量傳送等相關(guān)程序。

【背景技術(shù)】
[0002] 超重力技術(shù)是強(qiáng)化氣液質(zhì)量傳送程序之創(chuàng)新技術(shù)，利用超重力的環(huán)境來提高氣液 接觸的比表面積與降低氣液之間的質(zhì)量傳送阻力，達(dá)到提升氣液質(zhì)量傳送速率與減少反應(yīng) 器體積之目的。超重力技術(shù)的主要作用機(jī)制為在比地球重力場高出數(shù)百倍至數(shù)千倍的離也 加速度下，液體會在填充物的表面與孔隙處形成微小的液滴、液膜、及液絲進(jìn)行由內(nèi)徑向外 徑的流動，一方面增加了氣液接觸的比表面積，也因?yàn)闅庖褐g的微觀混合作用而提高質(zhì) 量傳送系數(shù)。一般來說相較于傳統(tǒng)的氣液接觸裝置，超重力反應(yīng)器單位體積的質(zhì)量傳送速 率可提高數(shù)十倍至數(shù)百倍，而顯著減少反應(yīng)器的設(shè)備體積。
[0003] 然而傳統(tǒng)所使用的旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器皆為單層旋轉(zhuǎn)填充床裝置，在相同的表面氣 體速度與表面液體速度下，若要提高氣液之間的質(zhì)量傳送效果，通常只能增加旋轉(zhuǎn)填充床 的尺時(shí)，然而過大的旋轉(zhuǎn)半徑會造成也軸與軸承的機(jī)械負(fù)擔(dān)而容易壞損，因此使得單層旋 轉(zhuǎn)填充床裝置的應(yīng)用受到了限制。若能開發(fā)一種多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床，則可顯著增加其 氣液質(zhì)量傳送的區(qū)域進(jìn)而提高質(zhì)量傳送的效率。
[0004] 中國專利CN1325137C提出多層折流式旋轉(zhuǎn)床裝置，然而使用折流板可能會浪費(fèi) 部分填充床的空間，而使得反應(yīng)器單位體積的質(zhì)量傳送效果較差。中國專利CN101306258B 提出多層錯(cuò)流式旋轉(zhuǎn)填充床，利用受液盤與降液管來將液體導(dǎo)入下一層的錯(cuò)流式旋轉(zhuǎn)填充 床中，但是錯(cuò)流式旋轉(zhuǎn)填充床的質(zhì)量傳送效果通常都比逆流式旋轉(zhuǎn)填充床來得差，而且所 使用的降液管會經(jīng)過殼體的外部而比較容易造成熱能的損失。CN101745245B掲露一種多級 逆流式旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)精觸裝置及其應(yīng)用，其旋轉(zhuǎn)盤上沿徑向間隔設(shè)有一組同也且直徑各異的 動填料環(huán)，各動填料環(huán)之間的環(huán)形間隙內(nèi)有固定于靜止盤上的靜環(huán)；動填料環(huán)中填料包括 催化劑填料或絲網(wǎng)填料。此一技術(shù)雖然對于習(xí)知技術(shù)有所貢獻(xiàn)，惟其技術(shù)手段及功效仍具 有改善的空間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，解決傳統(tǒng)單層旋轉(zhuǎn)填充床的氣液質(zhì) 量傳送區(qū)域受到限制的情況，可W大幅增加氣液質(zhì)量傳送的區(qū)域，而達(dá)到提高氣液質(zhì)量傳 送效率之目的。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案：
[0007] -種多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，該裝置包括一密閉的圓柱殼體與一貫穿該圓柱 殼體的也軸，兩個(gè)W上的旋轉(zhuǎn)填充床由上而下依序排列在該圓柱殼體內(nèi)。該圓柱殼體由上 蓋、中空圓柱外殼、及底板所構(gòu)成，該中空圓柱外殼的下方側(cè)壁有一個(gè)氣體進(jìn)入口與該底板 有一個(gè)液體排出口，該上蓋有一個(gè)氣體排出口與一個(gè)液體進(jìn)入口。該旋轉(zhuǎn)填充床包括一個(gè) 多孔內(nèi)環(huán)、一個(gè)多孔外環(huán)、一個(gè)中空上蓋、及一個(gè)底盤固定于該也軸上，和該旋轉(zhuǎn)填充床的 腔體內(nèi)填充固體填充物質(zhì)。每一個(gè)旋轉(zhuǎn)填充床上方搭配一個(gè)管式散水盤，該管式散水盤包 含一個(gè)中空圓環(huán)、一個(gè)中空圓盤、與一根W上的散水管。該中空圓環(huán)連接于該中空圓盤上， 該散水管連接于該中空圓環(huán)的下方，該散水管的出水口位于該旋轉(zhuǎn)填充床的多孔內(nèi)環(huán)之內(nèi) 偵3。