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 超重力床介绍资料


一种高效精馏设备——折流式超重力床


引言

    在中小型农药、医药、精细化工等工业生产中,有机物的分离操作(如精馏、气提或吸收等)大量使用填料塔和板式塔等塔设备,液相在重力场的作用下与逆流的气相进行接触传质,达到分离提纯的目的。在地球的重力场下,塔设备中的液膜流动较慢,汽液接触比表面积较小,传质效率相对较低,所以设备体积庞大、空间利用率低、占地面积较大。超重力技术是上世纪80年代发展起来的强化气液传质的新型技术,其工作原理是利用高速旋转产生的数百至千倍重力的离心力场(简称超重力场)来代替常规的重力场,在超重力场下,液体分散飞行时所呈现的是非常细小的液滴、液丝状态,因此汽液接触的比表面积非常大,其极佳的微观混合以及极快的相界面更新特征,使其可以极大地强化气液传质过程,将传质单元高度降低1个数量级。从而使巨大的塔设备变为高度不到2米的超重机,达到增加效率、缩小体积以及在有些场合可大幅降低能耗的目的。目前国内外已将此类技术成功地应用到化工过程的吸收、解吸和反应操作过程,已报道的填充式或碟片式等几种类型的超重力床至今都未能在单台设备中实现工业生产中的连续精馏过程。浙江工业大学发明、与杭州科力化工设备幸运飞艇联合开发的折流式超重力床,已成功地应用于工业生产中的连续精馏过程,展示了很好的应用前景。

1 折流式超重力床的基本结构、工作原理和特点

    折流式超重力床是一种新型的超重力床,其结构主要由圆形外壳和折流式转子组成。折流式转子是旋转床的核心部件,见图1。
其工作原理是:具有特定结构的转子在壳体内高速旋转,气相由进气口进入壳体,从转子外缘进入转子内,液相由进液口进入转子中心,气液两相在转子内形成比表面积极大而又不断更新的气液界面,具有极高的传质速率。最后气相经出气口离开床体;液相在壳体内收集后由出液口引出。
    折流式超重力床的特点:传质效率高,设备体积小,停留时间短,持液量小,抗堵能力强,操作维护方便,安全可靠,适用于贵重物料、热敏物料、高粘度物料或者有毒物料的处理,可以在高度、大小受限制的场合使用。
    折流式超重力床已获得发明专利二项, 美国专利一项,国内外发表论文十余篇,已通过有关专家的鉴定和验收:该技术处于国际先进水平。一台直径为830mm、高度仅为0.8m的三层BZ750-3P折流式超重力床可达15-30块理论板,能基本满足常规有机物精馏分离提纯的要求。


2 折流式超重力床在工业中的应用

  自2004年3月折流式超重力床首次成功应用于乙醇回收的连续精馏过程以来,至今已产业化应用的设备有450余套,有的装置已连续运行十年,设备操作稳定,性能良好,为企业带来了可观的效益。浙江某企业从2006年5月使用第一台折流式超重力床后,因为效果显著,至今已使用了68台旋转床装置。

2.1 使用范围

  折流式超重力床非常适合于中小批量的溶剂回收,在处理贵重物料、热敏物料、高粘度物料或者有毒物料时也很有优势。
折流式超重力床主要使用业绩如表1所示。

1  折流式超重力场旋转床主要使用业绩

序号

溶剂类型

用途

已使用台数

规格型号范围

初始浓度范围

产品浓度范围

处理能力范围(吨/日)

最早使用
时间

1

醇水类

连续精馏

40

BZ600-900/2P-4P

10-80%

90-99.9%

6-24

2004年7月

2

无水乙醇

连续萃取精馏

10

BZ750-900/2P-3P

88-92%

99-99。5%

9-11.5

2006年8月

3

DMSO(DMF)水类

连续精馏

10

BZ750-850/3P

70-90%

>99。9%

6-30

2006年7月

4

脱甲醇

连续气提

6

BZ750/3P-4P

12%

<0。1%

20-30

2005年9月

5

醇酯酸烃类

连续精馏

20

BZ500-750/3P

2-30

2007年12月

6

多组份分离

连续精馏

16

BZ750-850/3P

10

2007年2月

2.2 用于精馏过程的现场图片

  图2是甲醇精馏现场,使用的是BZ750-3P型,其生产能力为每天12吨99.8 %的甲醇成品。
图3是一台BZ750-3P型和一台两层BZ750-2P型用于萃取精馏无水乙醇的生产现场,右面的设备在真空条件下操作,生产能力达到每天9.6吨99%以上的无水乙醇。
图4是多台BZ750-3P型设备用于多种组份的连续精馏过程。

