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1、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,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。,超重力技术原理,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 EP0002568Ram
2、shaw,C.1979,填料式超重力床,Glitsch 公司超重力床用于精馏操作,摘自Higee-a status reportFowler,R.1989,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。,旋转床,再沸器,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 reportFowler,R.1989,Glitsch 公司超重力床用于精馏塔改造,摘自Higee-a status reportFowler,R.1989,超重力旋转床用于
3、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。,超重力旋转床的优点,传质效率/通量非常高，不易液泛；液速非常高，适于高粘度物料的处理；微观混合程度很大，适于制备纳米粉体材料；持液量很小，适于贵重/有毒物料的处理；气液停留时间极短，适于热敏物系的分离；转子可自清洗，适于含固/结垢物料处理；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,单层折流式超重力床结构,1-动盘;2动折流圈;3-气体进口管;4-静折流圈 5-静盘;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,1-动盘;2
4、-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,三层转子的折流式超重力床结构,液体：转子中心折流圈外缘(离心力)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,折流式超重力床的气液传质,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，防堵塞的能力强转子内气液以“S”形路线通过
5、折流圈，流动路径增长，有利于提高传质效率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,折流式超重力床的特点,压降P vs.气相流量Q,压降P vs.液相流量L,折流式超重力床流体力学性能,压降P vs.转速n,平均压降P vs.气相负荷F,折流式超重力床流体力学性能,功耗P vs.气相流量Q,功耗P vs.液相流量L,折流式超重力床功率特性,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是RZB功耗的主要决定因素,功耗P vs.转速n,折流式超重力床功率特性,折流式超重力床传质性能转子直径750mm，甲醇水物系，常
6、压，全回流,回流液量增大，NT下降，转速增加，NT增大,每个理论级压降 vs.气相负荷F,折流式超重力床传质性能,精馏流程,折流式超重力床的精馏流程,酒精精馏装置,甲醇精馏装置,ZG750-型和型设备无水乙醇精馏操作现场,折流式超重力旋转床的工业应用,ZG750-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
7、板:11.6对应常规填料塔：塔高10m，塔径600mm,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,乙醇水系统的精馏实例,折流式超重力床RZB与填料塔PB的尺寸对比,折流式超重力床与填料塔的对比,折流式超重力床与填料塔的对比,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,气提工艺用于反应过程的应用前景,产品+溶剂A,脱溶剂A蒸馏,加溶剂B反应,脱溶剂B蒸馏,加溶剂C反应,脱
8、溶剂C蒸馏,产品+溶剂A,溶剂B蒸汽,RZB,溶剂A+B汽相,产品+溶剂B,溶剂C蒸汽,RZB,溶剂B+C汽相,.,.,折流式超重力床工业应用业绩,折流式超重力床工业应用业绩,折流式超重力床工业应用业绩,折流式超重力床工业应用业绩,折流式超重力床应用于精馏的优点,高度低、体积小，占地面积小，安置灵活；可以减少设备制造和附属设施耗材；操作和维修方便，避免了高空作业；车间溶剂可以就地回收；反应中间产物提纯方便；减少厂内物流量，简化管理模式；可实现分布式的生产管理和物流模式。,折流式超重力旋转床相关的科研成果,发明专利证书：折流式超重力场旋转床装置，专利号ZL01134321.4，授权日2004.1
9、1.10.发明专利证书：多层折流式超重力旋转床装置，专利号ZL200510049145.1，授权日2007.07.11.美国发明专利申请受理通知书：Equipment of multi-rotors zigzag high-gravity rotating beds，专利号US 7344126B2，授权日2008.03.18,相关的专利,主要资助情况,浙江省科技厅重大项目，经费100万（2002C11032）科技部科技型中小企业技术创新基金，经费140万（07C26213300465）,获奖情况,浙江省高校优秀科研成果奖 一等奖（2007）中国石油和化学工业协会科技进步奖 一等奖（2008）高校科学研究优秀成果奖技术发明奖 二等奖（2009）,浙 江 工 业 大 学,