該也軸系利用一馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動，使得該旋轉(zhuǎn)填充床可W相對該圓柱殼體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0008] 本案提供之旋轉(zhuǎn)填充床裝置，將可藉由下列實(shí)施方式說明及附圖而進(jìn)一步了解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置之結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖2是管式散水盤之結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖3是多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置進(jìn)行水中氨氮?dú)馓岬南到y(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明的多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：密閉且較佳為圓柱 形之殼體100 ;若干/至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)填充床200,其設(shè)于該殼體100內(nèi)，且可相對于該殼體 100旋轉(zhuǎn)。
[001引殼體100包括上蓋110、中空外殼120、及底板130 ;上蓋110及底板130分別與中 空外殼120之上緣、下緣結(jié)合。中空外殼120之外形配合上蓋110及底板130,而使殼體100 較佳呈圓柱形。一也軸140穿過該圓柱殼體100正中央，貫穿該上蓋110及底板130。該也 軸140系利用一馬達(dá)驅(qū)動進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得該旋轉(zhuǎn)填充床200可相對于該圓柱殼體100進(jìn)行 旋轉(zhuǎn)。該也軸140在通過該上蓋110和底板130處設(shè)有軸封150。一氣體進(jìn)入口 122設(shè)于 該殼體100的下方（或更明確言之，中空外殼120的下方）之一側(cè)壁上。該底板130設(shè)有 一個(gè)液體排出口 132。該上蓋110設(shè)有一液體進(jìn)入口 112及一氣體排出口 114。
[0014] 各旋轉(zhuǎn)填充床200包括一個(gè)多孔內(nèi)環(huán)210、一個(gè)多孔外環(huán)220、一個(gè)中空上蓋230、 及一個(gè)底盤240。該多孔內(nèi)環(huán)210、多孔外環(huán)220、中空上蓋230、及底盤240可受該也軸140 帶動而相對于殼體100進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例，該多孔外環(huán)220及該多孔內(nèi) 環(huán)210則與該底盤240禪合、而該底盤240與該也軸140禪合。該旋轉(zhuǎn)填充床200具有一 腔體，該腔體內(nèi)W固體填充物260填充，該固體填充物260的材質(zhì)可選用不鎊鋼、纖維、氧化 鉛、樹脂、塑料、沸石、娃膠、活性炭、鐵氣龍等至少其中之一，其中W不鎊鋼材質(zhì)較佳。該多 孔內(nèi)環(huán)210與該多孔外環(huán)220之間藉由若干孔洞相互連通。每一個(gè)散水盤下方都搭配一個(gè) 旋轉(zhuǎn)填充床200,該散水盤用W接收來自于上方的液體。該散水盤較佳為管式散水盤270。 各管式散水盤270上的一用來接收液體的接收空間與下方該旋轉(zhuǎn)填充床200之腔體間W - 第一流體路徑形成流體連通，而允許管式散水盤270上的液體，經(jīng)由該第一流體路徑進(jìn)入 該旋轉(zhuǎn)填充床200之腔體。該腔體界定一第二流體路徑，該第二流體路徑之第一端透過多 孔內(nèi)環(huán)210與第一流體路徑流體連通，且該第二流體路徑之第二端透過多孔外環(huán)220與一 位于中空外殼120與旋轉(zhuǎn)填充床200間之一收集空間流體連通。藉此，來自第一流體路徑 的液體，可藉由旋轉(zhuǎn)填充床200旋轉(zhuǎn)時(shí)的離也力，流經(jīng)第二流體路徑穿過多孔外環(huán)220而噴 灑在收集空間之一收集壁上，W便收集。圖1所示較佳實(shí)施例中，該中空外殼120之內(nèi)壁為 該收集壁。旋轉(zhuǎn)填充床200之?dāng)?shù)量依實(shí)際需求而定。圖式中之實(shí)施例為H個(gè)由上而下依序 排列在該圓柱殼體100內(nèi)之旋轉(zhuǎn)填充床200。
