超重力精馏技术的研发及产业化应用 共39页PPT资料
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力技术可实现精馏设备小型高效的目标。
一、项目背景
本项目研发的折流式超重力床是我国原创的精馏设 备，并实现了产业化，技术处于国际先进水平，其工业 应用成功丰富了精馏技术；
超重力精馏技术适合精细化工、医药化工等产品品 种多，批量小的场合以及高粘度、热敏物料的分离和空 间受限的场合。
超重力技术简介
液体
1.上板静止下板旋转，可省掉上动密封，设备可靠性提
高 2.上板静止，进料口可设置在上板任意位置，实现中间
进料，因而可用于连续精馏过程 3.转子的气液接触元件为折流圈，不需要中心进料的液
体分布器，防堵塞的能力强
4.转子内气液以“S”形路线通过折流圈，流动路径增 长，停留时间延长，有利于提高传质效率
5.易于在一个壳体内实现多转子同轴串联，理论塔板数
1812年第一座 精馏塔应用， 已有近200年 的历史。
精馏塔
超重力精馏装置
二、超重力技术(Higee)
英国ICI公司Ramshaw 教授在1981年申请了世 界上第一个填料式超重 力床专利；
已在吸收、解吸、气 液反应和纳米材料制备 中得到应用；
开始的研究目标用于 精馏，但未能在精馏成 功应用。
600m3/h
2
n=1000rpm
3
1.5
Q=300m3/h
600rpm 800rpm 1000rpm 1200rpm 1330rpm
压降 P (kPa) 压降P (kPa)
2
1
1
(a)
0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 液相流量 L (l/h)
0.5
(b)
0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 液相流量 L (l/h)
超重力精馏技术的研发 及产业化应用
浙江工业大学 计建炳
2019年3月
一、项目背景
1、化学工业一方面向大型化发展，另一方面向产品功能 化精细化方向发展；
2、随着环保要求和生产成本的不断提高，多品种小批量 的溶剂回收日益增多；
3、资源能源节约日趋紧迫。 因此，研发小型高效的化工装备对于节能减排，满足
化学工业发展的新需求具有重要的意义。 化工过程强化是实现设备小型高效的重要途径，超重
液体
气体
气体
二、超重力技术(Higee)
起源：1970 年代末期美国太空计划征求微重力场研究项 目，英国 ICI 新科学研究小组提出。 Higee原理：利用离心力场代替重力场，气液传质速率提 高10倍以上。
液相
g
气相
a=w2r
液相
气相
常规气液接触设备
超重力气液接触设备
二、超重力技术(Higee)
成倍的提高
压降 P (kPa) 压降 P (kPa)
五、设备性能研究
气体流量对压降的影响
4
600rpm
3.5
800rpm
1000rpm
3
1200rpm
1330rpm 2.5
2 L=600l/h
1.5
1
0.5
(a)
0wk.baidu.com
0 100 200 300 400 500 600 700 气相流量 Q (m 3/h)
二、超重力技术(Higee)
现有超重力旋转床的缺点
1.每台设备需2个动密封，多转子串联困难，且上动密 封易腐蚀而影响设备的寿命。
2.转子整体转动，故难以实现中间进料，只能用于全回 流。若要实现连续精馏，则需用2台旋转床。
3.转子的直径有限(受动平衡的限制)，而且因气液接触 时间极端短，设备的分离能力受到限制，不能满足常 规精馏分离的要求。
Rotating Packed Bed (HIGEE)
Liquid Inlet
Gas Inlet
Gas Outlet
Rotor
Rotating Shaft
Liquid Outlet
二、超重力技术(Higee)
常见超重力旋转床的结构 碟片填料式
螺旋板式
二、超重力技术(Higee)
超重力旋转床的优点
1.传质效率/通量非常高，不易液泛； 2. 液速非常高，适于高粘度物料的处理； 3. 微观混合程度很大，适于制备纳米粉体材料； 4. 持液量很小，适于贵重/有毒物料的处理； 5.气液停留时间极短，适于热敏物系的分离； 6.转子可自清洗，适于含固/结垢物料处理； 7.安装方向随意，抗颠簸，可安装于运动物体。
四、结构创新——折流式超重力床
3、动、静折流圈作为气液接触元件，气液分布均匀。
