专利名称：流体－固体接触设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及物理，化学和色层分离工艺中所用的连续流体-固体接触设备。
背景技术：
通过各种设备，连续流体-固体接触系统意在逆流移动流体相而与固体相接触，并取得了不同程度的成功。然而，仍有待发展这样一种系统，它可连续地逆流移动固体相而与流体相接触。除其它缺点外，已知的系统具有涉及以下方面的缺点制造和操作这些系统的成本，和在使这些系统适应大体积流量要求和/或复杂的流动分布时面临的困难。
采用多个交换塔和复杂的阀的系统往往十分昂贵，这是因为相互连接交换塔和与来自处理设备的供给和排出管道相连接所需要的控制和管道相当繁杂。随着处理步骤的增加，例如超过传统的四步骤工艺(即吸附，冲洗，还原，漂洗)，这种系统的成本和复杂性就迅速提高。
其它连续逆流系统采用了堆积在垂直塔内的料床部分，并通常包括一吸附塔，淘析塔和中间冲洗部分。应用水力原理使吸附剂在部分到部分以及塔到塔之间周期性地移动。这些系统要求大量的冲洗流体以便输送吸附剂，结果在输送过程中丧失了大量的吸附剂。
某些系统在一圈管道中保持和输送填充的吸附剂，该管道由刀阀划分成多个区域。在吸附剂被输送到一个区域后，将流体泵入一个腔以便与吸附剂的移动方向反向流动。通过打开阀并将吸附剂床脉动送到下一个区域而输送吸附剂，随后恢复流体的流动。由于吸附剂滞留在阀内，这些系统也会损失吸附剂。滞留的吸附剂亦造成从阀中泄漏。
授予Berry等人的美国专利No.4,764,276和No.4,808,317中公开了一种流体-固体接触系统，包括一组容纳吸附剂的容器和用于控制流体进出容器的上、下分配阀。容器随一圆盘传送器转动，并且容器相对于阀孔和进出阀之管道的相对运动就控制了流体通过容器的流动。这种系统的一个问题是上、下阀略微的对不准可使得系统管道内的压力增加，更严重的是完全断开了流体朝容器的流动或将流体误引入其它容器。另一个问题是必需采用连接上固定阀和下固定阀以便逆向流动的管道，这样就大大增加了系统的成本，其程度取决于流动条件的复杂程度。此外，当一容器从一个阀孔移动到下一个阀孔时连接管道内的液体体积造成相位差，并在新连接的容器内产生回流混合。
在授予Matonte的美国专利No.5,069,883中公开了一种设备，它采用单独一个阀，而不是分开的上、下阀，来连接随圆盘传送器转动的一组容器。该阀包括一个局部地装配在一旋转外圆筒内的内圆筒。如图4所示，内圆筒是固定的并包括与外部供给和排出管道连通的第一组入口和出口孔。第二组入口和出口孔与加工在外圆筒上的入口和出口孔连通。内部管道将第一入口和出口孔连接于第二入口和出口孔。随容器一同转动的外圆筒包括将孔连接于容器的管道。外圆筒相对于内圆筒的转动使得内圆筒的入口和出口孔与外圆筒上的孔连接。内圆筒在与外圆筒接触的表面上包括密封凸条，并可对内圆筒加压以增加与外圆筒的接触压力，以求更好的密封。
No.5,069,883专利的问题是不能机械地按比例扩大该设备，以适应大流体流量的要求。其它问题是与内圆筒接触的外圆筒转动时就对内圆筒施加一扭力，它使内圆筒变形。此外，连接第一孔和第二孔的内部管道带有造成相位差的流体体积，这样就产生回流混合。
发明内容
本发明提供了一种连续流体-固体接触设备，它避免了现有技术中的许多缺点。根据本发明的设备设置了单独一个分配阀，它避免了上、下阀方案中的对准问题，以及两圆筒方案中的机械问题。根据本发明的阀提供了水平的平接触表面，以改善阀孔接触状态，这就避免了两圆筒阀方案中的密封和变形问题。此外本发明的阀简化了所需的管道并克服了现有技术中造成回流混合的流体体积相位差问题。
