超重力床是如何在制藥領域發展的

　　在中小型農藥、醫藥、精細化工的生產過程中都要用到有機溶劑，使用后的有機溶劑大多可進行回收再利用，企業一般采用傳統的填料精餾塔等氣液傳質設備通過精餾的手段來處理。在塔設備中的常規重力場作用下，液膜流動緩慢、傳質系數低，所以設備體積龐大、空間利用率低、生產效率低。超重力精餾塔是利用超重力技術原理強化氣液傳質過程的一種新型設備,其實質是利用旋轉的離心力場來代替常規的重力場,使得氣液兩相的相對速度大大提高,相界面更新加快,生產強度成倍提高,極大地強化氣液傳質過程，達到增加效率、縮小設備和降低能耗的目的，超重力技術被譽為“化學工業的晶體管”。由我公司和浙江工業大學聯合研發的折流式超重力床，已成功地應用于化工生產中有機溶劑回收的精餾過程,展示了良好的應用前景。本文主要介紹折流式超重力床的基本結構、工作原理、特點及其在有機溶劑回收中相對于塔設備的優勢。

1.折流式超重力精餾塔的基本結構、工作原理和特點

折流式超重力床（精餾塔）主要由圓形外殼和折流式轉子組成。折流式轉子是超重力床的核心部件,由靜盤和動盤組成,靜盤與殼體固定連接,動盤與軸連接并隨軸一起轉動。在動、靜盤上按一定間距同心安裝了一定數量的折流圈,然后將兩盤嵌套在一起,靜盤上的折流圈與動盤留有一定距離,同樣動盤上的折流圈與靜盤也留有一定距離,形成了供氣液流通的折流式通道,見圖1。

　　其工作原理為：作為連續相的氣體由進氣口2進入殼體，在壓差seo優化的作用下從轉子外側沿著靜折流圈與動折流圈之間的間隙曲折地由外向中心流動，最后經出氣口5離開床體；作為分散相的液體由進液口6進入至動盤中心，隨后被一系列高速旋轉的動折流圈反復甩向靜折流圈，最后在殼體內收集后由出液口9引出。液相在其間經歷了多次加速—拋出—撞擊的過程，在此過程中，液體與氣體以極大的相對速度逆流接觸，液體以極其細微的液滴甩離動圈的篩孔，高速運動的液滴在動靜圈上被碰撞、剪切和飛濺，形成細小的液滴、液絲、液膜，從而獲得了比表面積極大而又不斷更新的氣液界面，使氣液接觸相當充分，因此具有高的傳質速率。

　　折流式超重力床的特點是：傳質效率高，設備體積小，停留時間短，持液量小，操作彈性大，不容易液泛，對于粘度高的物料抗堵能力強，開停車容易，可以在高度、大小受限制的場合使用。

2.折流式超重力精餾塔在溶劑回收過程中的應用

　　折流式超重力床開創了For the first time in the world將單臺超重力床應用于工業生產中的連續精餾過程的先河，已通過有關專家的鑒定和驗收，是國家創新基金項目和國家火炬技術項目，獲得多個省部級科技進步獎項。以氣、液通過的徑向有效長度計算，在轉速為1000r/min，全回流量為600L/h的條件下，其可達每米20塊理論板數的分離能力，一臺直徑為830mm、高度僅為0.8m的三層BZ750-3P折流式超重力旋轉床（圖2）可達15~20塊理論板，能滿足常規有機物精餾分離提純的要求。

 圖2 BZ750-3P折流式超重力床圖                圖3 使用中的BZ750-3P折流式超重力床

2.1甲醇精餾塔：用于甲醇回收

　浙江某化工有限公司在甲醇回收中,使用了一臺BZ750-3P折流式超重力床（圖3），其轉子共三層，直徑750mm，殼體外徑830mm，高度800mm，在二、三層中間進料,即上面兩層為精餾段,下面一層為提餾段。采用連續精餾方式，進料甲醇質量分數為70%,回流比為1.5。所得產品中甲醇質量分數為99.85%,再沸器殘液中甲醇質量分數小于0.2%,產品出料量為12t/d。

