化学工业的_晶体管_超重力工程技术研究及应用_教育部超重力工程研究中心主任陈建峰
超重力技术的研究及应用
超重力技术的研究及应用郭浩;牛杰【摘要】超重力技术是一种过程强化技术,通过离心力实现传质过程的强化.超重力技术广泛应用于吸收、蒸馏、汽提、萃取等分离过程,在化工、环保等领域也有广阔的应用前景.论述了超重力技术的基本原理及特点,重点介绍了超重力技术在化工尾气处理、精馏、纳米材料、催化剂制备及消除粉尘等方面的应用,并对超重力技术的研究方向和应用前景做了展望.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】4页(P61-64)【关键词】超重力;过程强化;吸收;蒸馏;传质过程【作者】郭浩;牛杰【作者单位】中国石化长城能源化工(宁夏)有限公司;中国石化长城能源化工(宁夏)有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8超重力HIGEE（high gravity）技术是一种过程强化的新技术，主要是通过强大的离心力——超重力，使气-液流速及填料的比表面积大大提高，液体在高湍动、高分散、强混合及界面更新急速的条件下与气体以极大的相对速度在弯曲流道中逆向接触，从而强化传质过程。
超重力技术广泛应用于吸收、蒸馏、汽提、萃取等分离过程［1］。
与传统技术相比，超重力技术在实际应用中主要有以下特点［1-5］：（1）传递效率显著提高，传递系数可提高1～3个数量级，极大地减小了设备的体积，降低了设备投资。
（2）物料在设备内的停留时间极短（0.1～1.0 s），适用于某些特殊的反应及处理过程。
（3）易于操作及开停车，维护检修方便。
（4）填料不易堵塞。
（5）气相压降小，动力能耗小，适用于大气量、高气速的场合。
超重力设备结构如图1所示，主要由外壳、转轴、转子、填料及液体分布器等组成。
该设备核心部分是转子，其主要作用是装载和固定填料，在动力驱动下带动填料旋转，以实现良好的气液接触。
在压力作用下，气相由进气口进入外腔，在转轴外缘处进入填料，最后从排气口排出；液体由喷水管进入，经喷头洒在转轴内缘，在离心力的作用下进入转轴外缘。
超重力反应强化技术及工业应用
超重力反应强化技术及工业应用初广文;邹海魁;曾晓飞;王洁欣;陈建峰【摘要】面向国家节能减排和产业转型升级的重大需求,围绕超重力反应强化新方向,以“新理论-新装备-新技术-工业应用”为主线,经过近30年的系统创新研究,开创了超重力反应工程新学科方向,发明了超重力强化反应结晶、多相反应及反应分离等系列新工艺,取得了国际原创性的成果.在新材料、化工、海洋工程、环保等流程工业领域成功实现了大规模工业应用,产生了显著的节能、减排、高品质化和增产成效.【期刊名称】《北京化工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(045)005【总页数】7页(P33-39)【关键词】超重力技术;反应过程强化;反应结晶;多相反应;反应分离【作者】初广文;邹海魁;曾晓飞;王洁欣;陈建峰【作者单位】北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京100029;北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京 100029;北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京 100029;北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京 100029;北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】TQ021引言超重力技术源于美国太空宇航实验，英国帝国化学公司新学科研究组Ramshaw等[1]于1979年提出了“Higee(high gravity)”概念，利用旋转填充床(rotating packed bed，RPB)模拟超重力环境，诞生了超重力分离技术。
如图1所示，旋转填充床主要由转子和壳体组成。
通过转子旋转产生离心加速度模拟超重力环境，可以使流经转子填料的液体受到强烈的剪切力作用而被撕裂成极细小的液滴、液膜和液丝，从而提高相界面积和界面更新速率，使相间传质过程得到强化。
图1 旋转填充床结构示意图Fig.1 Schematic illustration of the rotating packed bed北京化工大学教育部超重力工程研究中心郑冲教授于1989年正式开始与美国合作，开展超重力技术基础与分离技术研究。
化学工业的_晶体管_超重力工程技术研究及应用_教育部超重力工程研究中心主任陈建峰
化工管理决策参考$行业聚焦化学工业的“晶体管”———超重力工程技术研究及应用———教育部超重力工程研究中心主任陈建峰访谈本刊记者朱永坤在地面上，自然界的事物都受到地球重力场的作用，反映出常规重力条件下的规律和特点。
然而，随着空间技术的迅速发展，作为两种极端的物理条件：微重力环境和超重力环境则为物理学、生物学、流体力学、化学、化学工程学、材料科学、生命科学等学科的研究开辟了新的天地，为科学的发展注入了新的活力，同时也孕育了新学科的诞生，以及新的研究成果的出现。
在微重力科学成为当前研究热点的同时，超重力科学也开始引起了人们的普遍关注和重视。
教育部超重力工程研究中心（原北京化工大学超重力工程研究中心）成立于!""#年，是北京化工大学建立的我国第一个从事超重力科学研究的工程技术中心。
在过去的!#年里，该中心开展了一系列创新性的研究工作，在超重力技术的基础和应用研究方面，取得了多项具有国际领先水平或国际先进水平的研究成果。
为此，记者近日就超重力工程技术在国民经济建设中的地位和作用、超重力工程技术研究在国内取得了哪些科研成果及有关工业化应用等，专门前往设立在北京化工大学的教育部超重力工程研究中心进行了采访，并得到了研究中心主任陈建峰博士（教授、博士生导师）、研究中心副主任王玉红博士（副研究员）的热情接待。
在参观了研究中心之后，陈建峰主任针对上述问题回答了记者的提问。
记者：超重力工程技术在国民经济建设中具有怎样的地位和作用？陈建峰：超重力工程技术是一项突破性地强化“三转一反”过程的新技术，是适用于能源、材料、石油、化工、环境、生物等多个领域并可带来巨大经济效益和社会效益的新技术。
由于超重力技术设备具有体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵活等优点，它一旦在某个行业工业示范成功后，就能较快得到推广。
由于超重力技术设备还具有不怕震动、任意方位安装、物料在设备内停留时间短、适合于快速反应和选择性吸收等特点，使这项新技术有着比传统的分离反应技术更为广阔的应用范围，可用于一些传统技术不能胜任的场合，因此，它被喻为化学工业的“晶体管”，是“跨世纪的新技术”。
超重力在精馏中的应用
传统精馏的取代者——超重力精馏闪俊杰刘润静杜振雷马建兵崔文豪摘要：对超重力技术在化工中应用的现状,尤其是在精馏领域的应用作了较全面的总结。
介绍了超重力技术的基本原理和特点及超重力精馏的基本流程图,并对其在精馏领域的优越性进行了较为详细的叙述。
Abstract:A comprehensive review on the recent advances of HIGEE applied in chemical industry and especially in distillation is given in this paper. The basal principium and characteristic of HIGEE are presented.And the basic flowsheet of distillation in the high-gravity condition is also given.At the same time ,the superiority of HIGEE in the field of distillation is described in detail. 关键词：超重力精馏相间传质分离在化学工业中，高达百分之八十的投资用于化工产品的净化和提纯，而精馏无疑是其中最重要的操作单元之一，精馏技术的发展直接关系到产品的质量、生产的效率及能耗的高低。
