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            連云港晟源科技有限公司

            超重力反應器 ——連云港晟源科技有限公司用于氣液/液液/氣固強化過程—節能50%

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            超重力技術及其應用 Company profile


            所謂超重力指的是在比地球重力加速度大得多的環境下,物質所受到的力。在地球上,實現超重力場的最簡便方法是通過旋轉產生離心力而實現。在超重力場中,氣-液、液-液、液-固兩相傳質比在地球重力場中大上百倍至萬倍,相間的巨大剪切力和快速更新的相界面,使傳質速率比在地球重力場中高出1~3個數量級,微觀傳質和分離過程得到極大強化。超重力技術是強化多相流傳遞及反應過程的新技術,在國內外受到廣泛的重視,由于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應用前景。

            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。

            1.1超重力場氣-固接觸技術的特點

            眾所周知,傳統重力場條件下,實現氣-固體系加工過程的典型設備是各種重力流化床(1) 。然而,由于重力場的限制,傳統流化床同時也表現出許多固有缺陷,如:大顆粒的騰涌、小顆粒的夾帶、粘結、大氣泡的存在造成氣體短路從而導致氣固分布不均大大降低了系統內的傳質傳熱和化學反應速率等。為此,前蘇聯學者首先提出了超重力(離心)流化床概念[1] (1) 。

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            1 傳統重力流化床(鼓泡床)超重力(離心)流化床

            相對于傳統重力場,超重力氣-固接觸技術的突出特點主要表現在以下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節,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,從而使其傳質傳熱速率遠高于傳統流化床。

            c. 近年來,隨著超細粉體技術的發展, Gel-dart C類顆?;虺氼w粒的流態化加工過程成為科技界和工業界的關注熱點[ 2 ] ,但這類顆粒由于粘附性強,流化時易形成穩定溝流,因而難以流態化。但在超重力條件下,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,從而促進聚式流態化向散式化的轉變,從而改善超細顆粒的流化質量。

            此外,超重力流化床還有操作氣速范圍寬、不怕振動、空間布置靈活并能夠在重力場外(太空) 操作等優點。

            1. 2 超重力場氣-液接觸技術的特點

            在傳統重力場中,實現多相流質量傳遞與反應過程的典型設備是塔器。由于重力場的限制,傳統塔器中氣-液體系傳質反應效率的提高受到了液泛點低、氣-液之間的相對速度低、單位體積氣-液接觸面積小等因素的制約。多年來,塔器內件尤其是填料雖不斷有所改進,但過程的強化并未獲得突破性進展。為此,人們提出了超重力氣-液傳質強化技術,其優勢主要表現在以下兩個方面:

            a. 在超重力傳質反應器中(圖2) ,液體受到的有效重力將是傳統重力場中的數十倍甚至上百倍,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實,從而極大地強化氣-液體系的傳質反應效率。

            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過程。

            此外,超重傳質反應器還具有物料停留時間短(10100 ms) 、設備簡單、易于操作和開停車、安裝方向不受限制、不怕振動與顛簸等特點。

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            2 超重力反應器結構示意圖

            超重力技術應用研究進展

            超重力分離技術由于在離心力場下操作, 極大地強化了傳質系數, 因而可適用于一切由擴散控制的傳質及反應過程, 尤其適用于氣液固多相流反應體系。其主要特點歸納起來有以下幾個方面①傳質系數大、體積?、谖锪贤A魰r間短③擺脫了重力場的影響④啟動、停車迅速⑤維修、清洗方便⑥對物料粘度適應性廣。鑒于以上特點, 超重力分離技術可應用于以下方面[3]

            a.可代替傳統塔器, 縮小其體積,尤其適宜于代替貴重金屬制作的傳統設備及加壓設備??蛇M行熱敏性物料的處理, 減少分解損。

            b.進行熱敏性物料的處理, 減少分解損失可進行傳質控制的化學沉淀反應, 制備超細粉失可進行傳質控制的化學沉淀反應, 制備超細粉體。

            c.可適用振動較大的環境, 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良的分離性能。

            d.適應于小批量、多品種產品的生產。

            f.可適用于處理傳統設備無法處理的粘度大的體系,如高分子物質脫除單體等。

            綜上所述, 超重力分離技術具有設備體積小、效率高、能耗低并且停留時間短和適應性廣的特點,可被廣泛地應用于具有擴散控制的傳質及反應體系中。從已有的研究表明, 它在精餾、吸收、解析、電化學反應、聚合反應以及聚合物脫單體、生化反應等方面均具有廣闊的應用前景??梢灶A見,該項技術的應用可大大縮小傳統工廠的規模,使其向微型化、室內化的方向發展,并會帶來更多工業領域的革命性變化。但任何一種技術均有其應用優勢及局限, 如何將該技術應用到其最適宜場合中,并采用最合理的設備結構及操作優化的工藝,是目前該技術應研究的方向。本論文就超重力在未來化工、食品方面的應用提出自己的設想。


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