上兩期我們主要說(shuō)了噴射式反應(yīng)器，噴射式反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)比較多。但是單單從氣液接觸的角度上來(lái)說(shuō)它有兩個(gè)不足：首先是體積效率問(wèn)題，作為噴射式反應(yīng)器尤其是所謂回路反應(yīng)器它的體積效率實(shí)際上不高。因?yàn)閷?shí)際的氣液接觸過(guò)程僅僅在噴嘴處完成，而大部分液體實(shí)際是在反應(yīng)釜或者循環(huán)管道中的，這一部分的氣液幾乎不發(fā)生接觸。所以盡管噴嘴處的氣液接觸效果非常好，但是整個(gè)系統(tǒng)一平均也就一般了。另外噴射式反應(yīng)器本質(zhì)上是一個(gè)耗散過(guò)程，或者說(shuō)是混合過(guò)程，它的氣液強(qiáng)化原理相當(dāng)與強(qiáng)行將氣體與液體往一個(gè)非常小的空間壓縮以便使他們進(jìn)行氣液交換。因此噴射式反應(yīng)器只適用于混合過(guò)程，可是涉及氣液接觸的化工實(shí)際應(yīng)用中還有很多與分離過(guò)程有關(guān)，比如說(shuō)蒸餾與氣體解吸，這種情況下就不可能用噴射式反應(yīng)器來(lái)進(jìn)行了。針對(duì)這些問(wèn)題，實(shí)際上可以采用超重力氣液接觸設(shè)備進(jìn)行互補(bǔ)。

超重力氣液接觸設(shè)備實(shí)際上就是旋轉(zhuǎn)填料床或者碟式旋轉(zhuǎn)床，大概結(jié)構(gòu)如下圖：

可以看到超重力反應(yīng)器核心部分就是一個(gè)轉(zhuǎn)子，這個(gè)轉(zhuǎn)子一般是填料或者直接就是圓盤。運(yùn)行的時(shí)候轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)數(shù)可以達(dá)到幾千轉(zhuǎn)。在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程種液體在填料內(nèi)被拉成非常薄的液膜同時(shí)順著填料高速移動(dòng)，同時(shí)氣體穿過(guò)填料層與液體快速接觸完成氣液交換過(guò)程。為什么叫做超重力反應(yīng)器呢？主要的原因就是反應(yīng)器通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，這個(gè)離心力的強(qiáng)度是重力的幾百倍。而很多的氣液接觸過(guò)程，比如說(shuō)填料精餾或者是吸收，它們的效率大概與重力的0.7次方成正比。因此通過(guò)填料旋轉(zhuǎn)可以幾十倍地提高氣液接觸效率。

超重力反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：首先氣液接觸效率高，是目前已知整體氣液接觸效率最高的設(shè)備，遠(yuǎn)高于微通道反應(yīng)器與噴射反應(yīng)器。其次氣液接觸過(guò)程不伴隨混合，通過(guò)原理介紹我們可以看出超重力系統(tǒng)中的氣液接觸氣體與液體是逆流或者并流的。氣液接觸強(qiáng)化是通過(guò)加大氣液接觸表面積以及界面擾動(dòng)進(jìn)行的，沒(méi)有一個(gè)強(qiáng)制混合的趨勢(shì)。這樣一來(lái)超重力設(shè)備就可以用于精餾或者氣體解吸了，應(yīng)用范圍又比噴射式反應(yīng)器廣泛。實(shí)際上超重力最經(jīng)典的應(yīng)用就是用在精餾上，可以把一套十幾米高的精餾塔，變成一個(gè)1-2米高的精餾機(jī)，大大降低土建成本。

