超重力旋转床转子应用研究.pdf

总第2 1 3 期2023年第8 期生产与应用摘要：超重力旋转床在原料药的生产中应用越来越广泛，由于设备体积小，传质传热效率高，对处理量较小的有机溶剂回收比传统精馏塔具有明显优势。基于此，设计三种不同结构形式的超重力旋转床转子，以药厂中应用最广泛的乙醇为研究体系，通过实验对比不同转子结构形式对乙醇精馏的影响。实验结果表明：旋转床转速的增加有利于分离提纯，当增加到一定转速后提纯效果不明显，转子层数的增加有利于提纯，相同条件下折流式转子分离乙醇水略好于填料式，半填料半折流式分离性能最差。关键词：超重力旋转床；转子；乙醇；精馏中图分类号：TQ028.310引言1976年美国国家航空航天局在太空进行微重力研究，1 9 7 9 年英国帝国化学公司（ICI)受此启发率先提出超重力的概念，随后1 9 8 1 年申请了世界上第一个超重力旋转填料床专利,之后陆续有学者进行超重力旋转床的研究 1-3 。2 0 0 1 年折流式转子出现,随后折流式超重力旋转床开始实现在精馏上的工业化应用 4 。折流式超重力旋转床结构如图1 所示，其结构主要由圆形外壳和转子组成，具有特定结构的转子在壳体内高速旋转，气体从气体进口经转子外缘进人转子内最后从气体出口排出，液体从液体进口经转子中心在离心力的作用下往外甩出最后在重力作用下从液体出口排出，在转子内气液两相形成比表面积极大而又不断更新的气液界面,具有极高的传质传热速率 5 液体进口定子一转子气体出口液体出口图1 折流式超重力旋转床超重力精馏技术是强化“三传一反”的手段，原理是使用数百倍于重力的离心力代替重力，从而使两相流体间的接触传递过程得到强化 6。填料式转子作为最早被研究的转子结构之一，具有压降小，比表面积大等优点，折流式转子具有气液停留时间长，接触更充分，可实现连续精馏等优点 7-8 。本文通过设计不同收稿日期：2 0 2 2-1 1-0 2作者简介：蒋晓霄，男，1 9 8 9 年出生，毕业于温州大学，硕士学位，化工工程师，研究方向为超重力过程强化技术。山西化工Shanxi Chemical Industry超重力旋转床转子应用研究蒋晓霄，鞠勤英，陈磊（浙江亚光科技股份有限公司，浙江温州3 2 5 0 0 0）文献标识码：A形式的折流式转子、填料式转子和折流加填料式转子,以乙醇水为研究体系进行超重力旋转床精馏试验，分析对比不同结构形式转子对超重力精馏性能的影响。1仪器与试剂1.1仪器超重力精馏实验平台、卡尔费休水分测定仪、天平、量筒、烧杯。1.2试剂无水乙醇、水。2超重力旋转床转子结构本研究中超重力旋转床转子结构为折流式结构如图2 所示，填料式结构如图3 所示，半填料半折流式结构如图4 所示，每种结构形式分别设计转子层数14层。气体进口一折流板电机Total 213No.8,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.08.043文章编号：1 0 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)0 8-0 1 1 4-0 2折流板转子图2 折流式结构折流式结构主要由转子（直径3 0 0 mm）、定子(直径3 2 0 mm）、折流板组成，其中折流板分为7 块转子折流板和6 块定子折流板，动静两组折流板相对且交错嵌套布置，折流板之间的间隙成为气体和液体流动的空间,其中液体在离心力的作用下从内圈动折流板流向最外圈，气体在压差的作用下从外向内流动且因为定子折流板的导流作用加长了气液的接触时间,这种结构使气液接触效率大大增加。填料式结构中填料由金属丝网、转子板、定子板组成,该结构与图2 折流式结构相比,没有折流板,填料代替了折流板结构,填料高度4 0 mm,填料直径3 0 0 mm，轴定子2023年第8 期蒋晓霄：超重力旋转床转子应用研究115轴定子填料转子图3填料式结构轴定子折流板转子图4 半填料半折流式结构气、液直接通过丝网填料没有对气体进行导流。半填料半折流式结构主要由金属丝网填料(高度40mm，直径1 5 0 mm）转子、定子和折流板组成，转子折流板数量4 块，该结构是填料式结构和折流式结构的组合。3实验方法实验流程如图5 所示。超重力床放空1换热器进料口蒸发釜图5 超重力旋转床精馏实验工艺流程图1)配置体积分数3 0%和6 0%的乙醇水溶液1 0 L，将乙醇水溶液加人蒸发釜；2)开启蒸发釜蒸汽加热开关，设定超重力旋转床转速，加热建立全回流；3)全回流3 0 min后开启采出，固定回流比和流量大小等参数稳定；4)蒸发釜内乙醇水经加热气化，气体进人超重力旋转床与回流液体逆流接触，传质传热，然后从超重力旋转床顶部离开进人冷凝器，冷凝后的液体通过回流泵一部分回流进超重力旋转床，一部分采出进储罐；5)全回流3 0 min后，开启采出，每隔3 0 min取样，测量浓度；6)改变超重力旋转床转速、转子层数和转子结构重复上述实验操作。4结果与分析折流式超重力旋转床不同转速下实验结果见表1。随着超重力旋转床转速的增加,采出乙醇浓度先增加后趋于平缓，在转速4 0 0 r/min以上时浓度增加不明显，主要是由于转速低时超重力强化起主导作用，当增加到一定值时，液体流速变快，气液接触停留时间变短，传质传热效果不明显。表1 6 0%乙醇水不同转速下实验结果序号转子层数/层转速/(r/min)13填料23456对不同转子层数进行试验，转子形式折流式，实验结果见表2。对初始体积分数为3 0%和6 0%的乙醇水分别进行实验，实验结果均随着转子层数的增加，采出乙醇浓度不断增加,转子层数增加,相当于理论板数增加有利于分离提纯。表2 8 0 0 r/min不同转子层数实验结果序号转子层数/层乙醇初始体积分数/%乙醇采出体积分数1%11换热器2HI3一456缓冲罐78不同超重力旋转床转子结构实验，实验结果见储罐表3。表3 为转子层数2 层和4 层，折流式转子、填料式转子和半填料半折流式转子实验结果。