根据本发明的流体-固体接触设备包括一组支承在一旋转支架或圆盘传送器上的容器，每个容器带有一供给管道和一排出管道，和单独一个用于控制流体供入和排出容器的阀。容器最好被成形为塔并包括用以容纳固体吸附材料的装置，流体即通过其间。根据本发明的阀呈两个头的形式，每个头都带有一环形表面，其上具有用作流体孔的开口。环形表面在一平面上接触，并相对于对方可相对转动以打开和关闭阀孔，使流体在两个头之间流动。固定头最好由塑料制成，旋转头最好由金属制成。在接触平面上塑料与金属接触减小了转动旋转头时的摩擦力。此外，塑料表面在压力下变形，这就在表面上提供了一密封。
更具体说，根据本发明的阀包括一固定的环形盘，它具有一个形成盘形阀表面的下部平表面和一组加工在盘上的管道，该等管道延伸到下部平表面从而在盘形阀表面上形成开口，一个可转动的环形板，它具有一个形成平板阀表面的上部平表面和一组在平板阀表面形成阀孔的孔，平板阀表面与盘形阀表面接触。一组供给和排出管道在与上部平表面相反的下表面上连接于板，每根管道与其中一个所述孔连通并连接于容器的其中一根供给和排出管道。
本发明的新颖和有利特征是支承容器的装置和使环形板转动的装置是分开的。通过将驱动圆盘传送器的驱动装置和驱动阀的装置分开，根据本发明的设备可按比例扩大以适应大容量的容器和阀，而不会产生现有技术中存在的问题。为了确保阀孔的转动与旋转容器支架协调，根据本发明的设备包括使支架的转动和环形板的转动同步的装置。根据本发明的一最佳实施例，使支架和环形板的旋转运动同步的装置包括分别安装在旋转支架和环形板上的光学编码装置和位于相对固定位置以阅读光学编码装置的光学传感器。一个控制装置响应从光学传感器接收的信号控制支架和环形板转动。
本发明还提供了一施力装置，用以将盘形阀表面压在平板阀表面上而获得有效密封。在本发明的一最佳实施例中，用于施力的装置包括一环形的软外壳，位于与盘形阀表面相反的盘形阀上部水平表面上。软外壳覆盖的面积大致等于盘形阀表面的面积并包括用以将软外壳连接于一加压流体源的装置。软外壳在盘上提供了一个力，迫使环形盘表面压在平板阀表面上，从而密封两个表面，以便阻止从阀以及从阀孔之间径向向外的泄漏。
对于阀的操作而言，保持环形板和环形盘之间的平面关系十分重要。所以环形板设置有支承架，它包括一个安装在环形板径向内边缘上的筒形架。筒形架的下边缘包括一个径向向外延伸的凸缘。一组角撑板从筒形架的外圆柱表面向外径向延伸并安装在环形板下表面上和凸缘的上表面上。
用于环形盘的驱动装置包括一个位于筒形架下边缘上的环形转动轴承和一个固定在转动轴承上的环形齿轮。一电机驱动环形齿轮以驱动支架。
在附图中将解释本发明的一最佳实施例，在附图中用相同的参考号表示相同的元件，其中图1是一示意性视图，示出了根据本发明的连续接触设备；图2是一局部剖开的立视图，示出了图1所述设备的综合分配阀；图3是一平面图，示出了图2所示阀的盘形阀表面；和图4是一平面图，示出了图2所示阀的平板阀表面。
具体实施例方式
在图1的示意性视图中示出了根据本发明的一流体-固体接触设备。该设备包括一组由一旋转支架支承的接触容器20，该支架在所示实施例中作为一圆盘传送器30示出，和一分配阀40。当然，示意性的图1并非按比例绘制，为描述清楚起见，相对于接触容器和圆盘传送器而言分配阀被绘制的相当大。
圆盘传送器30包括辊子支承装置32，用以支承圆盘传送器绕轴线A转动。可以根据圆盘传送器30和接触容器20的尺寸和重量适当选择辊子支承装置。对于较小的结构，简单的辊子轴承已经足够，而在较大的结构上采用装在圆形轨道上的一组轮子或辊子效果更好。一电机34和驱动齿轮36之类的旋转驱动装置作用在圆盘传送器上使之转动。可以将电机34和齿轮36设置在任何方便之处，例如如图1所示设置在圆盘传送器的周边，作为另一种选择亦可设置在中心。
