旋转填料床是20世纪80年代发展起来的一种新兴、高效气液传质设备。

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完全不具备的优点。从而使巨大的塔器变为高度不到2m的超重机[3]。因此,超重力技术被认为是强化传递与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”。

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”(HighGravityRo2tarySevice)的多项专利[5]。自1985年售出第一套旋转填料床以来,世界各国竞相对这一技术进行研究但由于其属商业机密,国外报道较少。由于旋转填料床具有体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵活等优点,它一旦在某个行业部门工业示范成功后,就能较快得到推广。并且该设备还具有不怕震动,可以任意方位安装,物料在设备内停留时间短,适合于快速反应和选择性吸收等特点,因此,还可用于一些传统技术所不能胜任的场合,使这项新技术有着较传统的分离反应技术更为广阔的应用范围。因此,吸引了各国公司和大学对其进行研究,我国在1985年才开始对旋转填料床技术及设备方面进行相关研究研制,经过20年的发展,现已取得了较大的进展。从旋转填料床的气液进料以及转子结构来看,可分为逆流型旋转填料床、错流型旋转填料床、折流式旋转填料床、撞击流旋转填料床。

1.1　逆流型旋转填料床

逆流型旋转填料床的特征是强制气流由填料床的外圆周边进入旋转着的填料床,自外向内作强制性的流动,最后由中间流出。而液体由位于中央的一个静止分布器射出,喷入旋转体,在离心力作用下自内向外通过填料流出,使气液之间发生高效的逆流接触,在高速转动的环形旋转器中,利用强大的离心力,使气液膜变薄,传质阻力减小,增强其设备传质速率和处理能力[6]。据文献[7]报道,与一般情况下的蒸馏塔或吸收塔相比,在相同操作条件下,逆流型旋转填料床的传质单元高度降低了1～2个数量级,可将塔的高度缩为原来的1/10,塔的直径减为原来的1/5,并且显示出许多传统设备所完全不具备的优点。但逆流型旋转填料床的内外环流体通道横截面积相比悬殊,气速变化过大,气体形体阻力高;气体由旋转床的外环沿径向流向内环,需克服离心阻力。这两个因素造成气相流阻过大,不适于大流量的气液传热传质

1.2　错流型旋转填料床

错流型旋转填料床为在大流量的气液传热传质过程中引入离心力场强化传热传质,人们开始研究采用错流型旋转填料床。华南理工大学在国外开发的逆流型超重力旋转填料床的基础上,自主开发了错流型超重力旋转填料床,错流型旋转填料床中的气体流道横截面均匀,气速恒定,且气体沿旋转床轴向流动,无需克服离心阻力,故气相阻力小,适合大流量的气液两相传热传质

1.3　折流式旋转填料床

折流式旋转填料床是新近开发的一种填料床,由浙江工业大学鲍铁虎等提出,并用于精馏等方面研究。其特点是:(1)折流式旋转床动静结合,气液接触剧烈;(2)气液在折流式旋转床中作“S”形逆向流动,气液接触时间长;(3)结构简单,易于拆装、清洗。折流式转子结构中,气体在压力梯度作用下由外腔进入,沿着挡板走“S”形的弯曲通道;从中间喷入的液体,由于受到强大的离心力的作用,撞击到挡板,在挡板之间被高度雾化,粉碎成微小的液滴与气体进行充分的接触后,再沿着挡板低端走到下一层,再次被高度雾化、接触,如此反复进行,总的趋势同样是“S”型的弯曲通道。在挡板之间被雾化的液体和挡板表面液层进行质量传递,其传质效率被极大的提高。在设计中,上面的挡板不动,只有下面的挡板转动,液体撞击的挡板在动与不动之间更换,雾化程度更好

1.4　撞击流-旋转填料床

撞击流(ImpingingStreams简称IS)的概念于1961年由Elperin首先提出,至今已逾40年。在过去40余年间,IS领域研究已大大扩展;其中最值得注意的是研究的重点明显地由气体连续相撞击流转向液体连续相撞击流。撞击流-旋转填料床反应器(ImpingingStream-RotatingPackedBed,简称IS-RPB反应器)。是在撞击流反应器和旋转填料床反应器的基础上发展起来的一种新型反应设备,由山西省超重力化工工程技术研究中心刘有智教授首次提出并自主开发[14],IS-RPB反应器工作原理就是根据撞击流反应器,最大的优点是能够实现相间的快速混合与传质,其存在的问题是由于受边界效应所限混合或传递都不够均匀,而旋转填料床最大的优点之一就是分布均匀,通过二者的有机耦合形成的IS-RPB可以使两相流体在高分散、高湍动、强混合及界面急速更新的情况下实现接触与传质。