一种脱除异丙醇气体的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种脱除异丙醇气体的方法和装置。该装置包括镶嵌式旋转填料床、旋转除雾器、环形液体分布器与再分布器、填料转子、定子和外壳；填料转子为3D打印的规整填料。镶嵌式旋转填料床壳体侧面进气管通入异丙醇气体，进液管通入吸收液，顶部排气管与净化气工段相连，底部的排液管用于排出吸收液；异丙醇气体与吸收液在3D打印的规整填料的镶嵌式旋转填料床中逆流接触，在高速旋转的3D打印规整填料的剪切作用下，异丙醇气体与吸收液多次分散、聚并与再分散，实现了单台设备多次净化。本装置增加了气相湍动程度，降低了气相压降，提高了气液有效接触面积和界面更新速率，提高了异丙醇气体净化度，以及吸收富液中异丙醇浓度和吸收液利用率。

A method and device for removing isopropanol gas

【技术实现步骤摘要】
一种脱除异丙醇气体的方法和装置
本专利技术涉及一种脱除异丙醇气体的方法和装置，属于异丙醇脱除领域。
技术介绍
异丙醇是石油化工发展史上从石油原料中制得的第一个化工产品，是一种重要的化工产品和原料，其广泛应用于涂料、医药、农药、化妆品及电子生产等工业中。但因其饱和蒸汽压较低，属于易挥发性有机化合物，在生产过程中大量挥发出来的异丙醇气体不仅造成了严重的环境污染，同时造成了极大的资源浪费。塔设备是化工生产过程中最重要的设备之一，塔组件的性能对工艺过程的能耗/收率以及产品的质量等均有重大影响。目前工业上在异丙醇吸收工段中大量使用各种填料塔、板式塔等，这些设备中气液传质过程仅仅依靠重力作用实现，由于重力场较弱，液相流体在塔设备中以较厚流体层流动，气液有效接触面积较小，导致存在传质性能低、吸收率低、吸收液循环量大、需要建设多座高达数十米的吸收塔等才能达到分离要求，这使得企业生产成本、维修费用以及能耗越来越大。异丙醇吸收液吸收异丙醇属于气膜控制体系。因此，在传质设备的设计和填料的开发上，应提高气相的湍动程度、增加气液有效接触面积等，以达到强化气相传质目的、提高吸收率。超重力旋转填料床是一种新型化工过程强化设备。在地球上，通过旋转产生的离心力可实现超重力环境。在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常规重力场下要快得多，气液两相在比地球重力场大数百倍甚至上千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生剧烈流动接触,巨大的剪切力将液体撕裂成微小的液膜、液丝和液滴，产生出巨大的相间接触面积,并且可实现相界面的快速更新，极大地提高了传递速率系数。因此，超重力旋转填料床作为脱除异丙醇的设备可以大大提高净化率，减少吸收液的循环量，降低生产建设费用和占地面积，进而降低脱除异丙醇的成本和能耗。在旋转填料床中采用的填料通常是波纹丝网、网状金属、金属泡沫、拉西环等填料，虽然为气液接触提供了场所,但不能有效解决气、液两相均匀分布的问题,且对于有的反应来说存在气液接触不充分、接触时间短、阻力压降大等缺点，导致传质效果不理想、能耗过高。因此，填料精细结构的好坏直接影响传质效率的提高以及过程能耗的高低。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种脱除异丙醇气体的方法和装置，以3D打印的规整填料的镶嵌式旋转填料床为吸收设备，以异丙醇水溶液为吸收液，通过物理吸收法脱除异丙醇气体，吸收剂与异丙醇气体在3D打印规整填料的镶嵌式旋转填料床中以逆流方式接触吸收，实现深度脱除异丙醇气体，并得到较高浓度富液。本专利技术基于强化气相剪切思想，增强气流扰动和增大气体与填料间的相对滑移速度，增大气液有效接触面积，设计了3D打印规整填料的镶嵌式旋转填料床，镶嵌式旋转填料床上、下填料盘分别安装两层3D打印规整填料环，一静一动，在径向交替排列，下层填料盘随电机同步转动，产生气液接触的超重力场，上层填料盘静止不动。