因此，现有精馏技术的提高将会大大促进化学工业发展并显著提高其经济效益，超重力精馏就是一种较前沿的分离技术。
目前超重力技术已经凭借其独特的优点成功应用于化学工业的多个领域，如包括超细粉体制备、油田注水脱氧、脱硫、除尘、精馏以及吸收等。
本文将重点介绍超重力技术在精馏方面的应用。
1.超重力技术的基本原理超重力是在比地球重力大的多的环境下物质所受到的力。
在超重力的环境下，不同大小分子间的分子扩散与相间传递过程均比常规重力场下的要快得多，气－液、液－液及液－固两相在比地球重力场大数百倍至数千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使得相间传质速率比传统的塔器中的提高1～3个数量级，极大强化了微观混合和传质过程，从而有效的促进了许多化学反应过程[1]。
超重力分离技术解读
超重力气-固接触技术的突出特点主要表现在以下3个方面: a. 在超重力流化床中，由于重力场强度和流化速度均可调 节,因此可将流化速度控制在鼓泡速度之下操作，从而获得 良好的流化质量。
b. 在超重力条件下,由于颗粒有效重力增加，因而流化时气 固之间的相互作用(相对速度)大大增强，从而使其传质传热 速率远高于传统流化床。
动、强混合以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相 对速度在弯曲孔道中逆向接触,极大地强化了传质过程。超 重力技术被认为是强化传递和多相反应过程的一项突破性 技术,被誉为“化学工业的晶体管”和“跨世纪的技术”
气相经气体进口管由切向引入转子外腔,在气体压 力的作用下由转子外缘处进入填料。液体由液体进 口管引入转子内腔,经喷头淋洒在转子内缘上。进 入转子的液体受到转子内填料的作用,周向速度增 加,所产生的离心力将其推向转子外缘。在此过程 中,液体被填料分散、破碎形成极大的、不断更新 的表面积,曲折的流道加剧了液体表面的更新。这 样,在转子内部形成了极好的传质与反应条件。液 体被转子抛到外壳汇集后经液体出口管离开超重机。 气体自转子中心离开转子,由气体出口管引出,完成 传质与反应过程。
离心力场(超重力场) 被用于相间分离,无论在日常生活还是 在工业应用上,都已有相当长的历史。但为一项特定的手段 用于传质过程的强化,引起工业界的重视是70 年代末出现的 “Higee”, 这是英国帝国化学公司的ColinRamshaw 教授领 导的新科学小组提出的专利技术。它的诞生最初是由设想
用精馏分离去应征美国太空署关于微重力条件下太空实验 项目引起的。70 年代末至80 年代初,英国帝国化学工业公司 ( ICI) 连续提出被称之为“Higee”的多项专利。利旋转填 料床中产生的强大离心力———超重力,使气、液的流速及 填料的比表面积大大提高而不液泛。液体在高分散、高湍
超重力技术——精选推荐
超重力技术：担当提质降耗重任化工过程强化已被列为化学工程优先发展的领域，而超重力技术是其中最受关注的关键技术之一。
采用超重力技术可在降低物耗能耗的同时，生产出更高质量的产品。
该技术具有广泛的适用性，有望担当起提质降耗、节能减排的重任，因而成为21世纪过程工业强化的主导技术之一。
前沿技术获得重点扶持北京化工大学化学工程学院院长、教育部长江学者特聘教授陈建峰博士介绍，超重力技术的开发研究始于20世纪70年代末，它是利用比地球重力加速度大得多的超重力环境，对传质、传热过程和微观混合过程进行强化的新兴技术。
利用该技术可大幅度提高化学反应的转化率和选择性，显著缩小反应器或分离设备的体积，简化工艺、流程，实现过程的高效节能，减少污染排放，提高产品质量。
“十一五”期间，我国首批启动的“863”重点项目“化工反应过程强化技术”专项，围绕一种关键材料和3项强化技术设立了6个研究课题，其中就有两个涉及超重力技术。
国家科技部对此设定了具体目标：完成气液、液液和气液固等多相反应过程超重力强化新技术和装备的开发，建成工业示范装置；采用超重力反应分离过程强化技术等，开发建设24万吨/年的大型MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）工业示范生产线，实现能耗降低20%以上、产能提高30%，产品的各项性能指标需优于现有装置。
起步较早确立领先地位国外在该领域的研究工作侧重于超重力分离技术的应用开发，重点研究项目包括超重力精馏分离、超重力吸收分离、超重力解吸分离等技术，并在化工、能源领域实现了工业化应用。
我国较早开始了这项前沿技术的研究，在世界超重力技术的研究和应用开发领域占有重要地位，在超重力反应工程等方面具有国际领先水平。
以北京化工大学教育部超重力工程研究中心为例。
该中心从1990年起，一直从事这一高新技术的开发和工业化应用工作，取得了一系列成果并实现产业化，有多种技术和产品出口欧盟、美国、新加坡等国家和地区，确立了我国在国际超重力技术领域的核心地位。
超重力旋转床转子结构与性能研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第10期·3558·化 工 进展超重力旋转床转子结构与性能研究进展陆佳冬，王广全，耿康生，计建炳（浙江工业大学化学工程学院，浙江省生物燃料利用技术研究重点实验室，浙江 杭州 310014）摘要：超重力旋转床自问世以来受到了广泛的关注，并已应用于化学工业之中。
目前，超重力旋转床转子结构的改进主要是根据其流体力学以及传质性能的要求不断地进行优化。
本文根据超重力旋转床转子结构的不同，将其分为填料式、板式和复合式3种类型，并据此介绍了不同类型超重力旋转床的转子结构特点和研究现状，并对其流体力学和传质性能进行了总结、对比和分析，指出了不同类型超重力旋转床转子的优点和可能存在的问题，对化工生产过程中超重力旋转床的选型以及转子结构的研究具有指导作用。
最后提出了超重力旋转床在应用方面研究的不足，并对其未来可能的发展方向进行展望，指出超重力旋转床转子结构的改进可以从填料和液体分布等方面进行研究，应用范围可以从装备集成方面进行拓展。
关键词：超重力旋转床；转子结构；填料床；流体力学；传质中图分类号：TQ051.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2017）10-3558-11 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0334Research progress on rotor structure and performance of higeerotating bedLU Jiadong ，WANG Guangquan ，GENG Kangsheng ，JI Jianbing（Zhejiang Province Key Laboratory of Biofuel ，College of Chemical Engineering ，Zhejiang University of Technology ，Hangzhou 310014，Zhejiang ，China ）Abstract ：The higee rotating bed has drawn a wide attention since it was introduced. It has been applied in the