超重力精馏技术PPT学习教案

1、会计学1超重力精馏技术超重力精馏技术CONTENTS14253超重力技术简介超重力技术简介传质性能影响因素传质性能影响因素超重力精馏原理超重力精馏原理存在问题与展望存在问题与展望超重力精馏分类超重力精馏分类第1页/共12页1超重力技术简介超重力技术简介 超重力技术是强化多相流传递及反应过程的一项新技术。超重力指物质在重力加超重力技术是强化多相流传递及反应过程的一项新技术。超重力指物质在重力加速度远大于常重力的环境下，所受的引力或者斥力。超重力场则是指任意瞬间物质在速度远大于常重力的环境下，所受的引力或者斥力。超重力场则是指任意瞬间物质在旋转体内各点所受超重力分布的总和。在超重力环境下，不同大小

2、分子间的分子扩散旋转体内各点所受超重力分布的总和。在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常规超重力场下要快得多，气和相间传质过程均比常规超重力场下要快得多，气- -液、液液、液- -液、液液、液- -固两相在比地球重固两相在比地球重力场大数百倍甚至上千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触，巨大的力场大数百倍甚至上千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触，巨大的剪切力能够将液体撕裂成微米至纳米级的膜、丝和液滴，实现相界面的快速更新，传剪切力能够将液体撕裂成微米至纳米级的膜、丝和液滴，实现相界面的快速更新，传质速率相比较传统塔器设备提高质速率相比较传统塔器设备

3、提高 1 1 3 3 个数量级，极大得强化了微观混合和传质过程。个数量级，极大得强化了微观混合和传质过程。第2页/共12页2超重力精馏原理超重力精馏原理第3页/共12页与传统与传统精馏的精馏的区别区别 从本质上讲从本质上讲, , 超重力精馏过程与传统精馏过超重力精馏过程与传统精馏过程不同的是程不同的是: :在传统精馏过程中最基本的气液传在传统精馏过程中最基本的气液传质单元是气泡质单元是气泡; ;而在超重力精馏过程中而在超重力精馏过程中, , 填料内填料内只有液膜、液滴与流满填料空间的气相只有液膜、液滴与流满填料空间的气相, , 无气泡无气泡存在存在, , 基本的气液传质单元是液膜与液滴基本的气

4、液传质单元是液膜与液滴, , 这也这也是超重力精馏过程与传统精馏过程的本质区别。是超重力精馏过程与传统精馏过程的本质区别。2超重力精馏原理超重力精馏原理第4页/共12页填料式填料式它是由转子、液体分布器和外壳组成的。机器它是由转子、液体分布器和外壳组成的。机器的核心部分是转子的核心部分是转子, , 其主要作用是固定和带动填料其主要作用是固定和带动填料旋转旋转, , 实现良好的流体接触和微观混合。精馏过程实现良好的流体接触和微观混合。精馏过程中中, , 流体在超重力精馏设备中的流动形式为流体在超重力精馏设备中的流动形式为: :蒸汽蒸汽从超重力精馏设备气体入口进入设备的外腔从超重力精馏设备气体入口

5、进入设备的外腔, , 在压在压力的作用下自填料的外侧穿过旋转的填料进入设备力的作用下自填料的外侧穿过旋转的填料进入设备的内腔的内腔, , 然后从位于设备顶部的气体出口流出然后从位于设备顶部的气体出口流出; ;液液体由位于中央的一个静止分布器射出后体由位于中央的一个静止分布器射出后, , 进入旋转进入旋转填料的内侧填料的内侧, , 受离心力与摩擦力的双重作用向外甩受离心力与摩擦力的双重作用向外甩出填料出填料, , 经外壳收集后经外壳收集后, , 从液体出口排出从液体出口排出; ;气液在气液在填料中逆流接触进行传质传热。填料中逆流接触进行传质传热。3超重力精馏设备超重力精馏设备填料式内部结构图第5

6、页/共12页填料填料式特式特点点1423 在相同的操作条件下在相同的操作条件下,与常用的板式塔、填料塔与常用的板式塔、填料塔相比相比,传质单元高度可降传质单元高度可降低低12个数量级个数量级,体积传质体积传质系数可提高系数可提高13个数量级个数量级,设备的体积可缩小设备的体积可缩小10倍以倍以上。上。 填料空隙率一般在填料空隙率一般在90%90%以以上上, ,远大于普通的填料塔，在远大于普通的填料塔，在高通量下高通量下, ,气相压降一般比相气相压降一般比相同传质单元数的普通填料塔还同传质单元数的普通填料塔还低低, ,所以能耗比较小。所以能耗比较小。 气液通量可得到极大气液通量可得到极大提高提高

7、, ,气体、液体通量可气体、液体通量可相应增大到很大而不产生相应增大到很大而不产生液泛。液泛。 持液量比较小持液量比较小, ,液体在转液体在转子内的停留时间很短子内的停留时间很短, ,适合处适合处理一些热敏性、昂贵或者有毒理一些热敏性、昂贵或者有毒的物料。的物料。3超重力精馏设备超重力精馏设备第6页/共12页折流式折流式折流式旋转床的转子为动静部件组合结构，其折流式旋转床的转子为动静部件组合结构，其中动部件为动盘和动折流圈中动部件为动盘和动折流圈( (圈上开有小孔圈上开有小孔) )，静部，静部件为静盘和静折流圈。动静两组折流圈相对且交错件为静盘和静折流圈。动静两组折流圈相对且交错嵌套布置，构成

