CN104801256A - 质传设备 - Google Patents

Abstract

一种质传设备，包含一外壳、一圆柱形筒、一环状填充件、一转轴、一气体排出管及一液体供应管，该圆柱形筒包括一底壁、一顶壁、一外周壁及一内周壁，该顶壁形成有一中心孔及多个上流通孔，该内周壁与该中心孔位置相对应，该内周壁形成有多个内流通孔并界定一中间腔室，该环状填充件包括一抵接于该外周壁的外周面及一抵接于该内周壁的内周面，该气体排出管界定一排气孔，该排气孔对应于该顶壁的该中心孔及所述上流通孔上方，该液体供应管经由该中心孔穿伸至该中间腔室内，该液体供应管与该内周壁相间隔，该液体供应管形成有多个喷液开口。

Description

质传设备

技术领域

本发明涉及一种质传设备，特别是涉及一种用以进行两种流体间的质传（mass transfer）交换的质传设备。

背景技术

参阅图1，现有旋转填充床1(RPB，Rotating Packed Bed)包含一外壳11、一圆柱形筒12及一转轴13。该外壳11包括一壳体111、一连接于该壳体111周缘的气体供应管112，及一连接于该壳体111底侧的液体排出管113，该壳体111形成有一腔室114。该圆柱形筒12设置于该腔室114内，该转轴13连接于该圆柱形筒12底端且枢接于该壳体111，该圆柱形筒12内设置有一呈环形状并且具有空隙可供液体及气体通过的填充件14，该转轴13可带动该圆柱形筒12于该腔室114内转动。

该旋转填充床1还包含一固定于该壳体111顶端并且穿伸至该腔室114内的气体排出管15，及一穿设于该气体排出管15内的液体供应管16。该气体排出管15底端位于该圆柱形筒12的一呈环形的顶壁121上方，该液体供应管16穿伸至该圆柱形筒12内，该液体供应管16形成有多个上下相间隔排列的喷液开口161，所述喷液开口161对应于该填充件14的一内周面141，该液体供应管16所供应的液体可通过所述喷液开口161喷流至该内周面141。

该旋转填充床1在操作过程中，该转轴13会带动该圆柱形筒12高速旋转，该液体供应管16会输送液体使其经由所述喷液开口161喷流至该填充件14的该内周面141，借由该圆柱形筒12转动时所产生的离心力带动液体快速地往外侧流动，使得液体能经由该圆柱形筒12的一外周壁122上的多个流通孔123流至该腔室114内，并且经由该液体排出管113排出。此外，该气体供应管112会输送气体至该腔室114内，气体在压差作用下会经由该外周壁122的所述流通孔123朝该填充件14的中心处流动，气体与液体会在该圆柱形筒12内产生逆流式接触，气体流过该填充件14的该内周面141后会经由该气体排出管15排出。当液体与气体以逆流方式通过该填充件14的过程中，气体与液体会进行质传交换，以达到快速混合、分离或反应等目的。

在应用上，由于流经旋转填充床1的气体流量通常是每分钟高达数百甚至是数千立方米(m³/min)，因此，该气体供应管112及该气体排出管15的管径大都是数十厘米甚至是数米。现有旋转填充床1中，该填充件14的该内周面141大致上是与该顶壁121的一内周缘124以及该气体排出管15的位置对齐，因此，旋转填充床1的该圆柱形筒12的外径需设计成更大，该圆柱形筒12内才能容置体积较大的填充件14以增加质传的区域，如此一来，旋转填充床1的整体体积会变大，所以，现有旋转填充床1不适于应用在高气体流量的工作环境上。

发明内容

本发明的一目的，在于提供一种质传设备，其圆柱形筒内可增加环状填充件的容置区域，借此，能增加气体与液体间进行质传交换的质传区域，以提升质传的效果，并且能应用在高气体流量的工作环境上。

