超重力场精馏技术(杭州)

气相
常规气液接触设备 超重力气液接触设备
世界上第一个超重力旋转床专利
英国ICI公司 Ramshaw教授在 1981年申请了世 界上第一个超重 力旋转床专利。 采用超重力来 提高气液相间接 触面积和传质速 率。设备的尺寸 极大缩小。
不易液泛，可 采用高比表面积 填料。
摘自《Mass Transfer Apparatus and Its Use, Patent EP0002568》Ramshaw, C. 1979
ZG750-Ⅲ型和Ⅱ型设备无水乙醇精馏操作现场
ZG750-Ⅲ型三台用于物料连续精馏操作现场
甲醇—水系统精馏实例



甲醇—水体系 常压 转速： 1000 rpm 三层转子，转子直径： 750 mm 壳体直径： 830 mm ，壳体高度：800 mm 回流比 1.5 进料甲醇质量浓度：70% 馏出液甲醇质量浓度：大于 99.8% 釜液甲醇质量浓度: 小于 0.2% 馏出液流量： 500 kg/h 全塔理论板: 16, 精馏段理论板: 11.6 对应常规填料塔：塔高10m，塔径600mm
7. 安装方向随意，抗颠簸，可安装于运动物体。
折流式与填料式超重力床结构对比
3 4
5
6
7 填 料 8 液体 入口 动 密 封
气 体 出口
入气 口 体
2
1
10
9
液体出 口
动 密 封
单层折流式超重力床结构
4 5 6 7 8
9
3
2
1
11
10
1-动盘; 2－动折流圈;3-气体进口管; 4-静折流圈 5-静
功 耗 液 相 流 量
2.0
P vs.
P (kW)
1.5
1.5 n = 1330r/min 1.0 0 400 800 L (L/h) 1200
1.0
L
0.5 0
150 300 450 600 750 3 Q (m /h)
折流式超重力床功率特性
功耗P vs. 转速n
3.0 2.5 2.0 0 L/h 400 L/h 600 L/h 800 L/h 1000 L/h 1240 L/h
折流式超重力床与填料塔的对比
折流式超重力床RZB与填料塔PB的尺寸对比
乙醇/水 项 目 直径/ m RZB 0.80 PB 0.4 RZB 0.83 甲醇/水 PB 0.6
总高度/ m
体积/ m 3
0.55
0.276 16.4 4.1
9.0
1.13
0.80
0.433 13.7 7.2
11.0
3.11
填料式超重力床
液体入口 填料 动密封 气体出口
气 体 入 口
液体出口
动密封
Glitsch 公司超重力床用于精馏操作
Glitsch公司购 买ICI公司的 超重力旋转床 专利，开始了 超重力旋转床 在精馏操作中 的研究与应用。
再沸器 旋转床
摘自《Higee - a status report》Fowler, R. 1989
高度比 (PB/RZB)
体积比 (PB/RZB)
折流式超重力床与填料塔的对比
冷凝器
填料塔
冷凝器
间歇进料
连续进料 再沸器 旋转床
再沸器
电机
折流式超重力场旋转床 代替精馏塔使用现场
高粘度热敏物系汽提脱甲醇
至真空系统 冷冻盐水进出
冷却水进出
原料进 甲醇 甲醇
产品出
水蒸汽
原料进
水蒸汽
冷 却 水
产品出
高粘度热敏物料脱甲醇原工艺流程图
回流液量增大，NT下降，转速增加， NT增大
折流式超重力床传质性能
120
每块理论板的压降/mmH 2O
每个理论级压降 vs. 气相负荷F
600 r/min 800 r/min 1000 r/min 1200 r/min 1330 r/min
100 8ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 60 40 20 0 0 2
4
6
8
10
F/(m· s-1)(kg· m-3)0.5
乙醇—水系统的精馏实例

乙醇—水体系 常压 转速： 1000 rpm 两层转子，转子直径： 620 mm 壳体直径： 700 mm ，壳体高度：600 mm 回流比: 2.5 进料乙醇质量浓度： 45% 馏出液乙醇体积浓度：大于 95% 釜液乙醇质量浓度: 小于 0.5% 馏出液流量： 470 kg/h