各接触容器20包括一入口管道22和一出口管道24。尽管图中示出入口管道22是从上端进入接触容器20，出口管道24是从下端进入接触容器20，但这仅仅是为了便于描述而已。可以根据工艺适当地决定入口管道22和出口管道24的相对方位。各接触容器20都包括用以容纳树脂之类固态物料的装置，以便与通过接触容器的流体接触。流体可以是液体或气体。
根据本发明的阀40包括一个固定头42和一个旋转头70。图2是阀40的剖视图，更为详细地示出了阀40。参看图1和图2，固定头42包括一组管道44，46，它们在固定头42的水平平表面上开口。
根据本发明的旋转头70包括一环形板72，该环形板72具有一个与盘上的水平平表面接触的水平平表面或平板阀表面74。环形板72包括一组在平板阀表面74上形成阀孔的孔76。每个孔76都连接于管道80，82，管道80，82位于板上与平板阀表面74相反的下表面上。管道80，82将孔76连接于接触容器20的入口管道22和出口管道24。
旋转头70被支承成绕轴线A与圆盘传送器40同轴旋转。从图1可以了解，旋转头70的转动使得旋转头上的孔76按顺序与固定头42上的管道44，46相会。最好将固定头上的管道设置为供给管道44和排出管道46。供给管道44可连接于外部的流体供给源(未示出)，或其中一根排出管道，这取决于工艺的要求。如上所述，排出管道46可连接于一供给管道，或者可连接于一外部的腔室或筒(未示出)。
图2更为详细地示出了阀40的结构。固定头42包括一个由塑料制成的环形盘50。管道44，46加工在盘50上并从盘50的径向外表面52延伸到平表面或盘形阀表面54。在盘50的径向外表面52上，管道44，46在管端56，58终止，管端56，58将该等管道连接于如外部流体源的管道。
图3示出了盘形阀表面54。管道44，46在盘形阀表面54上开口，以便与平板阀表面74连通。管道44，46设置在两个同心圆上，入口管道44设置在径向内圆上，出口管道设置在径向外圆上。盘形阀表面54也可包括槽64，它允许在盘形阀表面上的两个或多个周向相邻的管道沟通。这在相邻的接触容器用于单独一个处理步骤时特别有利。槽64可用于单一的管道，以扩展盘形阀表面54上的开口，这样当该等开口与平板阀表面74上的开口移入和移出连通状态时有利于压力交换。
图4是平板阀表面74的视图。平板阀表面74上的孔76设置在两个同心圆内，这两个圆的半径与盘形阀表面54上加工有管道的圆相同，这样孔76可以与盘形阀表面54上的开口对准。在与平板阀表面74相反的表面上管道80，82连接于板72，每根管道与一个孔对齐。为清楚起见，仅示出了两根管道80，82，应当理解每个孔都连接于一根管道。如图2所示，盘形阀表面54上的开口和平板阀表面74上的孔最好加工成具有大致相同的直径。
图3所示的本发明实施例在每个圆上具有20个开口，图4示出在每个同心圆上有30个孔。这种配置是用于色层分离工艺。根据其它特定目的，本领域技术人员可以适当选择其它配置，并且本发明并不受特定数量的阀孔和处理容器的限制。
环形盘50支承在一个阀架上，该阀架包括一个装配在环形盘50的中心孔内的筒形件90。环形盘50的径向内表面包括至少一个键槽62，见图3，该键槽与筒形件90径向外表面上的一个键92啮合。键92可以加工成筒形件90的一部分，或者如图2所示加工成一个固定在筒形件上的细长条。键92阻止环形盘转动，但在垂直方向上不构成约束。
