超重力機超重力技術是強化多相流傳遞及反應過程的新技術,上個世紀問世以來,在國內外受到廣泛的重視,由於它的廣泛適用性以及具有傳統設備所不具有的體積小、重量輕、能耗低、易運轉、易維修、安全、可靠、靈活以及更能適應環境等優點,使得超重力技術在環保和材料生物化工等工業領域中有廣闊的商業化套用前景。但目前超重力技術還主要處於套用開發階段,集中體現在超重力氣-固流態化技術和超重力氣-液傳質技術兩個方面。
超重力技術原理
超重力工程技術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,從而實現高效的傳質傳熱過程和化學反應過程。獲取超重力的方式主要是通過轉動設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。
超重力技術的發展歷史
離心力場(超重力場)被用於相間分離,無論在日常生活還是在工業套用上,都已有相當長的歷史。但為一項特定的手段用於傳質過程的強化,引起工業界的重視是70年代末出現的“Higee”,這是英國帝國化學公司的ColinRamshaw教授領導的新科學小組提出的專利技術。它的誕生最初是由構想用精餾分離去應徵美國太空署關於微重力條件下太空實驗項目引起的。理論分析表明,在微重力條件下,由於g→0,兩相接觸過程的動力因素即浮力因子△(ρg)→0,兩相不會因為密度差而產生相間流動。而分子間力,如表面張力,將會起主導作用,液體團聚,不得伸展,相間傳遞失去兩相充分接觸的前提條件,從而導致相間質量傳遞效果很差,分離無法進行。反之,“g”越大,△(ρg)越大,流體相對滑動速度也越大。巨大的剪下應力克服了表面張力,可使液體伸展出巨大的相際接觸界面,從而極大地強化傳質過程。這一結論導致了“Higee”(High“g”)的誕生。
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”的多項專利。利用鏇轉填料床中產生的強大離心力———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,極大地強化了傳質過程。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。因此。超重力技術被認為是強化傳遞和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”和“跨世紀的技術”
超重力機的工作原理
氣相經氣體進口管由切向引入轉子外腔,在氣體壓力的作用下由轉子外緣處進入填料。液體由液體進口管引入轉子內腔,經噴頭淋灑在轉子內緣上。進入轉子的液體受到轉子內填料的作用,周向速度增加,所產生的離心力將其推向轉子外緣。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,在轉子內部形成了極好的傳質與反應條件。液體被轉子拋到外殼匯集後經液體出口管離開超重機。氣體自轉子中心離開轉子,由氣體出口管引出,完成傳質與反應過程。