当液体被喷洒到下填料盘内缘时，受到巨大的离心力作用，被高速旋转的填料切割成细小的液滴，此时的液滴也具有一定的切向速度，与下一层丝网碰撞的几率极大，在这个过程中，液体可能相互碰撞聚并后被其他丝网层切割，也可能直接与其他层丝网碰撞，还可能返溅后与丝网层碰撞雾化，不断重复此过程，液体就被撕裂成极薄的液滴液丝液膜，增大了气液接触面积。与此同时，气体在经过上一个高速旋转的填料环后，除了具有径向运动趋势外，依靠惯性具有和转子转动方向相同的周向运动趋势，沿径向由外向内通过下一个填料环的翅片结构时，会受到翅片结构的阻滞，与填料间的相对滑移速度增加，削弱了气体的周向运动趋势，进而增加了对气体的扰动和剪切作用，降低了气膜阻力，强化了气相传质。被净化后的异丙醇气体经旋转除雾器消除气体中的雾沫夹带后由排气口进入净化气工段，完成吸收后的吸收液在旋转填料床壳体收集聚拢，由排液口排出。本专利技术提供了一种脱除异丙醇气体的方法，包括以下步骤：将异丙醇气体与吸收液通过3D打印规整填料的镶嵌式旋转填料床逆流接触，在高速旋转的3D打印规整填料的剪切作用下完成异丙醇气体的脱除；控制参数如下：液气体积流量比为：100～200；镶嵌式旋转填料床转子的转速为：100～1800r/min；吸收液为：异丙醇水溶液；吸收压力为：0.1～2MPa；吸收温度为：20～100℃；上述方法的具体过程为：吸收液从进液管进入环形液体分布器，均匀地喷洒在高速旋转的3D打印规整填料的下填料盘内缘，沿径向由填料内缘向填料外缘运动，被动静交替相间的3D打印规整填料环剪切成液丝、液滴、液膜；同时，进气管通入异丙醇气体，气体首先受到上填料盘外缘静止填料环的均匀分布，向内缘相邻的高速旋转的下层填料环运动，受到高速旋转的下层填料环的剪切作用，然后再次通过静止填料环外侧翅片结构时，气体沿径向旋转的趋势以及依靠惯性具有和转子转动方向相同的周向运动趋势被消除或减弱，气体湍动程度增大，最后重新分布的气体继续向内缘运动，再次受到高速旋转的下盘填料环的高速剪切，气体被动静相间的填料环层层剪切后有效地减小了气膜传质阻力，增大了气相湍动程度，气液整体上呈逆流接触；最后经旋转除雾器消除气体中的雾沫夹带后由排气口排出，完成吸收过程的吸收液在旋转填料床壳体收集聚拢，从排液口排出，实现了单台设备多次吸收净化的功能，提高了吸收富液的浓度。本专利技术提供了一种脱除异丙醇气体的装置，包括3D打印规整填料的镶嵌式旋转填料床，镶嵌式旋转填料床壳体侧面设有进气管和进液管，分别通入异丙醇气体和吸收液，壳体顶部设有气体出口，与净化气工段相连，底部设有排液口，用于排出吸收液，进液口与泵相连，排液口与富液槽相连；所述3D打印规整填料的镶嵌式旋转填料床包括旋转除雾器、旋转填料床壳体、3D打印规整填料、环形液体分布器与再分布器、转轴和填料转子，填料转子由固定不动的上填料盘和独立旋转的下填料盘构成，上填料盘与旋转填料床壳体的上盖板通过圆筒固定，该圆筒上端连接上盖板，下端连接上填料盘顶部，下填料盘与转轴连接，转轴下端连接调频电机，填料转子中心设有环形液体分布器，环形液体分布器侧面与进液管相连；上述装置中，所述的镶嵌式旋转填料床壳体内部大致分为两个连通空间，填料转子上方、圆筒内侧为集气室，与旋转除雾器相通；填料转子下方为主腔室，与排液口相通；所述转轴为实心轴，转轴设置于壳体的中心，上端与旋转除雾器相连，下端与调频电机相连，中间与下填料盘相连，通过电机带动旋转除雾器和下填料盘高速旋转。上述装置中，所述的进液管位于镶嵌式旋转填料床壳体两侧，与环形液体分布器连接，可两侧同时进液，也可单向进液。上述装置中，所述的旋转除雾器位于旋转填料床上部，底部接集液槽，旋转除雾器与转轴连接，由电机带动旋转；旋转除雾器内填料的类型和材质不受限制。上述装置中，所述的环形液体分布器包括环形管、支流管，环形管与进液管相连接，所述的支流管垂直于环形管并沿环形管均匀设置2～6个，方向伸进填料转子中心内侧，环形管、支流管外侧为填料转子，每根支流管的管壁上均匀开有若干孔；所述孔为圆形孔或格栅孔；孔的数目由液体流量和流速确定。