如上所述，环形盘50位于环形板72上。一软外壳100与环形盘50的上表面接触并在垂直方向上受上部阀架凸缘94的限制。软外壳包括一个将软外壳连接于一加压流体源的阀。加压流体源可以是气动或液压流体。软外壳100是环形的并与大致等于盘形阀表面54面积的面积相接触。如此软外壳100就可以将一均匀的力作用在环形盘的面积上，这样盘形阀表面54就以均匀的压力压在平板阀表面74上。也可以采用在环形盘上施加均匀力的其它装置，例如弹簧。可以理解，流过管道44，46和管道80，82的流体往往迫使环形盘50和环形板72分开。由软外壳100提供的压力有助于将盘形阀表面54密封在平板阀表面74上，以防止从阀或阀孔之间径向向外的泄漏。
筒形件90包括两个在下部隔开的凸缘96，98。一角撑板99安装在筒形件90的外表面上并在两个隔开的凸缘96，98之间延伸，以便为旋转头70提供一个支承平台。
可以用任何适当的结构将阀架安装在一外部固定支承装置上，例如可以通过将凸缘94安装在一根梁(未示出)上或者通过将筒形件90安装在一底座(也未示出)上。
板72由金属制成并支承在一筒形体84和凸环86上。筒形体84位于筒形件90的外表面90上。一组角撑板88固定在筒形体84上并在板72和凸环86之间延伸。管道82，84被设置在相邻的角撑板之间。管道82，84由金属制成并可通过铸造或其它适当方式制造。
凸环86支承在环形轴承110上以便可以转动，并且环形轴承由阀架的凸缘96支承。环形轴承110的径向内部设置有一环形齿轮112，用以驱动旋转头70。如图所示驱动电机114位于筒形件内，轴116直接连接于环形齿轮112。驱动电机114支承在阀架凸缘94上。作为另一种选择，如图1所示，驱动电机114可支承在筒形件90的外面，细长轴117延伸进筒形件90并连接于环形齿轮112。
阀40的旋转头70和圆盘传送器30由分离的驱动装置驱动并设置驱动装置的同步装置。在本发明的一最佳实施例中，如图1所示，同步装置包括一光学编码装置120a，120b，该装置分别固定在旋转头70和圆盘传送器30上的一转动件上，和一固定光学传感器122a，122b，用以阅读光代码以确定转动件的角度位置。如图1所示，光学编码装置120a固定在旋转头驱动装置115的轴117上。光学传感器122b位于阀架凸缘94上。光学编码装置120a位于圆盘传送器30的轴38上并且传感器122b相对于光学编码装置固定。一控制装置连通两个光学传感器122a，122b并控制驱动电机115和圆盘传送器电机34，以协调和同步旋转头70和圆盘传送器30的旋转运动。当在工艺中改变循环时间时控制装置也同步旋转头70和圆盘传送器30的旋转速度。
通过将圆盘传送器30的驱动装置与阀40的驱动装置分开，可以按比例扩大本发明的设备以用于大流体流量以及相应的大接触容器和阀，而不会遇到传统设备所面临的问题，例如会造成阀和圆盘传送器不能对准的过度轴扭曲。此外，阀40的整体结构也允许方便地将其从圆盘传送器30上卸下，进行修理和调整，而且也可以在将阀安装在设备上之前试验该阀。
以上内容描述了本发明的最佳原理、实施例和操作模式。然而，不应当认为本发明受所讨论的特定实施例的限制。相反，上述实施例仅用以说明而非限制，并且应当理解其它人可作出改动、改变和等同物而不偏离后面的权利要求书所限定的本发明范围。
权利要求
1.一种流体-固体接触设备，包括一组用于盛放固体的容器(20)，每个容器都有一液体的供给管道(22)和排出管道(24)；一支承容器(20)的旋转支架(30)；一用于使该支架绕一旋转轴(A)旋转的装置(34，36)；一个单一的阀(40)，用于控制至少一种流体供入或排出容器(20)，其特征在于所述阀包括一环形盘(50)，具有一构成盘形阀表面(54)的平面表面；多个形成在该环形盘中的管道(44，46)，这些管道延伸至该平面表面而形成盘形阀表面中的开口；一可旋转的环形板(723)，其具有一形成平板阀表面(74)的平面表面；和多个用于在该平板阀表面上形成阀口的孔(76)，该平板阀表面与该盘形阀表面相接触；多个与在与该平面表面的相反表面上的板相连的供给管道和排出管(80，82)，每一管与所述的一个孔(76)连通并与该容器的一个供给和排出管道(22，24)相连；用于使环形板(72)绕支架(30)的旋转轴(A)旋转的装置(112，114，115，117)。
