超重力技术的发展历史

离心力场(超重力场)用于相分离已经有很长时间了,无论是在日常生活中还是在工业应用中。但作为强化传质过程的特定手段,“Higee”出现在20世纪70年代末,是由帝国化学公司的ColinRamshaw教授领导的新科学团体提出的专利技术。它的诞生最初是由矫正分离的想法引起的,以申请美国国家航空航天局在微重力条件下的空间实验项目。理论分析表明,在微重力条件下,由于g →0,两相接触过程的动力因子,即浮力因子△( ρg) →0,不会因密度差引起相间流动。而分子间作用力如表面张力会起主导作用,液体会发生团聚而不拉伸,相间传递失去两相充分接触的前提条件,导致相间传质效果差,无法分离。反之,“G”越大,△(ρg)越大,流体的相对滑动速度越大。巨大的剪切应力克服了表面张力,使液体伸展出巨大的相间接触界面,从而大大强化了传质过程。这个结论导致了“Higee”(高“G”)的诞生。

从20世纪70年代末到80年代初,英国帝国化学工业公司(ICI)相继提出了多项名为“Higee”的专利。利用旋转填料床中产生的强大离心力——超重力,大大提高了气液流速和填料比表面积,而不会液泛。在高分散、高湍流、强混合和快速界面更新的条件下,液体与气体在弯曲通道内以较大的相对速度接触,大大强化了传质过程。传质单元高度降低了1 ~ 2个数量级,显示出许多传统设备根本不具备的优势。这样,巨大的塔就变成了一台超重的机器,高度不到2米。超重力技术被认为是强化传递和多相反应过程的突破性技术,被誉为“化学工业中的晶体管”和“跨世纪技术”

离心力场(超重力场)用于相分离已经有很长时间了,无论是在日常生活中还是在工业应用中。

1925年,迈尔斯做了一个带旋转体的圆锥形分段蒸馏月桂。

1933年,普拉凯克发明了一种侧面封闭的螺旋气液接触装置,液体与沿螺旋板由内向外逆流流动的气体接触。几年后,该设备得到了改进,使用带有突起的同心圆柱体来增加接触时间。

在1954中,Chambers开发了一种离心吸收器,它由一个圆环连接到一个旋转平板上组成。

1965中,Vivian在大型离心机的转臂上固定一个填料塔,测量离心加速度对传质系数的影响。实验曲面表明,液膜传质系数与加速度的0.41 ~ 0.48次方成正比。维维安最早研究旋转床传质,但他没有提出旋转床超重力的概念。

1969年,Todd进行了离心接触器的实验,离心接触器由12层环形同心筛板组成,中间相隔1英寸,在流体流动上类似于筛板塔。

超重力的概念最早出现在20世纪70年代末,并引起了业界的关注。这是帝国化学公司的ColinRamshaw教授领导的新科学小组提出的专利技术。

它的诞生最初是由矫正分离的想法引起的,以申请美国国家航空航天局在微重力条件下的空间实验项目。1976年,美国国家航空航天局征集微重力场实验项目,英国ICI公司(帝国化学公司)的ColinRamshaw教授做了精馏、吸收等化工分离单元操作过程中微重力场影响效应的研究,发现在零重力状态下,液气之间的传质是不可能的,气液不能有效分离。而超重力使液体表面张力的作用相对不显著,液体在巨大的剪切力作用下被拉起或撕裂成微小的液膜、细丝和液滴,产生巨大的间接粗面积,从而大大提高了传递速率系数,也提高了气液逆流操作的液泛率,大大增加了设备的生产能力,对分离过程是有力的。这项研究成果促成了超重力分离技术的诞生。

1981年,ICI公司的Ramshaw教授申请了世界上第一个填充式超重力床专利,随后几年(198L ~ 1983)连续提出了多项名为HIGEE(超重力)新技术的专利。

超重力技术的出现,可以说是强化传质过程的一次质的飞跃。自20世纪80年代以来,人们开始意识到这项技术在化学工业中有着广阔的应用前景。目前,世界上许多大型化工公司都在竞相开发和研究超重力技术,并进行了一定的中试或工业运行。目前有许多加压、常压和负压装置在运行,包括吸收、解吸、萃取、精馏等操作和实验。工程学已经取得了一些进展。