chemical industries. Now ，the structural improvement of higee rotating bed is optimized according to the requirements on the hydrodynamic and mass transfer performance. In this paper ，based on different rotor structures ，the higee rotating bed was classified into three types ：packed rotating bed ，plate rotating bed and compound rotating bed. The rotor structure features and recent researches of different types of higee rotating beds were introduced and their hydrodynamic and mass transfer performance was analyzed and summarized ，the advantages and potential problems were pointed out. The results can be used as guidance for the selection of the rotating bed and the study of rotor structure in chemical production processes. Finally ，the insufficiencies of application research and the possible developmental direction of higee rotating bed were indicated. The improvement of the rotor structure of higee rotating bed can be achieved from the aspects of the packing and the liquid distribution ，and the application expansion from the aspect of the equipment integration was also suggested.Key words ：higee rotating bed ；rotor structure ；packed bed ；hydrodynamics ；mass transfer过程强化技术是指在完成生产目标的前提下，大幅减小设备体积以及数量，从而提高生产效率，减少污染，降低成本的一种技术。
旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展
旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展张建文;高冬霞;李亚超;陈建峰【摘要】旋转填充床作为一种高效的传质、分离与反应设备,在化工、环境保护、纳米材料制备、能源、制药等工业过程得到广泛应用.本文对旋转填充床超重力环境下,流体力学特性、传质性能、微观混合、多尺度传递特性等方面的研究进行了总结归纳.近年来,随着计算机科学与多相流传递过程的研究进展,对传递过程的研究也由实验手段为主转变为实验与数值模拟相结合的手段,对有关的数值模拟研究以及相应的多相流模型也予以总结描述.在此基础上,对旋转填充床超重力环境下多相流研究的未来发展提出了有关设想.%As a highly efficient equipment for mass transfer, separation and reaction, rotating packed bed (RPB) has been widely used in chemical engineering, environmental protection, nanomaterial preparation, energy engineering, pharmaceutical engineering and other industrial processes. In this paper, fluid mechanics, mass transfer, micro-mixing, multi-scale transfer in high gravity environment are reviewed. In recent years, with the advances in computer science and multiphase transfer process, the study on multiphase transport phenomena in RPB have evolved from experiments mainly to the combination of experiments and numerical simulation. The advance in the modeling of multiphase transport phenomena and the numerical simulation in RPBs are summarized. The direction and focus of future research on multiphase transport phenomena in high gravity environment are proposed.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2013(064)001【总页数】9页(P243-251)【关键词】旋转填充床;超重力环境;多相流传递;微观混合;多尺度现象;过程强化【作者】张建文;高冬霞;李亚超;陈建峰【作者单位】北京化工大学流体力学与传热研究室,北京100029;北京化工大学流体力学与传热研究室,北京100029;北京化工大学流体力学与传热研究室,北京100029;北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TQ027.1引言1976年，英国帝国化学公司（ICI）Colin Ramshow教授等对微重力场下化工分离单元操作——蒸馏、吸收等的效果进行了研究，结果表明浮力因子接近零使传质过程严重受阻、液体表面张力起主导使液体团聚在一起不易分离；与此相反，在超重力环境下，液体的表面张力变得微不足道，且液体被巨大的剪切力撕裂为不同形态的微元，使相界面积增大，对传质非常有利［1］。
超重力技术研究已通过课题验收
超重力技术研究已通过课题验收
从北京化工大学获悉，由其承担的863 计划新材料领域项目新型精细化学品超重力法制备关键技术研究已通过课题验收。
针对传统药物颗粒大、水溶性差、生物利用度低等工业难题，项目组创新性开发出超重力法制备纳微结构药物颗粒的新技术。
目前采用该技术已研制出近40 种纳微结构药物颗粒产品。
据悉，超重力法是药物纳米化的下一代战略性技术。
目前项目组已构筑具有我国自主知识产权、高性能低成本的纳微结构药物颗粒超重力法制备平台技术体系，申请发明专利17 件，授权6 件。
该项目的许多技术产品已出口到欧美等国家和地区。
北京化工大学教授陈建峰表示，治疗类和营养类药物原料是两类具有广阔市场前景的高附加值精细化学品。
但我国精细化工行业普遍存在产品档次低、过程能耗高、物耗大和污染重等问题。
对于治疗类药物原料，目前全世界超过40%新开发药物由于水溶性差，造成溶解和吸收困难，生物利用度低。