上述装置中，所述再分布器包括集液槽、导流管，所述集液槽位于旋转除雾器的底部，与旋转床壳体内壁相接，集液槽通过导流管与固定不动的上填料盘内侧相连；除雾器内甩出的液体经壳体收集流入集液槽内，沿导流管流向填料转子中心；进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱除异丙醇气体的方法，其特征在于：以3D打印的规整填料的镶嵌式旋转填料床为吸收设备，以异丙醇水溶液为吸收液，通过物理吸收法脱除异丙醇气体，吸收剂与异丙醇气体在3D打印规整填料的镶嵌式旋转填料床中以逆流方式接触吸收，在高速旋转的3D打印规整填料的剪切作用下完成异丙醇气体的脱除；并得到较高浓度的富液。

【技术特征摘要】
1.一种脱除异丙醇气体的方法，其特征在于：以3D打印的规整填料的镶嵌式旋转填料床为吸收设备，以异丙醇水溶液为吸收液，通过物理吸收法脱除异丙醇气体，吸收剂与异丙醇气体在3D打印规整填料的镶嵌式旋转填料床中以逆流方式接触吸收，在高速旋转的3D打印规整填料的剪切作用下完成异丙醇气体的脱除；并得到较高浓度的富液。2.根据权利要求1所述的脱除异丙醇气体的方法，其特征在于包括以下步骤：吸收液从进液管进入环形液体分布器，均匀地喷洒在高速旋转的3D打印规整填料的下填料盘内缘，沿径向由填料内缘向填料外缘运动，被动静交替相间的3D打印规整填料环层层剪切成液丝、液滴、液膜；同时，进气管通入异丙醇气体，气体首先受到上填料盘外缘静止填料环的均匀分布，向内缘相邻的高速旋转的下层填料环运动，受到高速旋转的下层填料环的剪切作用，然后再次通过静止填料环外侧翅片结构时，气体沿径向旋转的趋势以及依靠惯性具有和转子转动方向相同的周向运动趋势被消除或减弱，气体湍动程度增大，最后重新分布的气体继续向内缘运动，再次受到高速旋转的下盘填料环的高速剪切，气体被动静相间的填料环剪切后有效地减小了气膜传质阻力，增大了气相湍动程度，气液整体上呈逆流接触；最后经旋转除雾器消除气体中的雾沫夹带后由排气口排出，完成吸收过程的吸收液在旋转填料床壳体收集聚拢，从排液口排出，实现了单台设备多次吸收净化的功能，提高了吸收富液的浓度。3.根据权利要求2所述的脱除异丙醇气体的方法，其特征在于：液气体积流量比为：100～200；镶嵌式旋转填料床转子的转速为：100～1800r/min；吸收压力为：0.1～2MPa；吸收温度为：20～100℃。4.一种脱除异丙醇气体的装置，用于权利要求1~3任一项所述的脱除异丙醇气体的方法，其特征在于：包括3D打印规整填料的镶嵌式旋转填料床，镶嵌式旋转填料床壳体侧面设有进气管和进液管，分别通入异丙醇气体和吸收液，壳体顶部设有气体出口，与净化气工段相连，底部设有排液口，用于排出吸收液，进液口与泵相连，排液口与富液槽相连；所述3D打印规整填料的镶嵌式旋转填料床包括旋转除雾器、旋转填料床壳体、3D打印规整填料、环形液体分布器与再分布器、转轴和填料转子，填料转子由固定不动的上填料盘和独立旋转的下填料盘构成，上填料盘与旋转填料床壳体的上盖板通过圆筒固定，该圆筒上端连接上盖板，下端连接上填料盘顶部，下填料盘与转轴连接，转轴下端连接调频电机，填料转子中心设有环形液体分布器，环形液体分布器侧面与进液管相连。5.根据权利要求4所述的脱除异丙醇气体的装置，其特征在于：所述的镶嵌式旋转填料床壳体内部大致分为两个连通空间，填料转子上方、圆筒内侧为集气室，与旋转除雾器相通；填料转子下方为主腔室，与排液口相通；所述转轴为实心轴，转轴设置于壳体的中心，上端与旋转除雾器相连，下端与调频电机相连，中间与下填料盘相连，通过电机带动旋转除雾器和下填料盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘有智，袁志国，张巧玲，祁贵生，焦纬洲，郭强，张春阳，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14