超重力精馏技术

填料式内部结构图
填料中逆流接触进行传质传热。
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超重力精馏设备
气液通量可得到极大 提高 , 气体、液体通量可 相应增大到很大而不产生
持液量比较小 , 液体在转
子内的停留时间很短 , 适合处
理一些热敏性、昂贵或者有毒 的物料。
液泛。
填料式 特点
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在相同的操作条件下 , 与常用的板式塔、填料 塔相比 , 传质单元高度可 降低1~2个数量级,体积传 质系数可提高 1~3 个数量 级 , 设备的体积可缩小 10 倍以上。
超重力精馏技术
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CONTENTS
超重力技术简介 1 4 传质性能影响因素 超重力精馏原理 2 5 存在问题与展望
超重力精馏分类 3
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超重力技术简介
超重力技术是强化多相流传递及反应过程的一项新技术。超重力指物质在重力加 速度远大于常重力的环境下，所受的引力或者斥力。超重力场则是指任意瞬间物质在
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由于折流式旋转床转子中静盘 的存在，因此进料设置非常灵
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活。进料既可以设置在转子径
向上，也可以设置在转子之间。 这样便可以实现带有多股进料 的复杂传质过程。
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传质性能影响因素
超重力因子β
随着 β 的增大，超重力场逐渐增强，液 体会形成相界面积更大的液滴、液丝、液膜， 削弱气液间的传质传热阻力，强化了传热传 质过程，导致NTP 和Xd增大; 但若β 继续增 大，填料中的液相还没有和气相充分地有效 接触便已被沿着填料径向甩出，不利于有效 的传热传质的发生，从而导致NTP 和Xd降低。
存在, 基本的气液传质单元是液膜与液滴 , 这也
是超重力精馏过程与传统精馏过程的本质区别。
与传统 精馏的 区别
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超重力精馏设备
填料式
它是由转子、液体分布器和外壳组成的。机器
的核心部分是转子, 其主要作用是固定和带动填料 旋转, 实现良好的流体接触和微观混合。精馏过程 中 , 流体在超重力精馏设备中的流动形式为 : 蒸汽 从超重力精馏设备气体入口进入设备的外腔 , 在压 力的作用下自填料的外侧穿过旋转的填料进入设备 的内腔 , 然后从位于设备顶部的气体出口流出 ; 液 体由位于中央的一个静止分布器射出后 , 进入旋转 填料的内侧, 受离心力与摩擦力的双重作用向外甩 出填料 , 经外壳收集后 , 从液体出口排出 ; 气液在
流速增大, 气液湍动程度加剧, 亦有利于传质
进行;但物料在填料中的停留时间却随着流量 的增大而变短, 不利于传质进行。
增加时，无法产生更大的相间接触面积，反而
增加了传质传热阻力，使得系统的总传质性能 下降，从而形成了先增加后下降的趋势。
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问题与展望
（ 1）实现超重力精馏设备向中试和
存在问题
（1）超重机喷淋管和填料易被杂
回流量
随着回流量的增大 , 液体在填料中的周向 流速和径向流速均增大,填料的润湿面积增大, 有利于传质进行 ;同时在全回流操作中 , 回流 量增大, 气体流量相应增大, 气体在填料中的
进料液流量
存在着最优原料流量操作条件。分析其原 因，液量增加时，气量无明显变化，产生出更 多的填料润湿表面，形成更多的气液有效接触 面积，提升了传热、传质效果。但当液量继续
展
望
致
谢
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超重力精馏设备
折流式旋转床的转子
的静盘和壳体同定连接， 气体无法绕过转子形成 “短路”，因此无须转子 与壳体间的动密封。
由于转子与壳体间不存在 动密封，再加之液体可以在转 子间自动串联流动，因此折流 式旋转床内可方便地实现多转 子同轴串联，使单台设备的分 离能力大幅度提高。
折流式 优点
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折流式旋转床内气液 接触元件为折流圈，动 折流圈具有自分布功能， 转子内液体被多次的分 散，无须液体的初始分 布器。
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填料空隙率一般在 90% 以 上 , 远大于普通的填料塔，在
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高通量下 , 气相压降一般比相
同传质单元数的普通填料塔还 低,所以能耗比较小。
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超重力精馏设备
折流式
折流式旋转床的转子为动静部件组合结构，其
中动部件为动盘和动折流圈 (圈上开有小孔)，静部 件为静盘和静折流圈。动静两组折流圈相对且交错 嵌套布置，构成了气体和液体流动的曲折通道。液 体由上而下顺序流过各个转子，存转子内受离心力 作用自中心向外缘流动，气体自下而上依次流过各 个转子，在转子内受压差作用自外缘向中心流动， 这样便实现了单个壳体内气液两相接触级数的成倍 提高。
旋转体内各点所受超重力分布的总和。在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散
和相间传质过程均比常规超重力场下要快得多，气-液、液-液、液-固两相在比地球重 力场大数百倍甚至上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
剪切力能够将液体撕裂成微米至纳米级的膜、丝和液滴，实现相界面的快速更新，传
气相动能因子
在原料流量较小时 , 超重力精馏装置的理 论塔板数随气相动能因子的增大而减小。原 因为原料流量小时 , 流速较慢 , 且以液滴形 式存在, 随着气相动能因子增大, 气速增大, 雾沫夹带现象严重 , 导致传质效果下降。当
传质性 能影响 因素
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原料流量达一定值时 , 理论塔板数随气相动
能因子的增大而变化不明显。
工业化的迈进以及对超重力精馏设 备的转子, 液体分布器以及填料的选
择进行更加科学系统地研究；
质堵塞；
（2）气液逆流接触时填料内缘易 于液泛； （3）超重机连续运转的动平衡、 动密封问题； （4）工业级应用要求的长期平稳 连续运转对大型超重机这样的动 设备而言也是一个极大的考验。
问题与展望
（ 2）研究如何将超重力精馏技术与 其他特殊精馏技术, 如反应精馏、减 压精馏、热偶精馏等结合起来 , 拓展 超重力精馏技术的应用领域。
质速率相比较传统塔器设备提高 1~3 个数量级，极大得强化了微观混合和传质过程。
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超重力精馏原理
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超重力精馏原理
从本质上讲 , 超重力精馏过程与传统精馏过
程不同的是 : 在传统精馏过程中最基本的气液传
质单元是气泡 ; 而在超重力精馏过程中 , 填料内 只有液膜、液滴与流满填料空间的气相 , 无气泡