在国家863 计划支持下，北京化工大学与浙江新和成股份有限公司、北京万生药业有限公司等单位通过产学研合作，针对传统药物存在的颗粒大、水溶性差、生物利用度低等工业难题，通过对超重力结晶器中分子混合、传递及结晶过程调控机制等进行理论研究，创新性地提出了超重力法制备纳微结构药物颗粒的新技术。
新技术包括超重力反溶剂沉淀法、连续乳化法、反应结晶法及其耦合新工艺，采用该技术研制出以平均粒径25 纳米的水飞蓟宾、293 纳米的头孢呋辛酯为代表的近40 种纳微结构药物颗粒产品。
与原药物颗粒相比，纳微结构药物溶出速率显著提高，呈现出突出的纳微化效。
超重力旋转床
大气量超重力机
一种大气量超重力机，包括机壳及其端盖，传动机构及转动机构，进料喷料机构，集料出料机构，进气管；其特征在于所述传动机构包括由双轴承箱支承的主轴，主轴的一端穿过机壳，与机壳内的离心筐固定密封连接，在双轴承箱与机壳之间的主轴上装密封填料函；所述转动机构包括表面有通孔的开口离心筐，在与离心筐的通孔所对的内腔装有环形填料层，离心筐的开口端与有通孔的离心筐端盖固定密封连接，离心筐端盖的一端伸入到机壳端盖的直管段内，并与机壳端盖上的气密封圈固定连接；在机壳端盖的直管段的出口处装有除沫器；进料喷料机构包括进料管，进料管固定在机壳端盖上，其一端位于机壳端盖外，另一端位于机壳端盖内并进入离心筐的端盖内，与环形分布的多头接头固定连接，每一接头上固定有与其连通，并与环形填料层相对，且开有喷料孔的喷液管；集料出料机构包括除沫器的底部有与机壳端盖连通的集液槽，通过溢流管将集液槽和位于机壳下部的集液箱连通，集液箱的底部装有出液管。
3、特点：折流式超重力旋转床与填充式或碟片式等超重力旋转床相比，在结构上具有独特的优点：可以在同一个壳体内方便地在同一轴上安装多层转子，同时可以方便地在任意一个静盘上的任意位置设置进料口，将单台设备的理论板数成倍地提高，从而实现连续精馏过程。折流式超重力旋转床的特点：传质效率高，设备体积小，停留时间短，持液量小，抗堵能力强，操作维修方便，适用于贵重物料、热敏物料、高粘度物料或者有毒物料的处理，可以在高度、大小受限制的场合使用。
旋转填料床最新研究进展
综 述文章编号:1002-1124(2005)02-0035-03 旋转填料床最新研究进展喻华兵,刘有智,石竞竞(中北大学山西省超重力化工工程技术研究中心,山西太原030051) 摘 要:本文对旋转填料床的研究进展进行了评述,具体介绍了几种常见和新型的旋转填料床工作原理并进行了对比,最后对旋转填料床的发展趋势与侧重点做了简要分析。
关键词:旋转填料床;超重力;逆流;错流;折流;撞击流中图分类号:T Q02114 文献标识码:AThe latest progress of rotating p acked bed Y U Hua -bing ,LI U Y ou -zhi ,SHI Jing -jing(N orth University of China ,Research Center forHigh G ravity Chem ical Engineering and T echnology Shanxi Provincial ,T aiyuan 030051,China ) Abstract :In this paper ,the recent progress of rotating packed bed were reviewed ,the operating principle of thesefamiliar and new style rotating packed beds were analysed.F ollowed with the analysis of the trend and em phasis of devel 2opment of rotating packed bed.K ey w ords :rotating packed bed ;high gravity ;reversed stream ;cross flow ;baffling stream ;im pinging stream收稿日期:2004-12-10作者简介:喻华兵(1980-),男,2001年本科毕业,现就读中北大学化学工艺学科硕士研究生。
超重力反应沉淀法合成纳米材料及其应用
技术进展超重力反应沉淀法合成纳米材料及其应用陈建峰 邹海魁 刘润静 曾晓飞 沈志刚(北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京100029)摘要:纳米材料的合成与制备技术已成为全球的研究热点。
介绍了一种独创性的纳米材料合成方法即超重力反应沉淀法。
从成核动力学、传质、多相体系中分子或原子尺度上的混合机理等方面对该方法进行了理论阐述,依此为指导,成功地制备出粒度分布窄化的纳米粉体。
介绍了目前合成的碳酸钙、氢氧化铝、碳酸钡、碳酸锂及碳酸锶等纳米粉体的应用情况。
关键词:超重力反应沉淀法;纳米材料;合成;制备;应用中图分类号:T Q03139 文献标识码:ASynthesis of nanomaterials by high gravity reactive precipitation methodand applicationsCHEN Jian 2feng ,ZOU Hai 2kui ,LIU Run 2jing ,ZENG Xiao 2fei ,SHEN Zhi 2gang(Research Center of M inistry of Education for High G ravity Engineering and T echnology ,Beijing Universityof Chemical T echnology ,Beijing 10029,China )Abstract :Synthesis and preparation technology of nanomaterials is one of research hotspots.This paper describes the novel and innovative method ,the high gravity reactive precipitation method ,to synthesize the nanomaterials.The mechanism and prin 2ciples of the method are described based on nucleation kinetic ,mass trans fer ,mixing mechanism on the scale of m olecule and atom in the multiphase system.The nano scale powder with narrow distribution of particles has been prepared success fully.The applications of synthesized different kinds of nanoparticles including calcium carbonate ,aluminium hydroxide ,barium carbonate ,lithium carbonate ,and strontium carbonate ,etc.are elucidated as exam ples.K ey w ords :high gravity reactive precipitation method ;nanomaterial ;synthesis ;preparation ;application 收稿日期:2001204224 基金项目:国家高技术“863”项目(N o.8632715200920080)。
超重力分离技术.
