超重力场精馏技术

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)
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
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
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
功 耗 液 相 流 量
2.0
P vs.
P 330r/min 1.0 0 400 800 L (L/h) 1200
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
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；
超重力场精馏技术
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
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
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)
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
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
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
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