2.2酒精精餾塔：用于酒精回收

　浙江某制藥廠在酒精回收中,使用了一臺BZ750-3P折流式超重力床（圖4），其轉子為三層，直徑750mm,外殼直徑830mm，高550mm,采用連續精餾方式，處理量為400kg/h,進料乙醇體積比為40%,按回流比2.5進行操作,酒精產品濃度可達體積比95%以上,殘液排放體積比在0.5%以下,每日產量達4.5噸。

   圖4 使用中的BZ750-3P折流式超重力床                                  圖5 使用中的BZ750-3P/2P折流式超重力床

2.3 用于制取Anhydrous alcohol

　　圖5是一臺BZ750-3P型超重力床和一臺兩層BZ750-2P型超重力床用于萃取精餾Anhydrous alcohol的生產現場，生產能力達到每天將9.6噸90%的乙醇處理到99%以上的Anhydrous alcohol。

2.4應用業績

　　折流式超重力床自2004年shou次成功應用于工業生產以來，在原料藥、醫藥中間體、精細化工、生物柴油、環保、制酒等行業已產業化應用500余套，用于甲醇、甲醛、甲苯、甲縮醛、乙醇、乙二醇、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、四氫呋喃、二甲基亞砜、正丁醇、二氯甲烷、硅醚、環乙烷、異丁烷、異丙醇、冰醋酸、醋酐、DMF、DMSO、DMAA、DMDA等有機溶劑的連續精餾回收或間隙精餾回收。浙江天宇藥業公司自2007年使用第一臺開始，至今已使用了68臺超重力床，取代了全公司的所有精餾塔設備，為企業帶來了可觀的經濟效益和社會效益。

3、折流式超重力床與傳統塔設備的比較

　　折流式超重力床所需的工藝條件與塔設備相同，即用超重力床取代塔設備，其余輔助裝置仍不可少，工藝流程示意圖見圖6。圖7為某用戶替代原塔設備的現場圖片，圖中兩座均為二十米高左右的塔，超重力床替代后的生產能力和分離能力均超過了原設備的水平。

    
  圖6 折流式超重力床工藝流程示意圖                          圖7折流式超重力床代替精餾塔使用現場

 上述2.1和2.2的應用實例中,在完成相同的產量和產品質量的前提下,折流式超重力床與傳統的填料塔高度和體積的比較如表1 所示。

                     表1 　折流式超重力床與填料塔設備尺寸比較

　　由表1可知,折流式超重力精餾塔用于甲醇-水的精餾，與填料塔相比,設備高度是填料塔的7.3%,體積是填料塔的13.9%；用于乙醇-水的精餾,與填料塔相比,設備高度是填料塔的6.1%,體積是填料塔的24.4%。折流式超重力床大大地降低了設備的高度和縮小了設備的體積，其優勢表現在以下幾個方面：

　　3.1設備高度低、土建成本低、占地面積小，安全可靠

　　工業生產充分表明，殼體高度為0.8米的折流式超重力床的分離效果與10多米高的填料塔相當，而設備的占地面積不足2平方米。由于超重力床高度低、體積小，可以方便地在室內廠房里安裝使用，與傳統的精餾塔相比，減少了工廠的用地，所需土建成本大大降低，同時避免了使用傳統塔設備需考慮的防雷擊、臺風、雨雪、地震和高空作業的情況，增加了生產的安全性。

　　3.2節省能耗

　　  超重力床由于體積小，散熱面積小，根據不同的物系，可節約能耗5%~40%。

　　3.3 超重力精餾塔操作方便

　　塔設備開機運行至平衡所需時間較長，一般不少于30分鐘，操作工必須經常上塔頂觀察物料情況，給安全生產帶來一定隱患。超重力床開機至平衡時間短，一般只需要十幾分鐘，觀察運行非常方便，由于操作工不用長時間在設備旁觀察而可兼顧其它設備的操作，從而減輕操作者的勞動強度及節約人工成本，同時也保證了生產的安全性。