本发明的目的及解决背景技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本发明提出的这种质传设备，包含一外壳、一圆柱形筒、一环状填充件、一转轴、一气体排出管，及一液体供应管，该外壳界定一腔室、一与该腔室相连通的进气流道，及一与该腔室相连通的排液流道，该圆柱形筒呈中空状并设置于该腔室内，该圆柱形筒包括一底壁、一与该底壁相间隔的顶壁，及一连接于该底壁外周缘与该顶壁外周缘间的外周壁，该外周壁形成有多个外流通孔，该环状填充件设置于该圆柱形筒内并具有间隙可供液体及气体通过，该环状填充件包括一抵接于该外周壁的外周面，该转轴连接于该圆柱形筒的该底壁且可转动地枢接于该外壳，该转轴界定有一纵向轴线，该转轴可带动该圆柱形筒绕该纵向轴线旋转，该气体排出管穿设于该外壳并界定一排气孔，该液体供应管穿设于该气体排出管内，该液体供应管形成有多个喷液开口。

该圆柱形筒还包括一设置于该底壁与该顶壁间的内周壁，该底壁、该顶壁、该外周壁及该内周壁共同界定一气液流通空间，该顶壁形成有一中心孔，及多个环绕于该中心孔外周围的上流通孔，该内周壁与该中心孔位置相对应，该内周壁形成有多个间隔且位于所述外流通孔内侧的内流通孔，且该内周壁界定一连通于所述内流通孔与该中心孔间的中间腔室，该环状填充件设置于该气液流通空间内，该环状填充件还包括一抵接于该内周壁的内周面，该排气孔对应于该顶壁的该中心孔及所述上流通孔上方，该液体供应管经由该中心孔穿伸至该中间腔室内，该液体供应管与该内周壁相间隔，所述喷液开口对应于该内周壁。

本发明的目的及解决背景技术问题还可以采用于下技术手段进一步实现。

该中间腔室的一孔径大于该液体供应管的一外径，且该中间腔室的该孔径小于该排气孔的一孔径。

该中心孔、该中间腔室以及该排气孔三者为同心孔，且该中心孔中心、该中间腔室中心以及该排气孔中心皆位于该纵向轴线。

该顶壁具有一界定出该中心孔的环圈，该内周壁具有一周壁部及一底部，该周壁部界定出所述内流通孔与该中间腔室，该周壁部具有一用以抵靠于该环圈的顶端，及一底端，该底部固定地连接于该底壁。

该顶壁还具有一内周缘、多条连接条，及多条强化条，该环圈间隔位于该内周缘内侧，所述连接条连接于该内周缘与该环圈间且呈环状相间隔排列，各该强化条连接于对应的该两个相邻的连接条间，该内周缘、该环圈、所述连接条，以及所述强化条共同界定出所述上流通孔。

本发明的有益效果在于：圆柱形筒内可增加环状填充件的容置区域，借此，能增加气体与液体间进行质传交换的质传区域，以提升质传的效果，并且能应用在高气体流量的工作环境上。

附图说明

图1是现有旋转填充床的剖视示意图；

图2是本发明质传设备的一较佳实施例的剖视示意图，说明一液体供应管的一主管体穿设于一顶壁的一中心孔以及一内周壁的一中间腔室内；

图3是本发明质传设备的一较佳实施例的一圆柱形筒的立体图，说明该圆柱形筒的一顶壁的细部结构；

图4是图2的局部放大图，说明该中间腔室的一孔径大于该主管体的一外径，以及该中间腔室的该孔径小于该穿伸管体的一排气孔的一孔径；及

图5是本发明质传设备的一较佳实施例的剖视示意图，说明操作过程中气体及液体的流动状态。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2及图3，是本发明质传设备的一较佳实施例，该质传设备200为一逆流式旋转填充床，适于进行两种流体间的质传交换，在本实施例中，该两流体其中之一是以液体为例作说明，而其中另一是以气体为例作说明。该质传设备200包含一外壳2、一圆柱形筒3、一环状填充件4、一转轴5、一气体排出管6，及一液体供应管7。

