蔡旭槐-折流式超重力床的研究及产业化应用-浙江工业大学20120618

折流式超重力床的研究及产业化应用杭州科力化工设备有限公司蔡旭槐 工程师2012年 6月 一、超重力技术 (Higee)超重力技术： 用离心力场代替重力场，气液传质速率可提高 10倍以上。气相液相g常规气液接触设备液相气相 a=w2r超重力气液接触设备一、超重力技术 (Higee)超重力精馏装置精馏塔1812年第一座精馏塔应用，已有近 200年的历史。一、超重力技术 (Higee)英国 ICI公司 Ramshaw教授在 1981年申请了世界上第一个填料式超重力床专利；在吸收、解吸、气液反应和纳米材料制备中得到应用；填料式超重力床未能成功应用于精馏过程。1、难以在转子上进料； 2、分离能力不能满足精馏的要求二、填料式超重力床未能在精馏中应用的原因1-下盖板 2-下动 3-转轴 4-液体出口 5-壳体 6-转子 7-气体出口 8-液体进口 9-液体分布器 10-上动密封 11-上盖板 12-气体进口中间进料3 2 14567 8 910 1112结构： 1、转子整体旋转，2、转子与气相管之间有动密封。(b)填料式超重力床顶产品中间进料冷凝器精馏段提馏段再沸器三、折流式超重力床结构1、转子由动、静部件组合，可在转子上进料，省掉转子与气相管的动密封。1-动盘 2-动折流圈 3-气体进口 4-静折流圈 5-静盘 6-气体出口 7-液体进口 8-中间进料 9-壳体 10-液体出口 11-转轴134 5 6 791082 11三、折流式超重力床结构1-动盘 2-动折流圈 3-气体进口 4-1,2,3液体进口 5-静盘 6静折流圈7-气体出口 8-导流管 9-回流管 10-壳体 11-液体出口 12-转轴1234-14-24-3567 8 91011122、多层转子同轴可放便可靠地串联，分离能力大大提高。四层转子串联可以达到 32块理论塔板数三、折流式超重力床结构3、动、静折流圈作为气液接触元件，气液分布均匀。每个传质单元 0.7块理论板， 27块 /米三、折流式超重力床结构(a)填料塔底产品顶产品中间进料冷凝器再沸器精馏段提馏段底产品顶产品中间进料再沸器冷凝器精馏段提馏段(c)折流式超重力床四、折流式超重力床性能u 气体流量对压降的影响四、折流式超重力床性能u 夜体流量对压降的影响四、折流式超重力床性能u转速对功耗的影响四、折流式超重力床性能u气液流量和转速对传质效率的影响每个传质单元 0.7块理论板， 27块 /米四、折流式超重力床性能u机械性能的研究1、对设备长期运转动密封的可靠性和转子动平衡的要求2、通过工业化试验，对可操作性、稳定性和安全性进行 了长期考察；3、从真空到常压，对不同的精馏体系进行了工艺与设备相匹配的系列研究试验。经过十多年的研究和工业应用经验积累，形成了 设计、制造和工业应用一条龙的成套超重力精馏技术。研究结果在 Ind.Eng.Chem.Res， Chem.Eng.Process,Chin.J. Chem.Eng.石油化工等国内外期刊上发表了数十篇论文。 五、产业化应用 精馏流程3.6米五、产业化应用 吸收解吸耦合流程原料 载气尾气吸收剂 富液贫液五、产业化应用1、已应用于多种体系的连续精馏、解吸和萃取精馏过程；2、甲醇 /水、 DMSO/水、甲醇 /甲缩醛 /水、甲醇 /叔丁醇、氯 化苯 /异己烷、三乙胺 /甲基异丙胺 /水、萃取精馏制水乙醇及医药中间体分离 30多种体系等；3、浙江、江苏、湖北、山东、河南、安徽、江西、贵州、 广东、台湾等地产业化应用；4、推广设备 300多台套台；2004的第一套设备已连续运行六年多，设备性能稳定。 五、产业化应用1、热敏高粘度产品的分离泛酸钙（维生素 B5）脱除甲醇。高沸点、高粘度、热敏，含有水和10%的甲醇，要求甲醇 0.1% ， 采用填料塔只能到 0.3%，无法出口。(a) 进料 进料水蒸气水蒸真空系统冷却水甲醇甲醇冷冻盐水产品产品(b) 五、产业化应用折流式超重力床和填料塔主要技术指标的对比164系统占地面积 m23518总电功消耗 kw无18超重力床电机 kW15无真空机组 kW20无冷冻机组 kW有无真空系统冷冻盐水循环水冷却系统8无再沸器容积 m30.3%0.1%产品中甲醇含量22原料处理量 t/h填料塔折流式超重力床名称8012系统所占空间 m3五、产业化应用2、建立分布式溶剂回收模式，产品与溶剂及时分离。五、产业化应用乙醇 -水超重力精馏装置五、产业化应用甲醇 -水超重力精馏装置五、产业化应用无水酒精超重力萃取精馏装置超重力超重力五、产业化应用医药中间体超重力精馏装置五、产业化应用医药中间体超重力精馏装置超重力超重力六、超重力精馏技术特点1、高度低、体积小相同精馏要求折流式超重力床和填料塔的尺寸对比物系 设备 直径 (m) 总高度 (m) 体积 (m3) 高度比 /体积比甲醇 /水 折流式超重力床 0.83 0.8 0.433 13.8/7.2填料塔 0.6 11.0 3.11乙醇 /水 折流式超重力床 0.8 0.55 0.276 16.4/4.1填料塔 0.4 9.0 1.13六、超重力精馏技术特点2、能源节约折流式超重力床能耗降低主要来自于设备体积大幅度减小而带来的热损失减小以及冷却水循环泵功率的降低，一般来说超重力床电机功耗是可以被热损失减小的部分抵消的；此外，电机消耗的电能大部分用于加热床内的液体。 精 馏 条件下折流式旋 转 床和填料塔的能量消耗 对 比名称 甲醇 -水 乙醇 -水填料塔 折流式超重力床 填料塔 折流式超重力床设备热损 失 kJ/h 11.01104 1.101104 8.46104 1.02104再沸器 负 荷 kJ/h 121.1104 111.2104 93.06104 85.45104水循 环泵 功耗kW1.87 0.5 1.21 0.39电 机功耗 kW - 10 - 10总 能耗 kJ/h 121.782104 114.982104 93.497104 89.189104产 品 单 耗 kJ/kg 2435.6 2299.6 1870.0 1783.8六、超重力精馏技术特点3、资源节约不需要专门用于精馏塔的框架，辅助设施用材显著减少；整个精馏装置的占地面积减少，可以灵活利用车间的空间，提高了土地的利用效率，节约了土地资