超重力气-固接触技术的突出特点主要表现在以下3个方面: a. 在超重力流化床中，由于重力场强度和流化速度均可调 节,因此可将流化速度控制在鼓泡速度之下操作，从而获得 良好的流化质量。 b. 在超重力条件下,由于颗粒有效重力增加，因而流化时气 固之间的相互作用(相对速度)大大增强，从而使其传质传热 速率远高于传统流化床。 c. 近年来，随着超细粉体技术的发展， Gel-dart C类颗粒或 超细颗粒的流态化加工过程成为科技界和工业界的关注热 点 ,但这类颗粒由于粘附性强,流化时易形成稳定沟流,因而 难以流态化。但在超重力条件下,气固之间的剪切力大为增 强，有可能克服颗粒之间的团聚力,从而促进聚式流态化向 散式化的转变,从而改善超细颗粒的流化质量。
2.干燥过程 超重力气-固流化床技术研究较多集中于不同物料 干燥过程的应用,包括不同物料初始流化行为和干 燥过程中传质传热速率的研究。如Farkas Lazar等 对片状和块状土豆、胡萝卜和苹果等在超重力(离 心)流化床中的干燥进行了研究,取得了良好的流化 和加工效果Roberts等应用超重力流化床对制作方 便快餐米饭进行了研究;德国学者Alstet-ter用超重 力(离心)流化床干燥密度小、湿含量高的小颗粒物 料。
桂红光，陶俊宇，顾超凡
超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多 相流体系的独特流动行为,强化相与相之间的相对 速度和相互接触,从而实现高效的传质传热过程和 化学反应过程。获取超重力的方式主要是通过转动 设备整体或部件形成离心力场,涉及的多相流体系 主要包括气-固体系和气-液体系。
超重力分离技术是强化多相流传递及反应过程的新 技术，上个超重力机世纪问世以来，在国内外受到 广泛的重视，由于它的广泛适用性以及具有传统设 备所不具有的体积小、重量轻、能耗低、易运转、 易维修、安全、可靠、灵活以及更能适应环境等优 点，使得超重力技术在环保和材料生物化工等工业 领域中有广阔的商业化应用前景。但目前超重力技 术还主要处于应用开发阶段，集中体现在超重力气 -固流态化技术和超重力气-液传质技术两个方面
超重力分离技术
超重力气-固接触技术的突出特点主要表现在以下3个方面: a. 在超重力流化床中，由于重力场强度和流化速度均可调 节,因此可将流化速度控制在鼓泡速度之下操作，从而获得 良好的流化质量。 b. 在超重力条件下,由于颗粒有效重力增加，因而流化时气 固之间的相互作用(相对速度)大大增强，从而使其传质传热 速率远高于传统流化床。 c. 近年来，随着超细粉体技术的发展， Gel-dart C类颗粒或 超细颗粒的流态化加工过程成为科技界和工业界的关注热 点 ,但这类颗粒由于粘附性强,流化时易形成稳定沟流,因而 难以流态化。但在超重力条件下,气固之间的剪切力大为增 强，有可能克服颗粒之间的团聚力,从而促进聚式流态化向 散式化的转变,从而改善超细颗粒的流化质量。
2.干燥过程 超重力气-固流化床技术研究较多集中于不同物料 干燥过程的应用,包括不同物料初始流化行为和干 燥过程中传质传热速率的研究。如Farkas Lazar等 对片状和块状土豆、胡萝卜和苹果等在超重力(离 oberts等应用超重力流化床对制作方 便快餐米饭进行了研究;德国学者Alstet-ter用超重 力(离心)流化床干燥密度小、湿含量高的小颗粒物 料。
离心力场(超重力场) 被用于相间分离,无论在日常生活还是 在工业应用上,都已有相当长的历史。但为一项特定的手段 用于传质过程的强化,引起工业界的重视是70 年代末出现的 “Higee”, 这是英国帝国化学公司的ColinRamshaw 教授领 导的新科学小组提出的专利技术。它的诞生最初是由设想 用精馏分离去应征美国太空署关于微重力条件下太空实验 项目引起的。70 年代末至80 年代初,英国帝国化学工业公司 ( ICI) 连续提出被称之为“Higee”的多项专利。利用旋转填 料床中产生的强大离心力———超重力,使气、液的流速及 填料的比表面积大大提高而不液泛。液体在高分散、高湍 动、强混合以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相 对速度在弯曲孔道中逆向接触,极大地强化了传质过程。超 重力技术被认为是强化传递和多相反应过程的一项突破性 技术,被誉为“化学工业的晶体管”和“跨世纪的技术”
超重力技术及其在材料制备中的应用
超重力技术及其在材料制备中的应用李彬彬;杨绍利;赵均辉;王尊【摘要】超重力技术作为一种过程强化技术，在材料、化工、冶金等领域有着广泛的应用前景。
本文主要介绍了超重力技术在材料制备中的应用。
结合攀枝花丰富的钛资源及其分布情况和铝热法制备Ti－Al基合金遇到的渣－金分离效果不好的难题，提出了超重力技术与铝热法相结合制备Ti－Al基合金的新思路。
%As a technique of process intensification, higee technology has a broad prospect in the numerous fields, such as material, chemical engineering and metallurgy.Higee technology, which materials, wasdescribed.Considering the rich titanium resource as well as its existence form in Panzhihua, and the problem that the slag and Ti-Al based alloys cannot be seperated from each other, a new idea which combined higee technology with thermite method to prepare Ti-Al based alloys was put forward.