超重力分離技術(shù)

1、桂紅光，陶俊宇，顧超凡超重力工程技術(shù)的基本原理是利用超重力條件下多相流體系的獨特流動行為,強化相與相之間的相對速度和相互接觸,從而實現(xiàn)高效的傳質(zhì)傳熱過程和化學(xué)反應(yīng)過程。獲取超重力的方式主要是通過轉(zhuǎn)動設(shè)備整體或部件形成離心力場,涉及的多相流體系主要包括氣-固體系和氣-液體系。超重力分離技術(shù)是強化多相流傳遞及反應(yīng)過程的新技術(shù)，上個超重力機世紀(jì)問世以來，在國內(nèi)外受到廣泛的重視，由于它的廣泛適用性以及具有傳統(tǒng)設(shè)備所不具有的體積小、重量輕、能耗低、易運轉(zhuǎn)、易維修、安全、可靠、靈活以及更能適應(yīng)環(huán)境等優(yōu)點，使得超重力技術(shù)在環(huán)保和材料生物化工等工業(yè)領(lǐng)域中有廣闊的商業(yè)化應(yīng)用前景。但目前超重力技術(shù)還主要處于應(yīng)用開

2、發(fā)階段，集中體現(xiàn)在超重力氣-固流態(tài)化技術(shù)和超重力氣-液傳質(zhì)技術(shù)兩個方面離心力場(超重力場) 被用于相間分離,無論在日常生活還是在工業(yè)應(yīng)用上,都已有相當(dāng)長的歷史。但為一項特定的手段用于傳質(zhì)過程的強化,引起工業(yè)界的重視是70 年代末出現(xiàn)的“Higee”, 這是英國帝國化學(xué)公司的ColinRamshaw 教授領(lǐng)導(dǎo)的新科學(xué)小組提出的專利技術(shù)。它的誕生最初是由設(shè)想用精餾分離去應(yīng)征美國太空署關(guān)于微重力條件下太空實驗項目引起的。70 年代末至80 年代初,英國帝國化學(xué)工業(yè)公司( ICI) 連續(xù)提出被稱之為“Higee”的多項專利。利用旋轉(zhuǎn)填料床中產(chǎn)生的強大離心力超重力,使氣、液的流速及填料的比表面積大大提高

3、而不液泛。液體在高分散、高湍動、強混合以及界面急速更新的情況下與氣體以極大的相對速度在彎曲孔道中逆向接觸,極大地強化了傳質(zhì)過程。超重力技術(shù)被認為是強化傳遞和多相反應(yīng)過程的一項突破性技術(shù),被譽為“化學(xué)工業(yè)的晶體管”和“跨世紀(jì)的技術(shù)”氣相經(jīng)氣體進口管由切向引入轉(zhuǎn)子外腔,在氣體壓力的作用下由轉(zhuǎn)子外緣處進入填料。液體由液體進口管引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔,經(jīng)噴頭淋灑在轉(zhuǎn)子內(nèi)緣上。進入轉(zhuǎn)子的液體受到轉(zhuǎn)子內(nèi)填料的作用,周向速度增加,所產(chǎn)生的離心力將其推向轉(zhuǎn)子外緣。在此過程中,液體被填料分散、破碎形成極大的、不斷更新的表面積,曲折的流道加劇了液體表面的更新。這樣,在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成了極好的傳質(zhì)與反應(yīng)條件。液體被轉(zhuǎn)子拋到外殼匯

4、集后經(jīng)液體出口管離開超重機。氣體自轉(zhuǎn)子中心離開轉(zhuǎn)子,由氣體出口管引出,完成傳質(zhì)與反應(yīng)過程。超重力氣-固接觸技術(shù)的突出特點主要表現(xiàn)在以下3個方面:a. 在超重力流化床中，由于重力場強度和流化速度均可調(diào)節(jié),因此可將流化速度控制在鼓泡速度之下操作，從而獲得良好的流化質(zhì)量。b. 在超重力條件下,由于顆粒有效重力增加，因而流化時氣固之間的相互作用(相對速度)大大增強，從而使其傳質(zhì)傳熱速率遠高于傳統(tǒng)流化床。c. 近年來，隨著超細粉體技術(shù)的發(fā)展， Gel-dart C類顆?；虺氼w粒的流態(tài)化加工過程成為科技界和工業(yè)界的關(guān)注熱點 ,但這類顆粒由于粘附性強,流化時易形成穩(wěn)定溝流,因而難以流態(tài)化。但在超重力條件下

5、,氣固之間的剪切力大為增強，有可能克服顆粒之間的團聚力,從而促進聚式流態(tài)化向散式化的轉(zhuǎn)變,從而改善超細顆粒的流化質(zhì)量。a. 在超重力傳質(zhì)反應(yīng)器中 ，液體受到的有效重力將是傳統(tǒng)重力場中的數(shù)十倍甚至上百倍，液泛點大大提高，使得通過提高氣速來增強氣-液之間的相對速度成為現(xiàn)實，從而極大地強化氣-液體系的傳質(zhì)反應(yīng)效率。 b. 在超重力場中，氣液兩相流體相對滑動速度很大,巨大的剪切應(yīng)力克服了液體表面張力，使液體伸展出巨大的相際接觸界面,液膜變薄，幾乎沒有持液現(xiàn)象，液體在高分散、高湍動、強混合以及界面急速更新的情況下與氣體以較大的相對速度在填料的彎曲孔道中接觸，從而極大地強化了傳質(zhì)過程。傳統(tǒng)重力流化床傳統(tǒng)重

6、力流化床超重力流化床超重力流化床1.海水淡化a.可代替?zhèn)鹘y(tǒng)塔器, 縮小其體積，尤其適宜于代替貴重金屬制作的傳統(tǒng)設(shè)備及加壓設(shè)備。可進行熱敏性物料的處理, 減少分解損失。b.進行熱敏性物料的處理, 減少分解損失可進行傳質(zhì)控制的化學(xué)沉淀反應(yīng), 制備超細粉失可進行傳質(zhì)控制的化學(xué)沉淀反應(yīng), 制備超細粉體。c.可適用振動較大的環(huán)境, 如海上平臺,激烈的振動會使塔器傾斜造成重力偏流而使分離失效, 而超重機因不受重力影響而保持優(yōu)良的分離性能。d.適應(yīng)于小批量、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)。f.可適用于處理傳統(tǒng)設(shè)備無法處理的粘度大的體系，如高分子物質(zhì)脫除單體等。2.干燥過程超重力氣-固流化床技術(shù)研究較多集中于不同物料干燥過程的應(yīng)用,包括不同物料初始流化行為和干燥過程中傳質(zhì)傳熱速率的研究。如Farkas Lazar等對片狀和塊狀土豆、胡蘿卜和蘋果等在超重力(離心)流