[0015] 請同時(shí)參照圖1及圖2。如圖2所示，該管式散水盤270較佳包含一個(gè)中空圓環(huán) 272、一個(gè)中空圓盤274、與若干界定該第一流體路徑之散水管276。管式散水盤270在中空 圓盤274上方設(shè)有該可讓氣體通過與用來接收液體之接收空間。該中空圓盤274連接于該 中空圓環(huán)272上。該中空圓環(huán)272的下方與該中空上蓋230之間較佳設(shè)有軸封250。該散 水管276之一第一端連接于該中空圓環(huán)272,該第一端之孔口 278通過該中空圓環(huán)272而 與該用來接收液體之接收空間相連通，使該中空圓盤274上的液體能進(jìn)入該散水管276中。 如圖1所示，該散水管276的一第二端向下延伸至該旋轉(zhuǎn)填充床的多孔內(nèi)環(huán)210之內(nèi)側(cè)，而 使該第二端之孔口位于該旋轉(zhuǎn)填充床的多孔內(nèi)環(huán)210之內(nèi)側(cè)。此結(jié)構(gòu)確保散水管276的第 二端與進(jìn)入該旋轉(zhuǎn)填充床200之腔體流體相連通。藉此，該散水管276的該第二端與該腔 體所界定的第二流體路徑形成流體連通。圖式中散水管276向下配置，為實(shí)施本案之一較 佳實(shí)施例。為達(dá)到更好的液體分散效果，較佳每根散水管276的第二端之孔口位置不同，W 確實(shí)將液體進(jìn)行分散并導(dǎo)入該旋轉(zhuǎn)填充床200之腔體中。圖中所示之散水管276有十根， 僅為示意；實(shí)際數(shù)量可因應(yīng)不同需求調(diào)整。根據(jù)前述實(shí)施例，隨著旋轉(zhuǎn)填充床200運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 來自管式散水盤270的液體在通過該散水管276所形成的第一流體路徑向下流動后，進(jìn)入 該旋轉(zhuǎn)填充床200后藉離也力而徑向流經(jīng)第二流體路徑，而噴灑在中空外殼120之內(nèi)壁，完 成液體之處理W供收集。該腔體內(nèi)之固體填充物260有助于該旋轉(zhuǎn)填充床200運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使該 腔體內(nèi)的液體能平均分布。
[0016] 本發(fā)明用于氣提水中氨氮的程序，可參考圖3之系統(tǒng)所示。首先，將氨氮水溶液儲 槽310中的液體藉由幫浦320與液體流量計(jì)330控制液體流量，并導(dǎo)入多層逆流式旋轉(zhuǎn)填 充床340內(nèi)。同時(shí)利用一臺送風(fēng)機(jī)350將空氣抽入該多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床340中，藉由 此氣提程序?qū)⑺械陌钡獋鬏斨量諝庵?，處理后的水溶液收集至出流水儲水?60中。
[0017] 實(shí)施例
[0018] 使用本發(fā)明進(jìn)行多層（H層）逆流式旋轉(zhuǎn)填充床氣提水中氨氮的試驗(yàn)，床內(nèi)固體 填充物為不鎊鋼絲網(wǎng)；旋轉(zhuǎn)填充床內(nèi)直徑240mm、外直徑580mm、每一個(gè)旋轉(zhuǎn)填充床200的軸 向高度化)150mm?？捎?jì)算旋轉(zhuǎn)填充床200的平均半徑r。^，如式（一）所示：
[001引ravg=2相+町召+的/ 口（"心] 式（一）
[0020] 其中，ri與r,分別為旋轉(zhuǎn)填充床200的內(nèi)半徑與外半徑。旋轉(zhuǎn)填充床的徑向平均 截面積可計(jì)算為h。
[0021] 表面氣體速度=氣體流量/平均截面積；表面液體速度=液體流量/平均截面積。 超重力因子定義為旋轉(zhuǎn)填充床200之離也加速度與重力加速度（g)的比值，超重力因子的 計(jì)算式為《 2rwg/g，其中W為旋轉(zhuǎn)填充床200轉(zhuǎn)速（rad/s)。
[0022] 首先在氨氮水溶液儲槽310中，配置濃度為2, 410-3, 195mg/L-N的氯化饋水溶液， 并加入液堿將抑值調(diào)整至11. 5-12.0之間，使其轉(zhuǎn)換成氨氮（N&-腳形式。利用馬達(dá)驅(qū)動 使旋轉(zhuǎn)填充床200 W6(K)rpm進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。開啟送風(fēng)機(jī)350將空氣抽入該多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充 床340中，藉由氣體流量計(jì)370控制空氣流量在10, 000-12, 0(K)L/min。最后藉由幫浦320 與液體流量計(jì)330,將氨氮水溶液儲槽310中的液體導(dǎo)入多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床340中進(jìn)行 氣提試驗(yàn)，所得相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，包括： 一密閉之殼體（100)，其界定一中空外殼（120)，并設(shè)有至少一液體進(jìn)入口（112)及一 氣體排出口（114); 一貫穿該密閉之殼體的心軸（140); 若干旋轉(zhuǎn)填充床（200)，其設(shè)于該密閉之殼體（100)內(nèi)、并在該心軸上形成多層配置、 且可相對于該密閉之殼體（100)旋轉(zhuǎn)； 其特征在于： 每一旋轉(zhuǎn)填充床（200)包括： 一散水盤（270)，具有一用來接收來自上方液體之接收空間； 一旋轉(zhuǎn)填充床（200)之腔體，該腔體內(nèi)以固體填充物（260)填充之； 其中： 該散水盤之該接收空間與下方該旋轉(zhuǎn)填充床（200)之該腔體間以一第一流體路徑流 體連通； 該腔體界定一徑向之第二流體路徑，該第二流體路徑之一第一端與該第一流體路徑流 體連通；該第二流體路徑之一第二端與一收集空間流體連通，該收集空間包括一收集壁。
