超重力场精馏技术(杭州).ppt

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 MassTransferApparatusandItsUse PatentEP0002568 Ramshaw 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 astatusreport Fowler 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 astatusreport Fowler R 1989 Glitsch公司超重力床用于精馏塔改造 摘自 Higee astatusreport Fowler R 1989 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 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 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 Pvs 气相流量Q 压降 Pvs 液相流量L 折流式超重力床流体力学性能 压降 Pvs 转速n 平均压降 Pvs 气相负荷F 折流式超重力床流体力学性能 功耗Pvs 气相流量Q 功耗Pvs 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Pvs 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 1000rpm三层转子 转子直径 750mm壳体直径 830mm 壳体高度 800mm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 500kg 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 乙醇 水体系常压转速 1000rpm两层转子 转子直径 620mm壳体直径 700mm 壳体高度 600mm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 470kg 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 11 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 Equipmentofmulti rotorszigzaghigh gravityrotatingbeds 专利号US7344126B2 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