通过实验可以发现相同情况下折流式转子和填料式转子在乙醇分离提纯上差异不大，折流式略好于填料式，半填料半折流式性能相对较差，三种结构形式的转子都随着转子层数的增加分离性能增加。表3800r/min60%乙醇水不同转子结构形式实验结果序号转子结构形式1折流式2填料式3半填料半折流式4折流式5填料式6半填料半折流式5结论1)折流式超重力旋转床体积分数为6 0%的乙醇水精馏实验，随着转速的增加，乙醇水分离纯度不断增(下转第1 2 2 页）乙醇体积分数1%086.232003400360038003100030230330430160260360460转子层数22244492.694.294.695.094.789.191.893.794.192.493.694.295.0乙醇体积分数/%93.693.189.695.094.693.2山西化工第4 3 卷Application of High Position Directional Long Boreholes in Gas Extraction from Fractures inFully Mechanized Mining FacesLiu Zhenjie(Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Industry Zhongxing Coal Industry Co.,Ltd.,Jiaocheng Shanxi 030500,China)Abstract:In response to the problem of gas accumulation in the roof cracks of the goaf after fully mechanized mining,which can easilylead to gas exceeding the limit in the return air corner,a high level directional long borehole is proposed to extract gas from the cracks.Based on the on-site situation of the 30902 fully mechanized mining face,through theoretical calculations and gas extraction experience,itis determined that the reasonable level of the high-level drilling hole is 2026 meters from the roof of the 9#coal seam,and the horizontaldistance from the return air roadway is 1022 meters.Design the construction plan for high-level directional long drilling.After on-siteapplication,the net amount of gas extraction and extraction time of high position directional long driling increased by about 3.72 times and4.15 times respectively compared to conventional high position drilling.Through efficient extraction of crack gas,the concentration of gas inthe return air corner can be significantly reduced.During the extraction period,the concentration of gas in the return air corner is controlledwithin 0.56%,achieving ficient extraction of crack gas and creating good conditions for safe and efficient coal extraction in the miningface.Key words:high position directional long drilling;fissure gas;return air corner;goaf(上接第 1 1 5 页)加，当转速大于8 0 0 r/min时对分离纯度影响不明显，乙醇体积分数从8 6.2%上升到9 5.0%，后又降到9 4.7%。2)初始体积分数为3 0%和6 0%的乙醇水折流式超重力旋转床8 0 0 r/min精馏实验，转子层数从1 层增加到4 层，乙醇体积分数分别从8 9.1%和9 2.4%上升到9 4.1%和9 5%。3)转子层数2 层和4 层，折流式、填料式、半填料半折流式超重力旋转床8 0 0 r/min精馏实验，乙醇体积分数分别从9 3.6%和9 5.0%下降到8 9.6%和9 3.2%。4)超重力旋转床乙醇精馏，乙醇精馏纯度不只与旋转床转速有关,转子层数越多越好,折流式结构更有利于精馏提纯。参考文献1宋云华,陈建铭，付继文，等.旋转填充床除尘技术的研究 J.化Research on the Application of High Gravity Rotating Bed Rotors(Zhejiang Yaguang Technology Co.,Ltd.,Wenzhou Zhejiang 325000,China)Abstract:The application of high gravity rotating bed in the production of raw materials is becoming increasingly widespread.Du