摘自《Higee - a status report》Fowler, R. 1989
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；
9.6t/d
11t/d 20t/d 20t/d 25t/d 10t/d 12t/d 1.5t/d 3.5t/d 25t/d
水＜1%
2006.08 13
12 1 嘉善海伦 13 1 14 1 15 1 16 4 17 1 18 2 19 1 20 1
3
Δ P (mmH2O)
250 200 150 100 50 0 L = 800 L/h 600 800 1000 1200 1400 n ( r/min )
p/对 /mmH2O
40 30 20 10 0 0 2 4 L=25.5m/h 6 8
3 0.5
10
F / (m/s)(kg/m )
折流式超重力床功率特性
气体：转子外缘→折流圈→中心(压力) 气液两相在转子内总体呈逆流流动; 在动/静折 流圈之间的通道中，气液呈错流/逆流接触
折流式超重力床的特点
1.上板静止下板旋转，可省掉1个动密封（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，因此不需要中心进 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，有利于提高传质效率 5.可以方便地在一个壳体内实现多转子同轴串连，理 论塔板数可成倍提高
功耗P vs. 气相流量Q
2.5 600 r/min 800 r/min 1000 r/min 1200 r/min 1330 r/min
3.0 2.5
100 m /h 3 200 m /h 3 300 m /h 3 400 m /h 3 500 m /h 3 600 m /h
3
P (kW)
2.0
L = 600L/h
11 2
乙醇/水
甲醇/水
Φ750-三层/两层
Φ750-三层 Φ750-三层 Φ750-三层 Φ900-四层 Φ750-三层 Φ750-三层 Φ750-三层 Φ750-三层 Φ900-四层
乙醇＞92%
甲醇 70% 甲醇 45% 甲醇 45% 甲醇 95% 略 甲醇 94% 乙腈 70% 二氯甲烷94%/ 硅醚6% 甲醇 70%
7 1
8 1 9 1 10 1
浙江永宁 乙醇/水 Φ600-两层 制药 嘉兴金禾 甲醇/水 Φ750-三层 化工 宁波天衡 多组份乙醇 Φ750-三层 制药 杭州鑫富 泛酸钙水/甲醇 Φ750-三层/四层 药业 浙江永农 甲醇/水等 Φ750-三层 化工 浙江思贤 乙醇/水 Φ750-三层 制药 泰安圣奥 甲醇/水 Φ750-两层 化工 兰溪凯普 DMSO/水 Φ750-三层 化学 浙江国邦 DMSO/水 Φ750-三层 制药 杭州争光 甲醇/甲缩醛/水 Φ750-三层 树脂
精馏流程
冷凝器
冷凝器
回流 精馏段
塔顶产品
回流 进料
塔顶产品
精馏段 提留段
进料
提馏段 再沸器
塔釜产品
再沸器 塔釜产品
填料塔
折流式旋转床
折流式超重力床的精馏流程
冷却水出 冷凝器 冷却水进 回流液 塔顶产品
中间进料
水蒸汽进 再沸器
塔釜产品
冷凝水出
酒精精馏装置
甲醇精馏装置
折流式超重力旋转床的工业应用
15t/d
18t/d 7.5t/d 14t/d
甲醇＞85% 2006.05
水＜0.1% 2006.07
8
9
水＜0.1% 2006.08 10 水＜0.8% 2006.08 11
折流式超重力床工业应用业绩
序 数 号 量 用户 单位 浙江国邦 制药 分离 介质 设备 规格 原料 指标 原料处 理能力 成品 指标 起用 时间 累计 注 总数
Glitsch 公司超重力旋转床用于精馏塔改造
常规精馏塔高度可观 如对常规精馏塔改造，增加塔 板数或填料层高度，难以实现。
摘自《Higee - a status report》Fowler, R. 1989
Glitsch 公司超重力床用于精馏塔改造
