超重力课程设计--超重力隔壁精馏塔分离三组分结构设计

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1、 超重力隔壁精馏塔分离三组分结构设计超重力隔壁精馏塔分离三组分结构设计 摘要摘要 超重力技术是强化多相流传递及反应过程的新技术，由于它的广泛适用性以及具 有传统设备所不具有的体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵 活以及更能适应环境等优点，使得超重力技术在环保和材料生物化工等工业领域中有 广阔的商业化应用前景。 精馏是石油化工等工业过程中应用最广泛的单元操作之一，但其存在能耗高、热 力学效率低的问题。隔壁塔作为完全热耦合的一种特殊结构，可以在一个塔壳内同时 完成三组分的分离，具有设备投资少、能耗低的特征。 本文尝试将两种结构结合，强强联合下产生超重力隔壁精馏塔，希望得到更加高

2、效的分离效率。 关键词关键词：超重力：超重力；隔壁塔；超重力隔壁精馏塔隔壁塔；超重力隔壁精馏塔 目录 1 超重力 . 1 1.1 旋转填料床结构及特点 1 1.2 旋转床分类 2 2 精馏 . 3 2.1 精馏过程及特点 3 2.2 隔壁塔 4 3 超重力精馏的提出 . 5 4 超重力隔壁精馏塔结构设计 . 5 5 可行性 . 6 参考文献 8 超重力隔壁精馏塔分离三组分结构设计 1 1 超重力超重力 通过旋转产生离心力来模拟超重力。超重力机以气液、液液两相或气液固三相在 模拟的超重力环境中，多孔填料或孔道内，进行混合、 传质与反应为其主要特征。 对传递和微观混合过程的极大强化。 1.1 旋转

3、填料床旋转填料床结构结构及及特点特点 超重力实现的过程中使用最多的是旋转填料床。旋转填料床是利用高速旋转的填 料形成超重力场并对通过填料的汽液进行无限切割，使其表面不断更新的高效分离设 备。其主要结构包括外壳、转子和液体分布器。设备的核心部分是转子，其主要作用 是固定填料并带动其旋转，实现良好的气液接触与微观混合。转子一般由上下盘片和 转鼓构成， 通过轴与电机连接。 轴与旋转填料床外壳用轴承连接并加以密封， 防止汽、 液向外渗漏。转子在轴的带动下以每分钟数百至数千转的速度旋转。 图图 1 超重力实现超重力实现方式方式 通过多年对旋转填料床的基础理论研究和应用研究，发现旋转填料床有以下特点： （

4、l）在相同的操作条件下，与常用的板式塔、填料塔相比，传质单元高度可降低 1-2 个数量级，体积传质系数可提高 1-3 个数量级，设备的体积可缩小 10 倍以上； （2）气液通量可得到极大提高，气体、液体通量可相应增大到很大而不产生液 泛； （3）填料空隙率一般在 90%以上，远大于普通的填料塔。在高通量下，气相压 降一般比相同传质单元数的普通填料塔还低，所以能耗比较小； 超重力隔壁精馏塔分离三组分结构设计 2 （4）持液量比较小，液体在转子内的停留时间很短，适合处理一些热敏性、昂 贵或者有毒的物料； （5）体积较小，重量轻，可以垂直、水平或任意方向安装，不怕震动与颠簸， 适用于舰船、飞行器等运

5、动物体或高度、大小受限制的场合； （6）占地面积和体积大幅度减小，不仅节省大量的基建投资，而且设备的重量 轻、维修方便、可缩短检修工期。设备费用比传统塔设备大幅度减小，有利于降低产 品成本； （7）开停车容易，几分钟就可以达到稳定。 1.2 旋转床旋转床分类分类 目前，旋转床的结构一般分为立式和卧式两种，它主要由转子、密封、填料、壳 体、液体分布器等部分组成。转子是其核心部分，转子有不同的结构形式，一般由多 孔填料构成，通过转轴与电机连接，以每分钟数百转至数千转的速度旋转，提供超重 力环境。工作时气相经气体进口管由切向进入转子外腔，在气体压力的作用下由转子 外缘处进入填料，液体由液体进口进入转

6、子内腔，经液体分布器喷头喷洒在转子内缘 上，进入转子的液体受到转子内填料的作用，周向速度增加，所产生的离心力将其推 向转子外缘。在此过程中，液体被填料分散、破碎形成极大的不断更新的液膜，曲折 的流道更是加剧了液体表面的更新，液体在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更 新的情况下与气体以极大的相对速度在填料孔道中逆向接触，极大地强化了传质过程。 而后，液体被转子抛到外壳汇集后经液体出口管离开旋转填料床，气体自转子中心离 开转子，由气体出口管引出，在此过程中完成传质、传热及反应过程。 超重力隔壁精馏塔分离三组分结构设计 3 图图 2 旋转旋转填料填料床床结构结构 2 精馏精馏 2.1 精馏过程精馏过程及及特点特点 精馏是指利用溶液中各组分相对挥发度的差异，经过多次部分冷凝与汽化，使组 分得以分离的化工单元操作过程。精馏是目前应用最广的一类液体混合物分离方法， 其具有如下特点: (l)通过精馏分离可以直接获得所需要的产品，而吸收。萃取等分离方法，由于有 外加的溶剂，需进一步使所提取的组分与外加组分再进行分离，因而精馏操作流程通 常较为简单。 (2)精馏分离的适用范围广，它不仅可以分离液体