图2 BZ750-3P折流式超重力场
旋转床安装现场

图3 使用中的BZ750-3P/2P
折流式超重力场旋转床

图4 多台BZ750-3P旋转床用于
多组份连续精馏

2.3 用于气提过程

  由于物料在旋转床内的持液量小、停留时间短,本装置非常适用于热敏物系的气提过程。某用户为脱除热敏物系中的甲醇,原用填料塔采用减压精馏方式,将原料中质量含量约为10%的甲醇降至0。3%以下,原工艺由于物料在再沸器中受热时间长,易导致产品的分解,同时又易造成大量的甲醇流失,污染了环境。  现利用折流式超重力床的特点,采用了一台BZ750-3P三层折流式超重力床对该工艺进行改造,水蒸气和物料直接进入床内进行常压气提操作,使用效果非常明显,产品中的甲醇可降至0。1%以下,产品基本不分解,同时大大提高了产品的质量和产量,在常压操作下省去了庞大的真空系统和冷冻盐水循环系统,大大降低了设备的投资和能耗,同时提高了甲醇的回收率,取得了一举数得的成绩。该工艺的改造为企业带来了可观的经济效益和环境效益。

3 折流式超重力床与传统塔设备的比较

  折流式超重力床所需的工艺条件与塔设备相同,即用 旋转床设备取代塔设备,其余辅助装置仍不可缺少。
工艺流程示意图见图5。

 

 

 

 





3.1 高度低、体积小,可在单层楼房内使用,安全可靠

  图6为某用户替代原塔设备的现场图片,图中两座均为二十米高左右的塔,旋转床替代后的生产能力和分离能力均超过了原设备的水平。
    在完成相同的产量和产品质量的前提下,折流式超重力床与传统的填料塔高度和体积的比较如表2所示。由表2可知,折流式超重力场旋转床用于乙醇-水和甲醇-水的精馏,与填料塔相比,塔设备高度分别为折流式旋转床的16.4倍和13.8倍,塔设备体积分别为折流式旋转床的4.1倍和7.2倍。折流式超重力床大大地降低了设备的高度和缩小了设备的体积,可以方便地在室内厂房里安装使用。


2  折流式超重力场旋转床与填料塔设备尺寸比较

项目

乙醇-水

甲醇-水

折流式旋转床

填料塔

折流式旋转床

填料塔

直径/ m

0.80

0.4

0.83

0。6

总高度/ m

0。55

9.0

0.80

11.0

体积/ m3

0.276

1。13

0.433

3。11

高度比

16.4

13。8

体积比

4.1

7。2

  图7为实际生产中的三层折流式超重力床精馏装置安装在单层的楼房内的操作现场,避免了使用传统塔设备需考虑的防雷击、台风、地震和高空作业的情况,相对降低了操作者的劳动强度,增加了生产的安全性,深受使用厂家的欢迎。

图7 折流式旋转床在单层楼房内的甲醇和乙醇精馏操作现场

3.2 开停车十分方便,无需24小时连续工作

  因为折流式超重力床的的持液量小,所以其开车至稳定平衡的时间也很短,一般只需10分钟左右即可进行正常操作。用户可以根据实际情况进行间歇操作,非常灵活实用。例如:可将各个班次的料液集中到一个班次处理,则不但节约人工成本,还避免了连续生产时不同操作工的操作习惯不同而造成的产品质量不稳定等情况。

3.3 维护检修方便,工作量小

  折流式超重力床设备操作稳定,维修工作量小。无需做清洗更换塔器内的填料等复杂工作。

3.4 简化管理模式,降低管理成本

  由于设备体积大幅缩小及占地面积较少,因此与传统精馏塔相比,可形成一种新的生产管理模式和物流方式,一般情况下,由于塔设备较高,从整个厂区的布置合理性考虑,塔设备总是集中在精馏车间,从管理的角度来看,则存在以下不合理之处:a.增加了物流成本;b.容易造成不同车间的原料互混;c.增加精馏车间与相关车间之间的质量考核和矛盾。当精馏工艺应用了在单层楼房内可以安装的小型设备后,就可以像生产车间的反应釜和其他设备一样,在本车间内进行就地连续生产,这不仅可以减少物流损耗、简化管理模式和降低管理成本,而且还可以省去大量的中间罐,即间接地又再次缩小了占地面积。

3.5 投资省,能耗低,得率高

  壳体高度为0.8米的旋转床的分离效果与10多米高的填料塔相当,占地面积不足2m2,大幅度地减少了工厂的用地,旋转床外表的保温投资要比填料塔省很多,热损失小,根据不同的物系,用旋转床可节约能耗5%~50%。实际生产情况充分表明,用旋转床替代塔设备后的得率均超过原塔设备的水平。浙江某企业从2006年5月使用第一台折流式超重力床后,因为效果显著,至今已使用了36台旋转床装置就是最好的明证。

4 结语

  折流式超重力床是一种结构独特的过程强化设备,具有体积小、重量轻、生产效率高、能耗低、占地面积小、投资省、操作维护方便、安全可靠等优点,用它代替传统的塔设备,对社会的发展而言可节省钢材资源,延长地球资源的使用年限;对企业的发展而言,可以节约场地与空间资源,减少污染排放,提高产品质量,改善经营管理模式,降低生产劳动强度,增加生产的安全性。折流式超重力床在环保、医药、化工等工业中具有十分广阔的应用前景,正在为越来越多的用户所选用。

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