超重力旋转床用于 精馏塔改造，可以 在不增加塔高的基 础上实现增加塔板 数或填料层高度的 目的。
盘; 6-气体出口管; 7-液体进口管; 8－中间进料管;9壳体; 10-液体出口管;11-转轴
两层转子的折流式超重力床结构
10 6-2
6-1
6-3
Simplified sketch of zigzag rotating beds with two-rotors in a casing
6-1, 6-2, 6-3—liquid inlet pipe; 10—directing pipe
折流式超重力床流体力学性能
压降ΔP vs. 气相流量Q
450 400 350
P (mmH2O)
600 r/min 800 r/min 1000 r/min 1200 r/min 1330 r/min
压降ΔP vs. 液相流量L
250 200 150 100 50 Q =300 m /h
3
300 250 200 150 100 50
功耗P随气相体积流
量Q、液相体积流量
L和转速n的增大而 增大，但P对Q变化 不敏感，对L和n变 化敏感，因此L和n
P (kW)
1.5 1.0 0.5 0.0 600 Q = 600 m
3
/h
是RZB功耗的主要 决定因素
800 1000 1200 1400 n (r/min)
折流式超重力床传质性能
转子直径750mm，甲醇－水物系，常压，全回流
超重力场精馏技术
计建炳
浙江工业大学化材学院
2010年8月杭州
超重力技术原理
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。 原理：利用离心力场代替重力场，离心力可以达到重力的 数百至数千倍，因此被称为超重力，国外称为Higee。
液相
g
气相 液相 a =w2r
乙醇＞92% 2004.07 甲醇＞ 99.5% 2005.10
乙醇＞95% 2005.09
65t/d 甲醇＜0.3% 2005.09 12.5t/d 20t/d 甲醇＞ 99.7% 2005.09
乙醇＞92% 2006.03
甲醇 30%
DMSO 90% DMSO 70% 甲醇33%/甲缩 醛20%
Δ
L= 600 L/h
0 0 100 200 300 400 500 600 700 3 Q (m /h)
Δ
P (mmH2O)
600 r/min 800 r/min 1000 r/min 1200 r/min 1330 r/min
0 0 200 400 600 8001000 1200 L (L/h)
折流式超重力床流体力学性能
压降ΔP vs. 转速n
350 300
100 m /h 3 200 m /h 3 300 m /h
3
平均压降ΔP vs. 气相负荷F
70 60 50
600 r/min 800 r/min 1000r/min 1200r/min 1330r/min
400 m /h 3 500 m /h 3 600 m /h
三层转子的折流式超重力床结构
7 8 9
6 4-2
10
4-3
5
4-1
3
2
1
12
11
1-动盘; 2-动折流圈;3-气体进口管; 4-1,2,3－液体进口管; 5-静盘; 6－静折流圈;7-气体出口管; 8-导流管; 9-回流管;
10-壳体; 11-液体出口管;12-转轴
折流式超重力床的气液传质
液体：转子中心→折流圈→外缘(离心力)
汽提脱甲醇新工艺流程图
气提工艺用于反应过程的应用前景
溶剂A+B汽相
产品+溶剂A 产品+溶 剂A 脱溶剂A 蒸馏 加溶剂B 反应 溶剂B蒸汽
RZB
产品+溶剂B
溶剂B+C汽相
脱溶剂C 蒸馏
加溶剂C 反应
脱溶剂B 蒸馏
溶剂C蒸汽
RZB
…...
…...
折流式超重力床工业应用业绩
序 数 号 量 1 1 2 1 3 1 4 2 5 1 6 1 用户 单位 分离 介质 设备 规格 原料 指标 乙醇 40% 甲醇 70% 乙醇＞80% 甲醇 12% 甲醇 75% 乙醇 10-20% 原料处 理能力 7t/d 11t/d 5t/d 成品 指标 起用 时间 累计 总数 1 2 3 5 6 7 脱甲 醇 注