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)023【总页数】3页(P53-55)【关键词】超重力技术;材料制备;铝热法【作者】李彬彬;杨绍利;赵均辉;王尊【作者单位】西华大学材料科学与工程学院，四川成都 610039; 攀枝花学院，四川攀枝花 617000;攀枝花学院，四川攀枝花 617000;西华大学材料科学与工程学院，四川成都 610039; 攀枝花学院，四川攀枝花 617000;西华大学材料科学与工程学院，四川成都 610039; 攀枝花学院，四川攀枝花 617000【正文语种】中文超重力指比地球重力加速度(9.8 m/s2)大的多的环境下物质所受的力[1]。
北京化工大学超重力工程技术／超重力法合成纳米材料及其应用
北京化工大学超重力工程技术／超重力法合成纳米材料及其应
用
无
【期刊名称】《中国创业投资与高科技》
【年(卷),期】2003(000)009
【总页数】1页(P52)
【作者】无
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TB383
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聚合物晶体工程研究的引领者——记2017年度广东省科学技术突出贡献奖获得者陈小明
14聚合物晶体工程研究的引领者——记2017年度广东省科学技术突出贡献奖获得者陈小明文/冯海波陈小明，中山大学教授、博士生导师，2009年当选为中国科学院院士。
现任生物无机与合成化学教育部重点实验室主任，2000年至2004年长江学者特聘教授。
曾作为第一完成人获国家自然科学奖二等奖1项和广东省自然科学奖一等奖2项，并先后获得香港“求是科技基金会”的“杰出青年学者奖”、第五届“中国青年科技奖”、以及教育部“全国优秀教师”等个人奖励。
曾兼任《无机化学学报》副主编，《中国科学：化学》、《结构化学》、《中国稀土学报》、《中国化学》和《高等学校化学学报》编委，以及Chemcal Communications (RSC) ， CrystEngComm (RSC)，Crystal Growth & Design (ACS)，European Journal of Inorganic Chemistry (Wiley)，Polyhedron (Elsevier)等国际学术刊物的顾委或编委。
主要从事功能配位化学和配位聚合物晶体工程研究。
他和团队在国际上较早开展配位聚合物和多孔金属-有机框架材料研究，是该领域国际上主要开拓者之一。
其中，在国际上首次合成、报道了一种金属—咪唑微孔材料。
因其优异的稳定性和性能，这一新型材料也成为国际上研究最多的金属—有机框架材料之一，有望广泛应用于石油化工和精细化工中的分离、催化过程。
获2017年度广东省科学技术突出贡献奖。
【编者按】32岁成为副教授，33岁破格晋升为教授，35岁成为博士生导师， 39岁被聘为教育部“长江学者”特聘教授，46岁获得国家自然科学奖二等奖（第一完成人），48岁当选为中国科学院院士，52岁又当选发展中国家科学院院士……作为广东土生土长的院士，陈小明潜心于功能配位化学和配位聚合物晶体工程这一前沿基础研究领域近30载，不断攀登学术高峰，赢得了一个又一个荣誉。
超重力技术及应用
0.15 0.15 0.15
0 1.5 1.5
0 450 500
0 11 17
νL δ 4.20 10 2 af ω R
8
ν— 动力学粘度
L — 体积流量 af — 填料比表面积
0.15 0.15 0.15
0.15
1.5 1.5 1.5
1.5
600 750 900
1050
16 4 2
14
ω— 角速度 R — 转子半径
10
超重力技术的原理
•实质：通过旋转产生离心力来模拟超重力
•特征：超重力机以气液、液液两相或气液固三 相在模拟的超重力环境中，多孔填料或孔道内， 进行混合、传质与反应为其主要特征 •核心：对传递和微观混合过程的极大强化
•应用：需要对相间传递过程进行强化的多相过 程，和需要相内或拟均相内微观混合强化的混 合与反应过程
研究领域：油田注水脱氧、酵母发酵、HClO生产、纳米颗粒 19 制备、选择性吸收H2S、MDI生产、脱除SO2……
超重力反应与分离新技术
基础理论
超重力环境下流体流动规律 超重力分子混合机制 超重力传质规律与模型化
超重力反应强化
无机反应 有机反应 聚合反应 吸收/解吸 高粘聚合物脱挥 精馏与汽提 萃取 纳米分散体颗粒 纳微结构药物 纳米材料应用（器件与制品）
设备 液相流动推动力 液泛速度 气液两相停留时 间 填料比表面积 传质比表面积 传质单元高度 设备体积与重量 填料塔 重力g 低 长10-10s 小10-100m2/m3 小 高1-2m 大 超重力机 离心力10-103g 高 短1-100ms 大100-1000m2/m3 大 低1-3cm 小
13
(4) 不易起泡，适于处理表面活性物质；
超重力技术应用研究进展
20
2020 年 10 月
安徽化工 ANHUI CHEMICAL INDUSTRY
Vol.46，No.5 Oct.2020
超重力技术应用研究进展
吕文利，陈明功 （安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南 232001）
摘要：超重力技术是通过高速旋转产生离心力，实现过程传质强化的技术。超重力技术具有设备体积小、开停车容易、效率高等优点，有
2 超重力技术的应用
2.1 化工分离 超重力的发展起源于化工分离的单元操作，如今，