2.按照权利要求1的设备，其特征在于所述环形板(72)的旋转装置是与支架(30)的旋转装置分开的。
3.按照权利要求1或2的设备，其特征在于还包括用于使支架(30)的旋转和环形板(72)的旋转同步的装置(120a，120b，122a，122b)。
4.按照权利要求1-3中之一的设备，其特征在于将该盘形阀表面(54)压向平板阀表面(74)的是一施力装置(100)。
5.按照权利要求4的设备，其特征在于所述施力装置包括一位于该盘形阀表面(54)对面的该环形盘的上水平面上的环形软外壳(100)，该软外壳覆盖了面积大致等于该盘形阀表面的面积；和用于将该软外壳与一加压流体源相连的装置。
6.按照权利要求3-5中之一的设备，其特征在于所述用于使旋转同步的装置使支架(30)和环形板(70)的角度取向和旋转速度同步。
7.按照权利要求3-6中之一的设备，其特征在于所述用于使支架(30)和环形板(72)旋旋同步的装置包括与支架(30)和环形板(72)中的每一个一起旋转的光学编码装置(120a，120b)和对于该光学编码装置位置相对固定设置的光学传感器(120a，120b)，用于探测和提供一表示该光学编码装置的相对旋转位置的信号；所述同步装置还包括响应从该光学传感器所接收到的信号来控制该支架(30)和环形板(72)旋转的装置。
8.按照前述权利要求之一的设备，其特征在于支撑该环形板(72)的装置包括一固定在该环形板的一径向内边缘上的筒形体(84)和多个角撑板(88)，角撑板(88)从筒形体(84)的外筒形表面径向向外延伸并固定在该环形板的下表面上。
9.按照权利要求8的设备，其特征在于在该筒形体的下边缘设有一环形轴承(110)。
10.按照权利要求9的设备，其特征在于在该环形轴承(110)上固定一环形齿轮(112)，其中用于使环形板旋转的装置驱动该环形齿轮(112)。
11.按照前述权利要求中之一的设备，其特征在于该环形盘(50)是由塑料制成。
12.按照前述权利要求中之一的设备，其特征在于该环形板(72)是由金属制成。
13.按照前述权利要求中之一的设备，其特征在于所述环形板(72)上的孔(76)被设置为沿一第一圆周的入口孔和沿一与该第一圆周同心的第二圆周的出口孔。
14.按照前述权利要求中之一的设备，其特征在于所述容器包括用于盛放固体吸收材料的装置，用于与流经该容器(20)的流体接触。
全文摘要
一种流体－固体接触设备包括一组支承在一旋转圆盘传送器(30)上的容器(20)，每个容器带有一供给管道(22)和一排出管道(24)，和单独一个用于控制流体供入和排出容器的阀(40)。该阀包括一固定的环形盘(50)，它具有一个形成盘形阀表面(54)的下部平表面和一组管道(44，46)，和一个可转动的环形板(72)，它具有一个形成平板阀表面(74)的上部平表面和一组在平板阀表面形成阀孔的孔(76)。使平板阀表面与盘形阀表面在压力下接触。支承容器的支架和环形板由独立的装置驱动。为保证阀孔在转动时与转动的容器支架协调，本发明包括使支架和环形板的转动同步的光学控制装置。
文档编号B01J19/00GK1431038SQ0215610
公开日2003年7月23日 申请日期2002年12月4日 优先权日1995年4月19日
发明者G·J·罗斯特尔, R·J·里莱 申请人:先进分离技术公司