该外壳2包括一壳体21、一设置于该壳体21的气体供应管22，及一设置于该壳体21的液体排出管23。该壳体21包含一下壁211、一连接于该下壁211外周缘的围壁212，及一连接于该围壁212顶端的上壁213，该下壁211、该围壁212以及该上壁213共同界定一腔室214。该气体供应管22连接于该围壁212并界定一与该腔室214相连通的进气流道221，该气体供应管22连接于一气体供应源(图未示)，借此，该气体供应源可通过该进气流道221输送气体至该腔室214内。该液体排出管23连接于该下壁211并界定一与该腔室214相连通的排液流道231，该排液流道231用以将该腔室214内的液体排出至外部。

该圆柱形筒3呈中空状并设置于该壳体21的该腔室214内，该圆柱形筒3包括一底壁31、一与该底壁31相间隔的顶壁32、一连接于该底壁31外周缘与该顶壁32外周缘间的外周壁33，及一设置于该底壁31与该顶壁32间的内周壁34，该底壁31、该顶壁32、该外周壁33及该内周壁34共同界定一气液流通空间35。该顶壁32形成有一中心孔321，及多个环绕于该中心孔321外周围的上流通孔322，所述上流通孔322与该气液流通空间35相连通。该外周壁33形成有多个与该气液流通空间35相连通的外流通孔331，所述外流通孔331用以供气体及液体流通。该内周壁34与该中心孔321位置相对应，该内周壁34形成有多个间隔且位于所述外流通孔331内侧的内流通孔341，所述内流通孔341与该气液流通空间35相连通。

该环状填充件4设置于该圆柱形筒3的该气液流通空间35内，该环状填充件4包括一外周面41，及一相反于该外周面41的内周面42。该外周面41抵接于该外周壁33的内壁面并且对应于所述外流通孔331，该内周面42抵接于该内周壁34的外壁面并且对应于所述内流通孔341。在本实施例中，该环状填充件4是由例如为多根铁丝(图未示)缠绕而成的结构，因此，该环状填充件4具有间隙(图未示)可供液体及气体通过。

该转轴5沿纵向延伸并界定一纵向轴线A，该转轴5可转动地枢接于该壳体21的该下壁211的一枢接孔215，该转轴5顶端固定地连接于该圆柱形筒3的该底壁31，该转轴5底端连接一动力源(图未示)，借此，使得该转轴5可带动该圆柱形筒3绕该纵向轴线A旋转。

该气体排出管6包括一穿伸管体61，该穿伸管体61穿设于该壳体21的该上壁213的一安装孔216，该穿伸管体61可通过例如为焊接或螺丝锁固的方式固定于该上壁213，且该穿伸管体61顶端连接于一抽气装置(图未示)。该穿伸管体61界定有一排气孔611，该排气孔611对应于该顶壁32的该中心孔321及所述上流通孔322上方，借此，使得该抽气装置可通过该排气孔611抽取该气液流通空间35内的气体。

该液体供应管7穿设于该气体排出管6的该穿伸管体61内，该液体供应管7包括一位于该排气孔611内且沿该纵向轴线A延伸的主管体71，及一穿设于该穿伸管体61且连接于该主管体71顶端的连接管体72。该主管体71经由该中心孔321穿伸至该内周壁34内并与该内周壁34相间隔，该主管体71与该连接管体72共同界定一进液流道73，该主管体71形成有多个上下相间隔并与该进液流道73相连通的喷液开口711，所述喷液开口711对应于该内周壁34。该连接管体72凸伸出该穿伸管体61的一端连接于一液体供应源(图未示)，该液体供应源可通过该进液流道73输送液体并借由所述喷液开口711以及所述内流通孔341喷流至该环状填充件4的该内周面42。

参阅图2及图4，在本实施例中，该内周壁34界定一连通于所述内流通孔341与该中心孔321间的中间腔室342，该液体供应管7的该主管体71穿伸至该中间腔室342内，该中间腔室342的一孔径D1大于该液体供应管7的该主管体71的一外径D2，使得该内周壁34与该主管体71间能保持一段适当距离，借此，能防止该转轴5带动该圆柱形筒3绕该纵向轴线A旋转的过程中，该内周壁34与该主管体71间发生相互碰撞的情形。又，该顶壁32具有一界定出该中心孔321的环圈323。

