超重力精馏技术的研发及产业化应用.ppt

1、超重力精馏技术的研发及产业化应用,浙江工业大学 计建炳 2011年3月,一、项目背景,1、化学工业一方面向大型化发展，另一方面向产品功能 化精细化方向发展； 2、随着环保要求和生产成本的不断提高，多品种小批量 的溶剂回收日益增多； 3、资源能源节约日趋紧迫。 因此，研发小型高效的化工装备对于节能减排，满足化学工业发展的新需求具有重要的意义。 化工过程强化是实现设备小型高效的重要途径，超重力技术可实现精馏设备小型高效的目标。,一、项目背景,本项目研发的折流式超重力床是我国原创的精馏设 备，并实现了产业化，技术处于国际先进水平，其工业应用成功丰富了精馏技术； 超重力精馏技术适合精细化工、医药化工等

2、产品品种多，批量小的场合以及高粘度、热敏物料的分离和空间受限的场合。,超重力技术简介,二、超重力技术(Higee),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。 Higee原理：利用离心力场代替重力场，气液传质速率提高10倍以上。,气相,液相,g,常规气液接触设备,二、超重力技术(Higee),超重力精馏装置,二、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； 已在吸收、解吸、气液反应和纳米材料制备中得到应用； 开始的研究目标用于精馏，但未能在精馏成功应用。,Gas Inlet,Gas

3、 Outlet,Liquid Outlet,Liquid Inlet,Rotor,Rotating Shaft,Rotating Packed Bed (HIGEE),碟片填料式,螺旋板式,二、超重力技术(Higee) 常见超重力旋转床的结构,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。,二、超重力技术(Higee),二、超重力技术(Higee) 现

4、有超重力旋转床的缺点,每台设备需2个动密封，多转子串联困难，且上动密封易腐蚀而影响设备的寿命。 转子整体转动，故难以实现中间进料，只能用于全回流。若要实现连续精馏，则需用2台旋转床。 转子的直径有限(受动平衡的限制)，而且因气液接触时间极端短，设备的分离能力受到限制，不能满足常规精馏分离的要求。,1、难以在转子上进料；2、分离能力不能满足精馏的要求,三、填料式超重力床未能在精馏中应用的原因,结构：1、转子整体旋转， 2、转子与气相管之间有动密封。,四、结构创新折流式超重力床,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。,四、结构创新折流式超重力床,四、结构创新折流式超

5、重力床,2、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,四、结构创新折流式超重力床,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,四、结构创新折流式超重力床,上板静止下板旋转，可省掉上动密封，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，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，停留时间延长，有利于提高传质效率 易于在一个壳体内实现多转子同轴串联，理论塔板数成倍的提高,四、结构创

6、新折流式超重力床 折流超重力旋转床特点,五、设备性能研究,气体流量对压降的影响,五、设备性能研究,夜体流量对压降的影响,五、设备性能研究,转速对功耗的影响,五、设备性能研究,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,五、设备性能研究,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.Che

7、m.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。,六、产业化应用精馏流程,六、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、 广东等12省市产业化应用； 4、推广设备200多台套台，且推广速度不断加快； 2004的第一套设备已连续运行六年多，设备性能稳定。,六、产业化应用,1、热敏高粘度产品的分离

8、 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。,六、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,六、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。,六、产业化应用,乙醇-水超重力精馏装置,六、产业化应用,甲醇-水超重力精馏装置,六、产业化应用,六、产业化应用,医药中间体超重力精馏装置,六、产业化应用,医药中间体超重力精馏装置,七、超重力精馏技术特点,1、体积小、高度低,七、超重力精馏技术特点,2、资源能源节约,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

9、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。,八、经济和社会效益,2、社会效益,（1）资源、能源节约 1 米高的折流式超重力床可代替10 多米高的精馏 塔，钢材用量和占地面积仅为精馏塔的1/4，辅助设 施建设成本显著降低； （2）生产安全 无需考虑台风、雷击、地震及高空作业等在精馏塔 建设中必须考虑的因素，生产的安全性大大提高， 实际使用时操作和维修方便； （3）应用在空间受限的场合。,十、知识产权,授权发明专利6 项，其中美国专利1项 授权实用新型专利8项,编制企业标准1项 发明专利： 1、折流式超重力场超重力床装置 ZL01134321.4 2、多层折流式超重力超重力床装置ZL200510049145.1 3、Equipment of multi-rotors zigzag high-gravity r