超重力技术日益成熟，广泛应用于汽提、萃取、精馏等化 工分离过程中。
赵靖[3]进行了超重力法汽提废水中醋酸丁酯的试验 研究，采用安装了 FFAP 极性柱和 FID 检测器的气相色 谱仪测定醋酸丁酯。实验结果表明，进口液相流量小于 140 L·h-1，转速 900 rpm 时，液相出口醋酸丁酯浓度可达 到 70 mg/m3 以下，脱除率可达 98%以上。潘虹霞等 将 [4] 研发的一种撞击流反应器和旋转填料床有机耦合所形 成的撞击流旋转填料床应用于以饱和碳酸钠溶液-正丁 醇为体系进行萃取结晶回收碳酸钠的实验中，实验结果 表明，超重力因子为 98.80，撞击初速度为 8.85 m/s 时， 碳酸钠溶液与正丁醇体积流量比为 1∶1，碳酸钠的收率 最高达到 72.08%。栗秀萍[5]以乙醇／水为物系，多级旋 转填料床为主要设备，在常压操作条件下，进行超重力 精馏实验研究。实验操作条件在超重力因子为 31～ 196，原料流量为 15～30 L/h，原料摩尔分数为 0.089 1～
着广阔的应用前景。介绍了超重力技术的发展、基本原理，以及近年来超重力技术在化工分离、新材料制备、气体净化处理、海洋工程、
废水处理等领域的应用状况。完善超重力机内部结构，改善超重力设备是超重力技术的突破点，以期应用于更广泛的领域。
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化工管理决策参考$行业聚焦化学工业的“晶体管”———超重力工程技术研究及应用———教育部超重力工程研究中心主任陈建峰访谈本刊记者朱永坤在地面上，自然界的事物都受到地球重力场的作用，反映出常规重力条件下的规律和特点。
然而，随着空间技术的迅速发展，作为两种极端的物理条件：微重力环境和超重力环境则为物理学、生物学、流体力学、化学、化学工程学、材料科学、生命科学等学科的研究开辟了新的天地，为科学的发展注入了新的活力，同时也孕育了新学科的诞生，以及新的研究成果的出现。
在微重力科学成为当前研究热点的同时，超重力科学也开始引起了人们的普遍关注和重视。
教育部超重力工程研究中心（原北京化工大学超重力工程研究中心）成立于!""#年，是北京化工大学建立的我国第一个从事超重力科学研究的工程技术中心。
在过去的!#年里，该中心开展了一系列创新性的研究工作，在超重力技术的基础和应用研究方面，取得了多项具有国际领先水平或国际先进水平的研究成果。
为此，记者近日就超重力工程技术在国民经济建设中的地位和作用、超重力工程技术研究在国内取得了哪些科研成果及有关工业化应用等，专门前往设立在北京化工大学的教育部超重力工程研究中心进行了采访，并得到了研究中心主任陈建峰博士（教授、博士生导师）、研究中心副主任王玉红博士（副研究员）的热情接待。
在参观了研究中心之后，陈建峰主任针对上述问题回答了记者的提问。
记者：超重力工程技术在国民经济建设中具有怎样的地位和作用？陈建峰：超重力工程技术是一项突破性地强化“三转一反”过程的新技术，是适用于能源、材料、石油、化工、环境、生物等多个领域并可带来巨大经济效益和社会效益的新技术。
由于超重力技术设备具有体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵活等优点，它一旦在某个行业工业示范成功后，就能较快得到推广。
由于超重力技术设备还具有不怕震动、任意方位安装、物料在设备内停留时间短、适合于快速反应和选择性吸收等特点，使这项新技术有着比传统的分离反应技术更为广阔的应用范围，可用于一些传统技术不能胜任的场合，因此，它被喻为化学工业的“晶体管”，是“跨世纪的新技术”。
它在国民经济建设中的效益难以估量，其地位及影响将由此技术的逐渐普及而日益提高和加强。
可以预见，在$!世纪里，它将成为国民经济建设的众多领域中普遍使用并带来巨大经济效益和社会效益的技术。
记者：在超重力工程技术研究领域，教育部超重力工程研究中心主要开展了哪些工作，取得哪些成果？陈建峰：在这方面我们主要进行了超重力技术的基础和应用上的研究。
在基础研究方面，重点对超重机的流体力学与传质特性、操作特性以及机械和填料结构对传质和压力降的影响等进行了理论分析和实验研究。
一是流体力学特性的研究。
通过理论分析和实验室测定，在阻力分区模型化研究上，不仅合理地解释了美国、中国实验中重复的两个不寻常现象，即气体通过机器的压力降，机器转动时小于不转动时，喷液体时小于不喷液体时；而且说明了第三个更为不寻常也更为重要的现象，即当旋转床外径不变、内径变大、床层变薄时，气体的压力降反而增大；或者说当旋转床外径不变、内径变小、床层变厚、传质单元增多，而压力降反而减小。
这些现象和常规推断是完全相违的，也是在常规填料塔中根本不可能出现的。
这一理论对超重机的气体压力降分析做出了突出贡献。
二是传质特性的研究。
通过对传质模型化的研究，不仅对超重机的传质进行了理论分析，而且还对不同类型的填料转子进行了实测和关联，突破了前人对旋转床内传质机制只限于填料表面作用的认识。
在研究中发现了两个重要现象，即比表面积大了近一个数量级的填料在传质效果上较比表面积小的填料差，这说明在一定操作条件下，填料比表面并不是传质效率的敏感参数，而填料的结构、性状可能是更为重要的；另一个重要现象是，在旋转床内，并非全部填料都是传质等效的，最有效的部分是在入口端效应区。
这一研究使超重机内传质过程的复杂机制进入了更深层次的分析，也为产生新的构思、改进设计、优化操作条件提供了指导。
三是非牛顿流体传质特性的研究。
进行了拟塑性非牛顿型流体在超重机中的传质研究，初步试验结果表明传质速率系数较常规设备提高了一个数量级。
四是设备结构与放大技术的研究。
已经初步掌握了设备的放大规律，具备了设计不同工况、不同结构、不同用途的大型超重力设备的经验，而且为美国%&’公司提供了设计指导（由教育部超重力工程研究中心提供放大指导和基础研究支持的美国%&’公司的目前世界上最大的(台超重力反应分离设备已经成功地投入商业运行，并为该公司带来了可观的商业利润），得到了美方高度的评价。