此外，该中间腔室342的该孔径D1小于该穿伸管体61的该排气孔611的一孔径D3，使得该气液流通空间35内能容置体积较大的该环状填充件4，借此，能增加气体与液体在该环状填充件4内进行质传交换的质传区域。此外，该环状填充件4邻近于该内周面42的区域能对应在所述上流通孔322下方以及该排气孔611下方，借此，使得气体流过该环状填充件4后可直接经由所述上流通孔322往上流入该排气孔611内。

较佳地，本实施例的该中心孔321、该中间腔室342以及该排气孔611三者为同心孔，且该中心孔321中心、该中间腔室342中心以及该排气孔611中心皆位于该纵向轴线A上，使得该主管体71穿设于该中心孔321内的部位是与该环圈323间保持相等的距离，而该主管体71穿设于该中间腔室342内的部位是与该内周壁34间保持相等的距离。借此，更能确保该顶壁32的该环圈323以及该内周壁34分别与该主管体71间不会发生相互碰撞的情形。前述两个距离是以例如为1厘米与2厘米间的任一数值为例作说明，当然，数值大小可视实际需求进行变更调整。

更具体地，本实施例的该圆柱形筒3的该内周壁34为一管件，该内周壁34具有一周壁部343，及一底部344。该周壁部343界定出所述内流通孔341与该中间腔室342，该周壁部343具有一用以抵靠于该环圈323的顶端345，及一底端346。该底部344呈环状并可通过例如为焊接或螺丝锁固等方式固定地连接于该底壁31。由于该周壁部343的该顶端345抵靠于该环圈323底面，且该底部344锁固于该底壁31，因此，该内周壁34能稳固地定位在该顶壁32与该底壁31间，借此，能防止该圆柱形筒3在旋转过程中该内周壁34产生晃动的情形。

参阅图2、图3及图4，另一方面，本实施例的该顶壁32为一可通过螺丝锁固方式锁固于该外周壁33的上盖，该顶壁32还具有一内周缘324、多条连接条325，及多条强化条326。该环圈323间隔位于该内周缘324内侧，所述连接条325连接于该内周缘324与该环圈323间且呈环状相间隔排列，而各该强化条326则连接于对应的两个相邻的连接条325间，用以加强两相邻连接条325间的结构强度。该内周缘324、该环圈323、所述连接条325以及所述强化条326共同界定出所述上流通孔322。借由该顶壁32的所述连接条325以及所述强化条326能阻挡该环状填充件4上移的设计，能防止该圆柱形筒3在高速旋转中该环状填充件4上移进而产生变形的现象。

参阅图2、图3、图4及图5，该质传设备200在操作过程中，该转轴5会带动该圆柱形筒3绕该纵向轴线A高速旋转，该液体供应管7的该进液流道73会输送一液体9使其经由所述喷液开口711喷流通过该中间腔室342至该内周壁34。该圆柱形筒3高速旋转时所产生的离心力会带动喷流至该内周壁34上的液体9快速地往外侧流动，并且经由所述内流通孔341以及该内周面42流入该环状填充件4内。液体9会由该内周面42流入该环状填充件4内并经由该外周面41流出，随后借由该外周壁33上的所述外流通孔331喷流至该腔室214内，该腔室214内的液体9会通过该液体排出管23的该排液流道231排放至外部。

另一方面，该气体供应管22的该进气流道221会持续地输送气体至该腔室214内，由于连接在该穿伸管体61顶端的该抽气装置会通过该排气孔611抽气，因此，流入该腔室214内的气体在压差作用下会经由该圆柱形筒3的该外周壁33上的所述外流通孔331流入该气液流通空间35内，气体会由该外周面41流入该环状填充件4内并大多通过该环状填充件4顶端，并且经由所述上流通孔322流入该排气孔611后排出。在液体9与气体流过该环状填充件4的过程中，该环状填充件4会将液体9切割成较薄的液膜和较小的液滴，使液体9与气体间有较大的接触面积及较大的碰撞机率以进行质传交换，借此，能降低气体与液体9间的质传阻力，以达到快速混合、分离及反应等目的。

