超重力精馏技术的研发及产业化应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,超重力精馏技术的研发及产业化应用,浙江工业大学,计建炳,2011,年,3,月,一、项目背景,1,、化学工业一方面向大型化发展，另一方面向产品功能,化精细化方向发展；,2,、随着环保要求和生产成本的不断提高，多品种小批量,的溶剂回收日益增多；,3,、资源能源节约日趋紧迫。,因此，研发小型高效的化工装备对于节能减排，满足化学工业发展的新需求具有重要的意义。,化工过程强化是实现设备小型高效的重要途径，超重力技术可实现精馏设备小型高效的目标。,一、项目背景,本项目研发的折流式超重力床是我国原创的精馏设 备，并实现了产业化，技术处于国际先进水平，其工业应用成功丰富了精馏技术；,超重力精馏技术适合精细化工、医药化工等产品品种多，批量小的场合以及高粘度、热敏物料的分离和空间受限的场合。,超重力技术简介,二、超重力技术,(,Higee,),起源：,1970,年代末期美国太空计划征求微重力场研究项目，英国,ICI,新科学研究小组提出。,Higee,原理：,利用离心力场代替重力场，气液传质速率提高,10,倍以上。,气相,液相,g,常规气液接触设备,液相,气相,a,=,w,2,r,超重力气液接触设备,二、超重力技术,(,Higee,),超重力精馏装置,精馏塔,1812,年第一座精馏塔应用，,已有近,200,年的历史。,二、超重力技术,(,Higee,),英国,ICI,公司,Ramshaw,教授在,1981,年申请了世界上第一个填料式超重力床专利；,已在吸收、解吸、气液反应和纳米材料制备中得到应用；,开始的研究目标用于精馏，但未能在精馏成功应用。,Gas Inlet,Gas Outlet,Liquid Outlet,Liquid Inlet,Rotor,Rotating Shaft,Rotating Packed Bed(HIGEE),碟片填料式,螺旋板式,二、超重力技术,(,Higee,),常见超重力旋转床的结构,超重力旋转床的优点,传质,效率,/,通量,非常高，不易液泛；,液速,非常高，适于,高粘度,物料的处理；,微观混合,程度很大，适于制备,纳米,粉体材料；,持液量,很小，适于,贵重,/,有毒,物料的处理；,气液,停留时间,极短，适于热敏物系的分离；,转子可,自清洗,，适于,含固,/,结垢,物料处理；,安装,方向随意,，抗颠簸，可安装于,运动,物体。,二、超重力技术,(,Higee,),二、超重力技术,(,Higee,),现有超重力旋转床的缺点,每台设备需,2,个,动密封,，多转子串联困难，且上动密封易腐蚀而影响设备的寿命。,转子整体转动，故难以实现,中间进料,，只能用于全回流。若要实现连续精馏，则需用,2,台旋转床。,转子的直径有限,(,受动平衡的限制,),，而且因气液,接触时间,极端短，设备的,分离能力,受到限制，不能满足常规精馏分离的要求。,1,、难以在转子上进料；,2,、分离能力不能满足精馏的要求,三、填料式超重力床未能在精馏中应用的原因,1-,下盖板,2-,下动,3-,转轴,4-,液体出口,5-,壳体,6-,转子,7-,气体出口,8-,液体进口,9-,液体分布器,10-,上动密封,11-,上盖板,12-,气体进口,中间,进料,3,2,1,4,5,6,7,8,9,10,11,12,结构：,1,、转子整体旋转，,2,、转子与气相管之间有动密封。,(,b,),填料式超重力床,顶产品,中间,进料,冷凝器,精馏段,提馏段,再沸器,四、结构创新,折流式超重力床,1,、转子由动、静部件组合，可在转子上进料，,省掉转子与气相管的动密封。,1-,动盘,2-,动折流圈,3-,气体进口,4-,静折流圈,5-,静盘,6-,气体出口,7-,液体进口,8-,中间进料,9-,壳体,10-,液体出口,11-,转轴,1,3,4,5,6,7,9,10,8,2,11,四、结构创新,折流式超重力床,2,8,1,3,5,6,7,9,10,4,液体出口,气体出口,气体入口,填料,动密封,液体入口,动密封,四、结构创新,折流式超重力床,1-,动盘,2-,动折流圈,3-,气体进口,4-1,2,3,液体进口,5-,静盘,6,静折流圈,7-,气体出口,8-,导流管,9-,回流管,10-,壳体,11-,液体出口,12-,转轴,1,2,3,4-1,4-2,4-3,5,6,7,8,9,10,11,12,2,、多层转子同轴可放便可靠地串联，分离能力大大提高。,四层转子串联,可以达到,32,块,理论塔板数,四、结构创新,折流式超重力床,3,、动、静折流圈作为气液接触元件，气液分布均匀。,每个传质单元,0.7,块理论板，,27,块,/,米,四、结构创新,折流式超重力床,(,a,),填料塔,底产品,顶产品,中间,进料,冷凝器,再沸器,精,馏,段,提,馏,段,底产品,顶产品,中间,进料,再沸器,冷凝器,精馏段,提馏段,(,c,),折流式超重力床,上板静止下板旋转，可省掉,上动密封,，设备可靠性提高,上板静止，进料口可设置在上板任意位置，,实现,中间进料,，因而可用于连续精馏过程,转子的气液接触元件为折流圈，不需要中心进料的,液体分布器,，防堵塞的能力强,转子内气液以,“,S,”,形路线通过折流圈，流动路径增长，,停留时间延长,，有利于提高传质效率,易于在一个壳体内实现多转子,同轴串联,，理论塔板数成倍的提高,四、结构创新,折流式超重力床,折流超重力旋转床特点,五、设备性能研究,气体流量对压降的影响,五、设备性能研究,夜体流量对压降的影响,五、设备性能研究,转速对功耗的影响,五、设备性能研究,气液流量和转速对传质效率的影响,每个传质单元,0.7,块理论板，,27,块,/,米,五、设备性能研究,机械性能的研究,1,、对设备长期运转动密封的可靠性和转子动平衡的要求,2,、通过工业化试验，对可操作性、稳定性和安全性进行,了长期考察；,3,、从真空到常压，对不同的精馏体系进行了工艺与设备,相匹配的系列研究试验。