每个传质单元0.7块理论板， 27块/米
四、结构创新——折流式超重力床
冷凝器
精
馏
中间
段
进料
顶产品
提 馏 段
再沸器
(a)填料塔
底产品
冷凝器
中间 进料
顶产品
精馏段 提馏段
再沸器
底产品
(c)折流式超重力床
四、结构创新——折流式超重力床 折流超重力旋转床特点
三、填料式超重力床未能在精馏中应用的原因
1、难以在转冷凝子器 上进料；2、分中离间能7力不8 能满足精9 1馏0 的11要求
6
进料
12 顶产品
中间 进料
精馏段
5
4
3
2
1
提馏段
再沸器
(b)填料式超重力床
1-下盖板 2-下动 3-转轴 4-液体出口 5-壳体 6-转子 7-气体出口 8-液体进口 9-液体分布器 10-上动密封 11-上盖板 12-气体进口
7
0l/h
6
400l/h
600l/h
5
800l/h
1000l/h
1240l/h 4
n=1200rpm
3
2
1
(b)
0 0 200 400 600 800 1000 气相流量 Q (m 3/h)
五、设备性能研究
夜体流量对压降的影响
5
2.5
100m3/h
400m3/h
200m3/h
500m3/h
4
300m3/h
四、结构创新——折流式超重力床
5
34
2
1
67
液体 填 入口 料
8
10
9
液体出
口
气体
出口 动
密
封
入气
口体
动 密 封
四、结构创新——折流式超重力床
2、多层转子同轴可放便可靠地串联，分离能力大大提高。
7
89
四层转子串联
6
可以达到32块
5
10
理论塔板数 4-2
4-3
4-1
3
2
1
12
11
1- 动 盘 2- 动 折 流 圈 3- 气 体 进 口 41,2,3－液体进口5-静盘 6－静折流圈 7-气体出口8-导流管 9-回流管 10-壳 体 11-液体出口12-转轴
结构：1、转子整体旋转，
2、转子与气相管之间有动密封。
四、结构创新——折流式超重力床
1、转子由动、静部件组合，可在转子上进料， 省掉转子与气相管的动密封。
4
5
6
7
8
3
2
1
11
10
9
1-动盘 2-动折流圈 3-气体进口 4-静折流圈 5-静盘 6-气 体出口 7-液体进口 8-中间进料 9-壳体 10-液体出口 11转轴
一、项目背景
本项目研发的折流式超重力床是我国原创的精馏设 备，并实现了产业化，技术处于国际先进水平，其工业 应用成功丰富了精馏技术；
超重力精馏技术适合精细化工、医药化工等产品品 种多，批量小的场合以及高粘度、热敏物料的分离和空 间受限的场合。
超重力技术简介
液体
1.上板静止下板旋转，可省掉上动密封，设备可靠性提
高 2.上板静止，进料口可设置在上板任意位置，实现中间
进料，因而可用于连续精馏过程 3.转子的气液接触元件为折流圈，不需要中心进料的液
体分布器，防堵塞的能力强
4.转子内气液以“S”形路线通过折流圈，流动路径增 长，停留时间延长，有利于提高传质效率
5.易于在一个壳体内实现多转子同轴串联，理论塔板数
1812年第一座 精馏塔应用， 已有近200年 的历史。
精馏塔
超重力精馏装置
二、超重力技术(Higee)
英国ICI公司Ramshaw 教授在1981年申请了世 界上第一个填料式超重 力床专利；
已在吸收、解吸、气 液反应和纳米材料制备 中得到应用；
开始的研究目标用于 精馏，但未能在精馏成 功应用。
600m3/h
2
n=1000rpm
3
1.5
Q=300m3/h
600rpm 800rpm 1000rpm 1200rpm 1330rpm
压降 P (kPa) 压降P (kPa)
2
1
1
(a)
0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 液相流量 L (l/h)
0.5
(b)
0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 液相流量 L (l/h)
超重力精馏技术的研发 及产业化应用
浙江工业大学 计建炳
2019年3月
一、项目背景
1、化学工业一方面向大型化发展，另一方面向产品功能 化精细化方向发展；
2、随着环保要求和生产成本的不断提高，多品种小批量 的溶剂回收日益增多；
3、资源能源节约日趋紧迫。 因此，研发小型高效的化工装备对于节能减排，满足
化学工业发展的新需求具有重要的意义。 化工过程强化是实现设备小型高效的重要途径，超重