归纳上述，本实施例的该质传设备200，借由该中间腔室342的该孔径D1大于该液体供应管7的该主管体71的该外径D2、该中间腔室342的该孔径D1小于该穿伸管体61的该排气孔611的孔径D3，以及该环状填充件4的该外周面41及该内周面42分别抵接于该外周壁33的内壁面以及该内周壁34的外壁面的设计方式，在不需增加该质传设备200体积的前提下，便能使得该圆柱形筒3的该气液流通空间35内增加环状填充件4的容置区域，借此，能增加气体与液体9间进行质传交换的质传区域，以提升质传的效果，并且能应用在高气体流量的工作环境上，确实能达到本发明所诉求的目的。

Claims (5)

1.一种质传设备，包含一外壳、一圆柱形筒、一环状填充件、一转轴、一气体排出管，及一液体供应管，该外壳界定一腔室、一与该腔室相连通的进气流道，及一与该腔室相连通的排液流道，该圆柱形筒呈中空状并设置于该腔室内，该圆柱形筒包括一底壁、一与该底壁相间隔的顶壁，及一连接于该底壁外周缘与该顶壁外周缘间的外周壁，该外周壁形成有多个外流通孔，该环状填充件设置于该圆柱形筒内并具有间隙可供液体及气体通过，该环状填充件包括一抵接于该外周壁的外周面，该转轴连接于该圆柱形筒的该底壁且可转动地枢接于该外壳，该转轴界定有一纵向轴线，该转轴可带动该圆柱形筒绕该纵向轴线旋转，该气体排出管穿设于该外壳并界定一排气孔，该液体供应管穿设于该气体排出管内，该液体供应管形成有多个喷液开口；其特征在于：

该圆柱形筒还包括一设置于该底壁与该顶壁间的内周壁，该底壁、该顶壁、该外周壁及该内周壁共同界定一气液流通空间，该顶壁形成有一中心孔，及多个环绕于该中心孔外周围的上流通孔，该内周壁与该中心孔位置相对应，该内周壁形成有多个间隔且位于所述外流通孔内侧的内流通孔，且该内周壁界定一连通于所述内流通孔与该中心孔间的中间腔室，该环状填充件设置于该气液流通空间内，该环状填充件还包括一抵接于该内周壁的内周面，该排气孔对应于该顶壁的该中心孔及所述上流通孔上方，该液体供应管经由该中心孔穿伸至该中间腔室内，该液体供应管与该内周壁相间隔，所述喷液开口对应于该内周壁。

2.根据权利要求1所述的质传设备，其特征在于：该中间腔室的一孔径大于该液体供应管的一外径，且该中间腔室的该孔径小于该排气孔的一孔径。

3.根据权利要求2所述的质传设备，其特征在于：该中心孔、该中间腔室以及该排气孔三者为同心孔，且该中心孔中心、该中间腔室中心以及该排气孔中心皆位于该纵向轴线。

4.根据权利要求3所述的质传设备，其特征在于：该顶壁具有一界定出该中心孔的环圈，该内周壁具有一周壁部及一底部，该周壁部界定出所述内流通孔与该中间腔室，该周壁部具有一用以抵靠于该环圈的顶端，及一底端，该底部固定地连接于该底壁。

5.根据权利要求4所述的质传设备，其特征在于：该顶壁还具有一内周缘、多条连接条，及多条强化条，该环圈间隔位于该内周缘内侧，所述连接条连接于该内周缘与该环圈间且呈环状相间隔排列，各该强化条连接于对应的该两个相邻的连接条间，该内周缘、该环圈、所述连接条，以及所述强化条共同界定出所述上流通孔。