,经过十多年的研究和工业应用经验积累，形成了,设计、制造和工业应用一条龙的成套超重力精馏技术。,研究结果在,Ind.Eng.Chem.Res,，,Chem.Eng.Process,Chin.J,.,Chem.Eng,.,石油化工等国内外期刊上发表了数十篇论文。,六、产业化应用,精馏流程,六、产业化应用,1,、已应用于多种体系的连续精馏、解吸和萃取精馏过程；,2,、甲醇,/,水、,DMSO/,水、甲醇,/,甲缩醛,/,水、甲醇,/,叔丁醇、氯,化苯,/,异己烷、三乙胺,/,甲基异丙胺,/,水、萃取精馏制水乙,醇及医药中间体分离,30,多种体系等；,3,、浙江、江苏、湖北、山东、河南、安徽、江西、贵州、,广东等,12,省市产业化应用；,4,、推广设备,200,多台套台，且推广速度不断加快；,2004,的第一套设备已连续运行六年多，设备性能稳定。,六、产业化应用,1,、热敏高粘度产品的分离,泛酸钙（维生素,B5,）脱除甲醇。高沸点、高粘度、热敏，含有水和,10%,的甲醇，要求甲醇,0.1%,，,采用填料塔只能到,0.3%,，无法出口。,(,a,),进料,进料,水蒸气,水蒸,真空系统,冷却水,甲醇,甲醇,冷冻盐水,产品,产品,(,b,),六、产业化应用,折流式超重力床和填料塔主要技术指标的对比,16,4,系统占地面积,m2,35,18,总电功消耗,kw,无,18,超重力床电机,kW,15,无,真空机组,kW,20,无,冷冻机组,kW,有,无,真空系统,冷冻盐水,循环水,冷却系统,8,无,再沸器容积,m3,0.3%,0.1%,产品中甲醇含量,2,2,原料处理量,t/h,填料塔,折流式超重力床,名称,80,12,系统所占空间,m3,六、产业化应用,2,、建立分布式溶剂回收模式，产品与溶剂及时分离。,六、产业化应用,乙醇,-,水超重力精馏装置,六、产业化应用,甲醇,-,水超重力精馏装置,六、产业化应用,无水酒精超重力萃取精馏装置,超重力,超重力,六、产业化应用,医药中间体超重力精馏装置,六、产业化应用,医药中间体超重力精馏装置,超重力,超重力,七、超重力精馏技术特点,1,、体积小、高度低,相同精馏要求折流式超重力床和填料塔的尺寸对比,物系,设备,直径,(m),总高度,(m),体积,(m,3,),高度比,/,体积比,甲醇,/,水,折流式超重力床,0.83,0.8,0.433,13.8/7.2,填料塔,0.6,11.0,3.11,乙醇,/,水,折流式超重力床,0.8,0.55,0.276,16.4/4.1,填料塔,0.4,9.0,1.13,七、超重力精馏技术特点,2,、资源能源节约,折流式超重力床能耗降低主要来自于设备体积大幅度减小而带来,的热损失减小以及冷却水循环泵功率的降低，一般来说超重力床电机,功耗是可以被热损失减小的部分抵消的。,精馏条件下折流式旋转床和填料塔的能量消耗对比,名称,甲醇,-,水,乙醇,-,水,填料塔,折流式超重力床,填料塔,折流式超重力床,设备热损失,kJ/h,11.0110,4,1.10110,4,8.4610,4,1.0210,4,再沸器负荷,kJ/h,121.110,4,111.210,4,93.0610,4,85.4510,4,水循环泵功耗,kW,1.87,0.5,1.21,0.39,电机功耗,kW,-,10,-,10,总能耗,kJ/h,121.78210,4,114.98210,4,93.49710,4,89.18910,4,产品单耗,kJ/kg,2435.6,2299.6,1870.0,1783.8,八、经济和社会效益,2,、社会效益,（,1,）资源、能源节约,1,米高的折流式超重力床可代替,10,多米高的精馏,塔，钢材用量和占地面积仅为精馏塔的,1/4,，辅助设,施建设成本显著降低；,（,2,）生产安全,无需考虑台风、雷击、地震及高空作业等在精馏塔,建设中必须考虑的因素，生产的安全性大大提高，,实际使用时操作和维修方便；,（,3,）应用在空间受限的场合。,十、知识产权,授权发明专利,6,项，其中美国专利,1,项,授权实用新型专利,8,项,编制企业标准,1,项,发明专利：,1,、折流式超重力场超重力床装置,ZL01134321.4,2,、多层折流式超重力超重力床装置,ZL200510049145.1,3,、,Equipment of multi-rotors zigzag high-gravity,rotating beds,US7344126B2,4,、一种折流式气液错流型超重力场超重力床装置,ZL200710156194.4,5,、一种同心圈式错流型超重力场超重力床装置,ZL200710156537.7,6,、折流式气液错流型超重力场超重力床装置,ZL200710156196.3,谢谢！,