液体
气体
气体
二、超重力技术(Higee)
起源：1970 年代末期美国太空计划征求微重力场研究项 目，英国 ICI 新科学研究小组提出。 Higee原理：利用离心力场代替重力场，气液传质速率提 高10倍以上。
液相
g
气相
a=w2r
液相
气相
常规气液接触设备
超重力气液接触设备
二、超重力技术(Higee)
成倍的提高
压降 P (kPa) 压降 P (kPa)
五、设备性能研究
气体流量对压降的影响
4
600rpm
3.5
800rpm
1000rpm
3
1200rpm
1330rpm 2.5
2 L=600l/h
1.5
1
0.5
(a)
0wk.baidu.com
0 100 200 300 400 500 600 700 气相流量 Q (m 3/h)
二、超重力技术(Higee)
现有超重力旋转床的缺点
1.每台设备需2个动密封，多转子串联困难，且上动密 封易腐蚀而影响设备的寿命。
2.转子整体转动，故难以实现中间进料，只能用于全回 流。若要实现连续精馏，则需用2台旋转床。
3.转子的直径有限(受动平衡的限制)，而且因气液接触 时间极端短，设备的分离能力受到限制，不能满足常 规精馏分离的要求。
Rotating Packed Bed (HIGEE)
Liquid Inlet
Gas Inlet
Gas Outlet
Rotor
Rotating Shaft
Liquid Outlet
二、超重力技术(Higee)
常见超重力旋转床的结构 碟片填料式
螺旋板式
二、超重力技术(Higee)
超重力旋转床的优点
1.传质效率/通量非常高，不易液泛； 2. 液速非常高，适于高粘度物料的处理； 3. 微观混合程度很大，适于制备纳米粉体材料； 4. 持液量很小，适于贵重/有毒物料的处理； 5.气液停留时间极短，适于热敏物系的分离； 6.转子可自清洗，适于含固/结垢物料处理； 7.安装方向随意，抗颠簸，可安装于运动物体。
四、结构创新——折流式超重力床
3、动、静折流圈作为气液接触元件，气液分布均匀。
每个传质单元0.7块理论板， 27块/米
四、结构创新——折流式超重力床
冷凝器
精
馏
中间
段
进料
顶产品
提 馏 段
再沸器
(a)填料塔
底产品
冷凝器
中间 进料
顶产品
精馏段 提馏段
再沸器
底产品
(c)折流式超重力床
四、结构创新——折流式超重力床 折流超重力旋转床特点
三、填料式超重力床未能在精馏中应用的原因
1、难以在转冷凝子器 上进料；2、分中离间能7力不8 能满足精9 1馏0 的11要求
6
进料
12 顶产品
中间 进料
精馏段
5
4
3
2
1
提馏段
再沸器
(b)填料式超重力床
1-下盖板 2-下动 3-转轴 4-液体出口 5-壳体 6-转子 7-气体出口 8-液体进口 9-液体分布器 10-上动密封 11-上盖板 12-气体进口
7
0l/h
6
400l/h
600l/h
5
800l/h
1000l/h
1240l/h 4
n=1200rpm
3
2
1
(b)
0 0 200 400 600 800 1000 气相流量 Q (m 3/h)
五、设备性能研究
夜体流量对压降的影响
5
2.5
100m3/h
400m3/h
200m3/h
500m3/h
4
300m3/h
四、结构创新——折流式超重力床
5
34
2
1
67
液体 填 入口 料
8
10
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液体出
口
气体
出口 动
密
封
入气
口体
动 密 封
四、结构创新——折流式超重力床
2、多层转子同轴可放便可靠地串联，分离能力大大提高。
7
89
四层转子串联
6
可以达到32块
5
10
理论塔板数 4-2
4-3
4-1
3
2
1
12
11
1- 动 盘 2- 动 折 流 圈 3- 气 体 进 口 41,2,3－液体进口5-静盘 6－静折流圈 7-气体出口8-导流管 9-回流管 10-壳 体 11-液体出口12-转轴
结构：1、转子整体旋转，
2、转子与气相管之间有动密封。
四、结构创新——折流式超重力床
1、转子由动、静部件组合，可在转子上进料， 省掉转子与气相管的动密封。
4
5
6
7
8
3
2
1
11
10
9
1-动盘 2-动折流圈 3-气体进口 4-静折流圈 5-静盘 6-气 体出口 7-液体进口 8-中间进料 9-壳体 10-液体出口 11转轴