同时，我们已经成功设计制造了)种形式、近*#台套用于不同试验及工业用途的超重力设备，涉及了新材料、能源、石油、化工、生物化工等众多领域。
!(+$##!年第期化工管理决策参考$行业聚焦五是高效专用填料的研究。
通过与国内一些企业合作，已经试制出了一种金属多孔填料和两种非金属多孔填料产品，性能明显优于国外进口填料，而且价格仅为其十分之一。
在应用研究方面，取得了多项重大突破。
一是纳米粉体材料的制备。
纳米材料作为!"世纪新材料，具有重大应用前景和经济价值。
我们利用超重机内可实现高强、高速微观混合的特点，用超重力反应结晶方法制得了粒度可控、粒径分布窄的纳米碳酸钙（"#$%&’(），产品粒度及均匀程度均优于日本进口产品。
此外，还开发了纳米碳酸钡、纳米碳酸锶、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米白炭黑（二氧化硅）、环保型高效纳米阻燃材料、纳米复合材料等多种纳米材料。
二是油田注水脱氧。
油田注水是采油的生命线。
注入地下的新鲜水必须脱除其中所含的氧，以保证地下管道不腐蚀和抑制嗜氧细菌的滋生，防止堵塞岩缝油路。
国内各大油田现行的脱氧技术是真空脱氧与化学药剂脱氧相结合的方法，装置笨重，流程复杂，费用高。
采用超重机代替现有技术，不仅操作简便，而且可节省!%)的投资，节省!#)的操作费用，节省*&)的占地面积，尤其是对海上采油注水脱氧的处理，其经济效益更为显著。
值得一提的是，英国也制造了用超重机进行海水脱氧的大型装置，但由于种种原因没能投入使用。
因此说，在这方面我们处于国际领先的地位。
三是锅炉水脱氧。
与传统锅炉水脱氧技术相比。
采用超重力锅炉水脱氧技术及设备，不仅脱氧指标高，而且指标稳定，易于操作，易于控制，且不需要加任何化学脱氧剂。
四是含+,!烟气脱硫。
以国内硫酸生产排放的尾气为例，通常含+,!%&&&--(，如降低到%&&--(国际排放标准，用亚铵法（国内有!&&多家使用）回收尾气中的+,!，需要串联两台填料塔，若达到"&&--(的国际先进指标，则需串联三台填料塔。
而用超重机进行回收，+,!排放指标可达到"&&--(以下。
五是生物氧化反应。
以酵母生产为例，传统的酵母生产技术把酵母种菌放在充满糖蜜溶液的罐中，自罐底部鼓入空气，生产周期为"!小时，产量为种菌量的.$/倍，空气用量（电耗的主要部分）每立方米产品液为/&&立方米。
这一过程在超重机中进行，生产周期缩短了一半，空气耗量只是原来的三分之一。
六是除尘。
用超重机替代常规的洗涤塔、电除尘器、电除雾气等，用于酸、氨、碱、肥及石油化工等大型化工生产，可改变整个气体净化过程装置面貌及环境条件。
试验表明，入口气体含尘#&克0立方米，出口为&1&#克0立方米，切割粒径为&1%微米（电除尘器入口气体含尘不超过%&克0立方米，出口为&1!克0立方米，切割粒径为&1#微米），这一结果相当于电除尘器串联洗涤塔的效果。
记者：教育部超重力工程研究中心已形成和推广的主要成果有哪些？陈建峰：在北京化工大学建成了世界上第一条超重力反应法制备纳米颗粒中试生产线；!&&&年"&月在广东建成了世界上第一条%&&&吨0年超重力法生产纳米碳酸钙工业生产线，并被列入国家“*/%”计划；国家计委高新材料产业化示范工程!!%&&&&吨0年超重力法生产纳米碳酸钙工业生产线即将在内蒙古建成投产；纳米碳酸合成技术已经出口新加坡，并在新加坡建立了合资企业；"&&吨0年环保型高效纳米阻燃剂中试生产线将于年内在内蒙古建成投产；世界上第一台%&&吨0小时油田注水脱氧超重力示范装置已经在胜利油田成功运行；两台!#&吨0小时海水脱氧超重力装置已经在海上采油平台上应用；世界上首次开发的两台!&吨0小时的超重力法锅炉水脱氧装置在青海油田成功投入商业运行；超重力法二氧化碳吸收及解吸装置已在四川金象化工有限公司建成投产；超重力法尿素解析废水回收利用中试装置已经在中国石油宁夏石化分公司建成；超重力生化反应成套试验设备出口美国；超重力分离成套实验设备出口我国台湾地区等。
记者：教育部超重力工程研究中心近中期发展目标是什么？陈建峰：我们的近期目标是将一批已经研究成熟的技术成果进行产业化开发或产业化推广，主要有：环保型高效铝系列纳米阻燃材料%年内达到年产#&&&吨的规模；核壳结构纳米复合材料%年内达到年产"&&&&吨的规模；医药及食品级纳米钙%年内达到"&&&吨的规模；纳米碳酸钙在造纸、涂料、塑料等领域的应用%年内达到年产!&&&&吨的规模。
上述.项合计可实现年产值%亿元。
中期目标中进行产业化开发或产业化推广的项目主要有：纳米电子陶瓷材料、纳米电子化学品、纳米医药、超重力油田注水脱氧、超重力锅炉水脱氧、超重力除尘及脱硫、超重力尿素解吸废水回收等。
这些项目预计#年内可达到.1#亿元的产值。
同时，积极进行超重力工程技术在其它工业领域的应用研究及产业化开发工作，实现人才培养、研究开发以及产业化经营间相互补充、相互促进、共同发展的良性循环。
陈建峰，男，"2/#年*月出生，中共党员、博士、教授、博士生导师，现在北京化工大学工作，任教育部（北京化工大学）超重力工程研究中心主任，兼任中国颗粒研究学会超微颗粒专业委员会常务委员、秘书长，《高校化学工程学报》编委，青海省人民政府科技顾问。
是中组部第三期青年专家国情考察团团员、北京市高校青年学科带头人，入选北京市科技新星计划，荣获国家高新技术研究发展计划（“*/%”计划）"#周年突出贡献先进个人。
自"22.年以来，以项目负责人的身份承担了国家自然科学基金、国家“*/%”计划、国家计委高新技术示范工程项目等国家级项目#项、部级重点项目!项、中美德新等国际合作项目#项、重大横向项目!项。