概述
傳質單元高度降低了1～2個數量級,並且顯示出許多傳統設備所完全不具備的優點。從而使巨大的塔器變為高度不到2m的超重機[3]。因此,超重力技術被認為是強化傳遞與多相反應過程的一項突破性技術,被譽為“化學工業的電晶體”。
進展
70年代末至80年代初,英國帝國化學工業公司(ICI)連續提出被稱之為“Higee”(HighGravityRo2tarySevice)的多項專利[5]。自1985年售出第一套旋轉填料床以來,世界各國競相對這一技術進行研究但由於其屬商業機密,國外報導較少。由於旋轉填料床具有體積小、重量輕、能耗低、易運轉、易維修、安全、可靠、靈活等優點,它一旦在某個行業部門工業示範成功後,就能較快得到推廣。並且該設備還具有不怕震動,可以任意方位安裝,物料在設備內停留時間短,適合於快速反應和選擇性吸收等特點,因此,還可用於一些傳統技術所不能勝任的場合,使這項新技術有著較傳統的分離反應技術更為廣闊的套用範圍。因此,吸引了各國公司和大學對其進行研究,我國在1985年才開始對旋轉填料床技術及設備方面進行相關研究研製,經過20年的發展,現已取得了較大的進展。從旋轉填料床的氣液進料以及轉子結構來看,可分為逆流型旋轉填料床、錯流型旋轉填料床、折流式旋轉填料床、撞擊流旋轉填料床。
1.1 逆流型旋轉填料床
逆流型旋轉填料床的特徵是強制氣流由填料床的外圓周邊進入旋轉著的填料床,自外向內作強制性的流動,最後由中間流出。而液體由位於中央的一個靜止分布器射出,噴入旋轉體,在離心力作用下自內向外通過填料流出,使氣液之間發生高效的逆流接觸,在高速轉動的環形旋轉器中,利用強大的離心力,使氣液膜變薄,傳質阻力減小,增強其設備傳質速率和處理能力[6]。據文獻[7]報導,與一般情況下的蒸餾塔或吸收塔相比,在相同操作條件下,逆流型旋轉填料床的傳質單元高度降低了1～2個數量級,可將塔的高度縮為原來的1/10,塔的直徑減為原來的1/5,並且顯示出許多傳統設備所完全不具備的優點。但逆流型旋轉填料床的內外環流體通道橫截面積相比懸殊,氣速變化過大,氣體形體阻力高;氣體由旋轉床的外環沿徑向流向內環,需克服離心阻力。這兩個因素造成氣相流阻過大,不適於大流量的氣液傳熱傳質
1.2 錯流型旋轉填料床
錯流型旋轉填料床為在大流量的氣液傳熱傳質過程中引入離心力場強化傳熱傳質,人們開始研究採用錯流型旋轉填料床。華南理工大學在國外開發的逆流型超重力旋轉填料床的基礎上,自主開發了錯流型超重力旋轉填料床,錯流型旋轉填料床中的氣體流道橫截面均勻,氣速恆定,且氣體沿旋轉床軸向流動,無需克服離心阻力,故氣相阻力小,適合大流量的氣液兩相傳熱傳質
1.3 折流式旋轉填料床
折流式旋轉填料床是新近開發的一種填料床,由浙江工業大學鮑鐵虎等提出,並用於精餾等方面研究。其特點是:(1)折流式旋轉床動靜結合,氣液接觸劇烈;(2)氣液在折流式旋轉床中作“S”形逆向流動,氣液接觸時間長;(3)結構簡單,易於拆裝、清洗。折流式轉子結構中,氣體在壓力梯度作用下由外腔進入,沿著擋板走“S”形的彎曲通道;從中間噴入的液體,由於受到強大的離心力的作用,撞擊到擋板,在擋板之間被高度霧化,粉碎成微小的液滴與氣體進行充分的接觸後,再沿著擋板低端走到下一層,再次被高度霧化、接觸,如此反覆進行,總的趨勢同樣是“S”型的彎曲通道。在擋板之間被霧化的液體和擋板表面液層進行質量傳遞,其傳質效率被極大的提高。在設計中,上面的擋板不動,只有下面的擋板轉動,液體撞擊的擋板在動與不動之間更換,霧化程度更好
1.4 撞擊流-旋轉填料床
撞擊流(ImpingingStreams簡稱IS)的概念於1961年由Elperin首先提出,至今已逾40年。在過去40餘年間,IS領域研究已大大擴展;其中最值得注意的是研究的重點明顯地由氣體連續相撞擊流轉向液體連續相撞擊流。撞擊流-旋轉填料床反應器(ImpingingStream-RotatingPackedBed,簡稱IS-RPB反應器)。是在撞擊流反應器和旋轉填料床反應器的基礎上發展起來的一種新型反應設備,由山西省超重力化工工程技術研究中心劉有智教授首次提出並自主開發[14],IS-RPB反應器工作原理就是根據撞擊流反應器,最大的優點是能夠實現相間的快速混合與傳質,其存在的問題是由於受邊界效應所限混合或傳遞都不夠均勻,而旋轉填料床最大的優點之一就是分布均勻,通過二者的有機耦合形成的IS-RPB可以使兩相流體在高分散、高湍動、強混合及界面急速更新的情況下實現接觸與傳質。