8、了气体和液体流动的曲折通道。液嵌套布置，构成了气体和液体流动的曲折通道。液体由上而下顺序流过各个转子，存转子内受离心力体由上而下顺序流过各个转子，存转子内受离心力作用自中心向外缘流动，气体自下而上依次流过各作用自中心向外缘流动，气体自下而上依次流过各个转子，在转子内受压差作用自外缘向中心流动，个转子，在转子内受压差作用自外缘向中心流动，这样便实现了单个壳体内气液两相接触级数的成倍这样便实现了单个壳体内气液两相接触级数的成倍提高。提高。3超重力精馏设备超重力精馏设备第7页/共12页折流折流式优式优点点1423 折流式旋转床内气液折流式旋转床内气液接触元件为折流圈，动折接触元件为折流圈，动折流圈具

9、有自分布功能，转流圈具有自分布功能，转子内液体被多次的分散，子内液体被多次的分散，无须液体的初始分布器。无须液体的初始分布器。由于折流式旋转床转子中静盘由于折流式旋转床转子中静盘的存在，因此进料设置非常灵的存在，因此进料设置非常灵活。进料既可以设置在转子径活。进料既可以设置在转子径向上，也可以设置在转子之间向上，也可以设置在转子之间。这样便可以实现带有多股进。这样便可以实现带有多股进料的复杂传质过程。料的复杂传质过程。 折流式旋转床的转子折流式旋转床的转子的静盘和壳体同定连接，的静盘和壳体同定连接，气体无法绕过转子形成气体无法绕过转子形成“短路短路”，因此无须转子与，因此无须转子与壳体间的动密

10、封。壳体间的动密封。 由于转子与壳体间不存在由于转子与壳体间不存在动密封，再加之液体可以在转动密封，再加之液体可以在转子间自动串联流动，因此折流子间自动串联流动，因此折流式旋转床内可方便地实现多转式旋转床内可方便地实现多转子同轴串联，使单台设备的分子同轴串联，使单台设备的分离能力大幅度提高。离能力大幅度提高。3超重力精馏设备超重力精馏设备第8页/共12页传质性传质性能影响能影响因素因素超重力因子超重力因子 随着随着 的增大，超重力场逐渐增强，液的增大，超重力场逐渐增强，液体会形成相界面积更大的液滴、液丝、液膜体会形成相界面积更大的液滴、液丝、液膜，削弱气液间的传质传热阻力，强化了传热，削弱气液

11、间的传质传热阻力，强化了传热传质过程，导致传质过程，导致NTP 和和Xd增大增大; 但若但若 继续继续增大，填料中的液相还没有和气相充分地有增大，填料中的液相还没有和气相充分地有效接触便已被沿着填料径向甩出，不利于有效接触便已被沿着填料径向甩出，不利于有效的传热传质的发生，从而导致效的传热传质的发生，从而导致NTP 和和Xd降降低低。回流量回流量 随着回流量的增大随着回流量的增大, 液体在填料中的周向液体在填料中的周向流速和径向流速均增大流速和径向流速均增大,填料的润湿面积增大填料的润湿面积增大, 有利于传质进行有利于传质进行;同时在全回流操作中同时在全回流操作中, 回流回流量增大量增大, 气

12、体流量相应增大气体流量相应增大, 气体在填料中的气体在填料中的流速增大流速增大, 气液湍动程度加剧气液湍动程度加剧, 亦有利于传质亦有利于传质进行进行;但物料在填料中的停留时间却随着流量但物料在填料中的停留时间却随着流量的增大而变短的增大而变短, 不利于传质进行。不利于传质进行。气相动能因子气相动能因子 在原料流量较小时在原料流量较小时, ,超重力精馏装置的理超重力精馏装置的理论塔板数随气相动能因子的增大而减小。原论塔板数随气相动能因子的增大而减小。原因为原料流量小时因为原料流量小时, , 流速较慢流速较慢, , 且以液滴形且以液滴形式存在式存在, , 随着气相动能因子增大随着气相动能因子增大

13、, , 气速增大气速增大, , 雾沫夹带现象严重雾沫夹带现象严重, , 导致传质效果下降。当导致传质效果下降。当原料流量达一定值时原料流量达一定值时, , 理论塔板数随气相动理论塔板数随气相动能因子的增大而变化不明显。能因子的增大而变化不明显。进料液流量进料液流量 存在着最优原料流量操作条件。分析其原存在着最优原料流量操作条件。分析其原因，液量增加时，气量无明显变化，产生出更因，液量增加时，气量无明显变化，产生出更多的填料润湿表面，形成更多的气液有效接触多的填料润湿表面，形成更多的气液有效接触面积，提升了传热、传质效果。但当液量继续面积，提升了传热、传质效果。但当液量继续增加时，无法产生更大的

14、相间接触面积，反而增加时，无法产生更大的相间接触面积，反而增加了传质传热阻力，使得系统的总传质性能增加了传质传热阻力，使得系统的总传质性能下降，从而形成了先增加后下降的趋势。下降，从而形成了先增加后下降的趋势。4传质性能影响因素传质性能影响因素第9页/共12页问题与展望问题与展望存在问题存在问题展展 望望（1）超重机喷淋管和填料易被杂质堵塞；）超重机喷淋管和填料易被杂质堵塞；（2）气液逆流接触时填料内缘易于液泛；）气液逆流接触时填料内缘易于液泛；（3）超重机连续运转的动平衡、动密封问题；）超重机连续运转的动平衡、动密封问题；（4）工业级应用要求的长期平稳连续运转对大型超重机这样的动设备而言也是一个极大的考验。）工业级应用要求的长期平稳连续运转对大型超重机这样的动设备而言也是一个极大的考验。（1）实现超重力精馏设备向中试和工业化的迈进以及对超重力精馏设备的转子）实现超重力精馏设备向中