纽卡斯尔大学、凯斯西储大学、德克萨斯大学和华盛顿大学在超重力装置的研发方面处于世界先进水平。

在1983中,ICI公司报道了工业规模的HIGEE装置与传统的板式塔平行以从苯和环己烷中分离乙醇和异丙醇,并且它成功地运行了数千小时,这肯定了这项新技术的工程和技术可行性。

1984年,美国专门制造塔和塔填料并在世界上占有重要市场的Glitsch公司从ICI公司购买了HIGEE专利,成立了专门的HIGEE研发中心,进行了大量研究,并与CaseWesternReserve大学、华盛顿大学(密苏里)、TaxasAustin州立大学、专门从事气体处理的Fluor公司和气体研究所(GRI)建立了合作研究。在能源部的大力支持下,已投入数千万元进行小规模、中试规模和工业示范装置的各系统科学实验研究,取得了很大进展。

1985年,美国海岸警卫队建立了第一套去除地下污水挥发性成分的超重力装置,从受污染的地下水中分离出苯和甲苯,含量从200ppb和500ppb降低到约1ppb。该装置已成功运行6年。

在1987中,美国的FlourDaniel公司在新墨西哥的ELPaso天然气公司建立了一套使用二乙醇胺从含有H2S和CO2的天然气中选择性吸收H2S的超重力装置。

1987年7月,格力奇公司在路易斯安那州进行了两次实验,分别是用二乙醇胺吸收CO2和用三甘醇干燥天然气,都获得了成功。

格力奇公司在1989中宣称,购买一台HIGEE设备可以替代一个50英尺的塔高,相当于30个塔盘,是改造传统塔,提高产品质量最经济有效的方法。

从65438到0984,CaseWesternReserve大学的N.C.Gardner教授在Norton公司和Dow公司的支持下,研究了烟气脱硫和解聚。

Martin和Martelli使用旋转填料床(RPB)与传统蒸馏塔连接,并使用网状金属填料测试环己烷和正庚烷的分离系统。

郝在凯斯西储大学Gardener教授的指导下,研究了用旋转填充床去除聚苯乙烯中残留单体的方法。

英国纽卡斯尔大学ColinRamshaw教授领导的团队多年来致力于海水脱氧的研究。

道化学公司在1999中开发了旋转填充床制备次氯酸的工艺。

另外,国外对超重力技术应用的研究主要在以下几个方面:(1)蒸馏精馏;(2)环保中的除尘除雾、烟气中SO2和有害气体的去除、液液分离、液固分离;(3)吸收:天然气的干燥、脱碳和脱硫,以及CO2的吸收;(4)解吸,即从污染的地下水中吹出芳烃和化学热(吸收和解吸);(5)旋转电化学反应器和燃料电池(快速去除气泡和降低过电压);(6)旋转聚合反应器;(7)转盘式热交换器和蒸发器;(8)从聚合物中除去挥发物;(9)强化生物氧化反应过程(传统的生化反应在发酵罐中进行)

我国对超重力技术应用的研究起步较晚,但也取得了显著的成果,主要用于油田注水脱氧、纳米材料制备、强化除尘过程、强化生化反应过程和精馏。1985之前,超重力工程技术研究基本空白。

1983年,王家定院士在国内化学工程会议上介绍了ICI开发的新技术。

1984,北京化工大学与美国凯斯西储大学就超重力工程技术研发确认合作意向。

65438-0988北京化工大学郑冲教授与美国CaseWesternReserve大学合作,开始了旋转填充床的应用。得到了化工部和国家科委的高度重视和大力支持。经过论证,已被列为八五国家科技攻关项目,也获得了国家自然科学基金对这一高技术基础研究的支持。

1990年,中国第一个超重力工程技术研究中心在北京化工大学建成,并开展了一系列创新研究工作。多年来,在超重力技术的基础和应用研究方面获得了多项国家专利。同时国内其他高校,如浙江工业大学、华南理工大学、天津大学等。,也开发了这项技术,并取得了显著的成果。

2001浙江工业大学季建兵教授等人申请了名为折流板超重力场的旋转床装置专利,并于2004年6月获得授权。超重力工程技术在精馏中的应用推向了一个新的高度;然后浙江工业大学逐渐申请了几项发明专利和实用新型专利。

于是,国内市场出现了一批生产超重力整流器的公司。