本发明专利技术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。本发明专利技术通过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。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料及其应用
本专利技术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。
技术介绍
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（RotatingPackedBed，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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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；所述翅片结构的立体构型是：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。所述规整丝网结构沿径向的厚度为20-50mm；沿丝网结构中轴线对称开两个孔，便于用螺栓与填料盘固定，孔径为2-10mm。所述翅片的单元弧片是通过丝网或板片状弯曲10-50°构成的，弧长为30-80mm，相邻弧片之间的间距为10-40mm，沿径向厚度为5-20mm。本专利技术提供的上述适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料可通过3D打印方法来实现。本专利技术提供了上述适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料在镶嵌式旋转填料床中的应用。所述的规整填料用于镶嵌式旋转填料床中时，气液接触的方式是穿过填料逆向接触；液体被喷洒到填料内缘时，受到巨大的离心力的作用，被切割成细小的液滴，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，液体和气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和界面更新速率；特别是气体经翅片剪切，可进一步增大气体扰动、减小气膜阻力，从而强化气膜传质。上述应用中，所述的镶嵌式旋转填料床包括旋转填料床壳体、转轴和转子，转子是由固定不动的上填料盘和独立旋转的下填料盘构成的，上填料盘顶部通过圆筒用内六角螺钉与旋转填料床壳体上盖板固定，下填料盘底部与转轴相连接，转子的中心设有液体分布器，液体分布器与壳体上方的进液管相连；旋转填料床壳体侧面切向与进气管相连，顶部设有进液管和出气管，底部设有排液管；所述规整填料环通过内六角圆柱头螺钉直接固定在填料盘上。上述装置中，所述的上、下填料盘上分别开有多圈凹槽，将规整填料置于凹槽内，通过螺栓与填料盘固定，防止气体“短路”；由内向外，分别可以安装两层规整填料环，一静一动，交替相间，环环相扣，相邻两环之间留有间隙；上述装置中，壳体内部大致分为两个连通的空间，转子上方采用圆筒隔离为集气室，与排气管相通；转子下方为主腔室，与排液管和进气管相通。上述装置中，转轴为实心轴，转轴设置于壳体的中心，上端与下填料盘相连，下端与调频电机相连，通过电机带动下填料盘高速旋转。上述装置中，所述的上、下填料盘均是采用不锈钢材料，上填料盘的顶部和下填料盘的底部都是实心钢板，没有孔隙。气液传质过程机理：液体被喷洒到填料内缘时，受到巨大的离心力和翅片的作用，被切割成细小的液滴，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和剪切，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作用，改变气体原有运动方向。本专利技术的有益效果：本专利技术具有如下特点：（1）本专利技术是一种圆周对称，气液通道分布均匀，无盲孔，有效比表面积高，填料重量轻，可改善旋转填料床的震动，拆装维修更加方便。（2）本专利技术可以强化气膜控制过程，可以用于对有毒有害气体如含SO2、VOC、微细颗粒物等的净化过程。附图说明图1是本专利技术丝网结构的构建示意图；图2是3D打印规整填料的俯视图；图3为翅片结构的单元弧片示意图；图4是本专利技术所适用的镶嵌式旋转填料床结构示意图；图5是上填料盘的俯视图；图6是下填料盘的俯视图；图7是本专利技术用于烟气脱硫的工艺流程图。图中：1-调频电机；2-转轴；3-排液管；4-进气管；5-壳体；6-六角螺钉；7-进液管；8-排气管；9-集气室；10-上填料盘；11-下填料盘；12-主腔室；13-液体分布器；A-烟气，14-风机，15-回收液储槽，16-吸收液储槽，17-离心泵，18-螺栓孔；19-规整丝网结构；20-翅片结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料，其特征在于：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，增加了液体与填料碰撞的几率；所述翅片结构的立体构型是：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。
【技术特征摘要】
1.一种适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料，其特征在于：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，增加了液体与填料碰撞的几率；所述翅片结构的立体构型是：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。2.根据权利要求1所述的适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料，其特征在于：所述规整丝网结构沿径向的厚度为20-50mm；沿丝网结构中轴线对称开两个孔，便于用螺栓与填料盘固定，孔径为2-10mm。3.根据权利要求1所述的适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料，其特征在于：所述翅片结构的单元弧片是通过丝网或板片状弯曲10-50°构成的，弧长为30-80mm，相邻弧片之间的间距为10-40mm，沿径向厚度为5-20mm。4.一种权利要求1~3任一项所述适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料，其采用3D打印方法来实现。5.一种权利要求1~3任一项所述的适用于镶嵌式旋转填料床的规整填料在镶嵌式旋转填料床中的应用，其特征在于：所述的规整填料用于镶嵌式旋转填料床中时，气液接触的方式是穿过填料逆向接触；液体被喷洒到填料内缘时，受到巨大的离心力的作用，被切割成细小的液滴，此时的液滴也具...
【专利技术属性】
技术研发人员：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，
类型：发明
国别省市：山西,14
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