2. 如權(quán)利要求1之多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，其中： 該殼體進(jìn)一步包括一氣體進(jìn)入口（122)及一液體排出口（132)。
3. 如權(quán)利要求1之多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，其中： 該散水盤為管式散水盤，該管式散水盤包括界定該第一流體路徑之若干散水管，每一 散水管具有一第一端及一第二端。
4. 如權(quán)利要求1之多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，其中： 該第一流體路徑為向下延伸。
5. 如權(quán)利要求3之多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，其中： 該管式散水盤進(jìn)一步包括相互連接之一中空圓環(huán)及一中空圓盤，該散水管之該第一端 連接于該中空圓環(huán)，而與該接收空間流體連通；且 該每一散水管的該第二端延伸到接近下方旋轉(zhuǎn)填充床之該多孔內(nèi)環(huán)而與旋轉(zhuǎn)填充床 之該腔體流體相連通。
6. 如權(quán)利要求1-5之任一項(xiàng)之多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，其中： 該收集空間位于該中空外殼與該旋轉(zhuǎn)填充床間，該中空外殼之一內(nèi)壁界定該收集壁。
7. 如權(quán)利要求1-5之任一項(xiàng)之多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，其中： 該固體填充物系選自從下列材質(zhì)構(gòu)成之群組的至少其中之一：不銹鋼、纖維、氧化鋁、 樹脂、塑料、沸石、硅膠、活性炭、鐵氟龍。
8. 如權(quán)利要求3之多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，其中： 各散水管的該第二端的位置不同。
9. 一種多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置，包括： 一密閉之殼體（100)，其界定一中空外殼（120)，并設(shè)有至少一液體進(jìn)入口（112)及一 氣體排出口（114); 一貫穿該密閉之殼體的心軸（140); 若干旋轉(zhuǎn)填充床（200)，其設(shè)于該密閉之殼體（100)內(nèi)、并安裝于該心軸上、且可相對 于該密閉之殼體（100)旋轉(zhuǎn)； 其特征在于： 每一旋轉(zhuǎn)填充床（200)包括： 一多孔內(nèi)環(huán)（210)、一多孔外環(huán)（220)、及一界定于該多孔內(nèi)環(huán)（210)及該多孔外環(huán) (220)之間之腔體； 一管式散水盤（270)，其包括一用來接收來自上方液體之接收空間；該管式散水盤 (270)包括界定該第一流體路徑之若干散水管（276)，每一散水管（276)具有一第一端及一 AA~ -?上山 弟一棲。 其中： 該管式散水盤（270)之該接收空間與下方旋轉(zhuǎn)填充床（200)之該腔體之間藉由該散水 管（276)流體連通； 該腔體與一形成于該腔體及該中空外殼（120)之一收集空間流體連通，該收集空間包 括一收集壁。
10. -種旋轉(zhuǎn)填充床（200)，系用于安裝于一多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置之一心軸 (140)，并可受該心軸（140)帶動而相對于該多層逆流式旋轉(zhuǎn)填充床裝置之一殼體（100)旋 轉(zhuǎn)， 其特征在于： 該旋轉(zhuǎn)填充床（200)包括： 一多孔內(nèi)環(huán)（210)、一多孔外環(huán)（220)、一界定于該多孔內(nèi)環(huán)（210)及該多孔外環(huán)（220) 之間之腔體、一中空上蓋（230)、及一底盤（240);其中： 該多孔內(nèi)環(huán)（210)耦合于該中空上蓋（230)及該底盤（240); 該多孔外環(huán)（220)耦合于該中空上蓋（230)及該底盤（240); 一設(shè)于該腔體之外側(cè)之管式散水盤（270)，其包括： 相互連接之一中空圓環(huán)（272)及一中空圓盤（274); 若干散水管（276)，每一散水管（276)具有一第一端及一第二端；該第一端連接于該中 空圓環(huán)（272)以接受來自上方之液體，該第二端延伸到下方該多孔內(nèi)環(huán)（210)之內(nèi)側(cè)而與 該旋轉(zhuǎn)填充床（200)之該腔體流體相連通。
【文檔編號】B01D3/30GK104436736SQ201310429918
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】陳奕宏 申請人:超重力有限公司