超重力技术是强化多相流传递及反应过程的新技术,上个世纪问世以来,在国内外受到广泛的重视,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。但目前超重力技术还主要处于应用开发阶段,集中体现在超重力气-固流态化技术和超重力气-液传质技术两个方面。

　　超重力技术原理

　　超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为,强化相与相之间的相对速度和相互接触,从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。获取超重力的方式主要是通过转动设备整体或部件形成离心力场,涉及的多相流体系主要包括气-固体系和气-液体系。

　　超重力技术的发展历史

　　离心力场(超重力场) 被用于相间分离,无论在日常生活还是在工业应用上,都已有相当长的历史。但为一项特定的手段用于传质过程的强化,引起工业界的重视是70 年代末出现的“Higee”, 这是英国帝国化学公司的ColinRamshaw 教授领导的新科学小组提出的专利技术。它的诞生最初是由设想用精馏分离去应征美国太空署关于微重力条件下太空实验项目引起的。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素即浮力因子△( ρg ) →0 ,两相不会因为密度差而产生相间流动。而分子间力,如表面张力,将会起主导作用,液体团聚,不得伸展,相间传递失去两相充分接触的前提条件,从而导致相间质量传递效果很差,分离无法进行。反之,“g”越大, △(ρg) 越大,流体相对滑动速度也越大。巨大的剪切应力克服了表面张力,可使液体伸展出巨大的相际接触界面,从而极大地强化传质过程。这一结论导致了 “Higee”(High“g”)的诞生。

　　70 年代末至80 年代初,英国帝国化学工业公司( ICI) 连续提出被称之为“Higee”的多项专利。利用旋转填料床中产生的强大离心力———超重力,使气、液的流速及填料的比表面积大大提高而不液泛。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弯曲孔道中逆向接触,极大地强化了传质过程。传质单元高度降低了1～ 2 个数量级,并且显示出许多传统设备所xx不具备的优点。从而使巨大的塔器变为高度不到2 m 的超重机。因此。超重力技术被认为是强化传递和多相反应过程的一项突破性技术,被誉为“化学工业的晶体管”和“跨世纪的技术”

　　超重力机的工作原理

　　气相经气体进口管由切向引入转子外腔,在气体压力的作用下由转子外缘处进入填料。液体由液体进口管引入转子内腔,经喷头淋洒在转子内缘上。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、不断更新的表面积,曲折的流道加剧了液体表面的更新。这样,在转子内部形成了极好的传质与反应条件。液体被转子抛到外壳汇集后经液体出口管离开超重机。气体自转子中心离开转子,由气体出口管引出,完成传质与反应过程。