當(dāng)然超重力系統(tǒng)的局限性也是存在的，主要問(wèn)題有幾個(gè)方面：一方面超重力本質(zhì)上是一個(gè)絕熱過(guò)程，流體經(jīng)過(guò)超重力系統(tǒng)的時(shí)間非常短暫。同時(shí)由于超重力系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)，無(wú)法在內(nèi)部做換熱結(jié)構(gòu)。最后的結(jié)果就導(dǎo)致流體在經(jīng)過(guò)超重力反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)或者吸收過(guò)程的熱量無(wú)法移除，必須在后續(xù)過(guò)程中進(jìn)行處理，因此超重力做反應(yīng)器限制比較大，不適宜放熱過(guò)強(qiáng)且放熱對(duì)產(chǎn)物純度有影響的反應(yīng)。同時(shí)超重力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)填料的旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生能耗，最重要的是電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)床以幾千轉(zhuǎn)的速旋轉(zhuǎn)，那么就一定存在轉(zhuǎn)動(dòng)密封的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題和上一期說(shuō)到的噴射反應(yīng)器是一致的，總體來(lái)說(shuō)超重力反應(yīng)器仍然不適宜高溫高壓過(guò)程。

在實(shí)際應(yīng)用方面超重力技術(shù)目前來(lái)說(shuō)稍微有點(diǎn)尷尬，做反應(yīng)的話限制非常多。適用范圍上類似一個(gè)單程式的噴射反應(yīng)器，但是結(jié)構(gòu)上遠(yuǎn)比噴射反應(yīng)器復(fù)雜。用做吸收過(guò)程有優(yōu)勢(shì)但是相對(duì)于其他的吸收設(shè)備優(yōu)勢(shì)并非特別明顯。而且在化工過(guò)程中，吸收過(guò)程遠(yuǎn)沒(méi)有反應(yīng)過(guò)程重要，各個(gè)廠家都傾向于用其他設(shè)備湊合一下，哪怕設(shè)備體積稍微大一點(diǎn)也是可以接受的。超重力技術(shù)最有可能的突破口還是在精餾方面，超重力精餾相對(duì)于普通精餾塔還是有一些優(yōu)勢(shì)的：

首先就是設(shè)備體積小，為了達(dá)到精餾分離效果一般要求精餾塔有一定高度，但是超重力系統(tǒng)由于氣液過(guò)程強(qiáng)化，要求的填料層非常少，這樣一來(lái)設(shè)備體積就能小非常多。

其次，超重力系統(tǒng)可以處理小批量體系，常規(guī)精餾塔有個(gè)特點(diǎn)，那就是分離能力與塔高有關(guān)，處理量與塔徑有關(guān)。如果處理量變小了，塔徑可以變小，但塔高變不了太多。處理量小的情況下常規(guī)精餾塔就會(huì)變成一根細(xì)長(zhǎng)的塔，這種塔設(shè)計(jì)加工都很頭疼，超重力系統(tǒng)就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。

另外就是開(kāi)停車方便，由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題，超重力設(shè)備的填料量比較小，因此用少量的物料就可以開(kāi)啟，特別是精細(xì)化工行業(yè)中往往有一塔多用的情況，經(jīng)常用一個(gè)間歇塔處理多個(gè)物料，常規(guī)精餾塔反復(fù)開(kāi)停車非常麻煩，這種情況實(shí)際上超重力設(shè)備更合適。

最后，超重力精餾操作彈性更大，在流體力學(xué)方面優(yōu)勢(shì)更明顯，設(shè)備手液泛等現(xiàn)象影響較少。另外可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使精餾過(guò)程在不同的氣液比下進(jìn)行，甚至能通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)改變理論塔板數(shù)。這樣一來(lái)，一臺(tái)設(shè)備相對(duì)而言可以處理更多種類的物料，整體而言較為靈活。而常規(guī)精餾塔一旦設(shè)計(jì)完成，設(shè)備的處理量與分離能力就基本確定了，設(shè)備的通用性較差。

總體而言，超重力設(shè)備是目前氣液接觸效率最高的設(shè)備，可以用于化學(xué)反應(yīng)，精餾以及吸收過(guò)程。但用于化學(xué)反應(yīng)還是要解決復(fù)雜工況下的適應(yīng)性問(wèn)題。單純的讓氣體或者液體保持比較好的接觸或者混合并不難，但是要讓這套設(shè)備在苛刻的工況下運(yùn)行，這個(gè)就是一個(gè)挑戰(zhàn)，是一個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題。當(dāng)然作為氣液過(guò)程還有一些其他手段，或者一些折中方案，這個(gè)我會(huì)在下一講說(shuō)明。

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