　　3.4檢修方便、維修費用低

　　一般情況下，傳統精餾塔每半年需檢修一次，每次需清洗填料，檢修需耗時數天；而超重力床內部沒有填料，只需每半年按國家標準更換機封等易損件，每次更換只需幾小時，操作簡單，維修也非常方便。

　　3.5廢液排放達標

　　在相同的條件下，一般塔器的廢液排放在3%左右，而超重力床能夠滿足客戶及環保要求，排放可控制在0.5%以下，具有很好的環保效果。

　　3.6 改善生產管理模式

　　一般情況下，由于塔設備較高，從整個廠區的布置合理性考慮，塔設備總是集中在精餾車間，從管理的角度來看，存在以下不合理之處：a.增加了物流成本；b.容易造成不同車間的原料互混；c.增加精餾車間與相關車間之間的質量考核和矛盾。當精餾工藝采用了超重力床，就可以像生產車間的反應釜和其他設備一樣，在本車間內進行就地連續生產，這不僅可以減少物流損耗、簡化管理模式和降低管理成本，而且還可以省去大量的中間罐，即間接地又再次縮小了占地面積。

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　　折流式超重力床由于其結構創新，傳質性能好，體積小，高度低，運行成本低，使用維護方便，用它代替傳統的塔設備，對社會的發展而言可節省鋼材資源，延長地球資源的使用年限；對企業的發展而言，可以節約場地與空間資源，減少污染排放，提高產品質量，改善經營管理模式，降低生產勞動強度，增加生產的安全性。超重力床在醫藥、環保、化工等工業中具有十分廣闊的應用前景，正在為越來越多的用戶所選用。

　隨著醫藥行業的發展，新藥研發需要進行技術創新以突破傳統技術的桎梏，因此各種新技術被廣泛地運用到制藥工業領域。超重力床的超重力技術是近幾年興起的新型技術，雖然目前仍處于起步階段，但是業內人士相當看好其在制藥行業的應用。

　超重力技術，簡而言之就是在超重力條件下多相流體系的*流動行為,強化相與相之間的相對速度和相互接觸，從而實現高效的傳質傳熱過程和化學反應過程。與傳統設備相比，超重力設備具有體積小、重量輕、能耗低、易運轉、易維修、安全、可靠、靈活以及更能適應環境等優點，受到廣泛關注，目前該技術仍處于應用開發階段。

　　超重力技術作為一項新興的強化傳遞過程的技術必將在化工、生物、制藥、食品、材料和環保等領域擁有廣闊的市場前景。因此加快對超重力技術的應用基礎研究，有針對性設計開發出高效緊湊型超重力技術裝備具有重要的理論和應用價值。

　　目前，國內超重力技術在制備原料藥方面的研究取得突破性進展。有國內高校和企業合作的“新型精細化學品超重力法制備關鍵技術研究”已經突破驗收。該項目針對傳統藥物存在的顆粒大、水溶性差、生物利用度低等工業難題，通過對超重力結晶器中分子混合、傳遞及結晶過程調控機制等進行理論研究，創新性地提出了超重力法制備納微結構藥物顆粒的新技術，已經獲得國際諸多制藥企業的認可。

　　隨著超重力床技術研究的不斷突破，其在制藥領域的發展也將越來越廣泛。

　　超重力床又稱超重力機，是上世紀80年代初從國外先發展起來的一種新型氣液傳質設備，典型的結構是填充式旋轉床，其基本原理是利用旋轉產生一種穩定的離心力場來代替常規重力場，使氣液兩相之間的傳質傳熱或反應過程得到強化。由于旋轉床設備具有體積小、重量輕、維修方便、靈活可靠等優點，因而被稱為“化學工業的晶體管”。

　  在強調節能減排的今天，可大大節省場地和材料資源、效率高、能耗低的超重力床受到企業熱捧。業內專家認為，該設備不同于傳統的填料式、蝶片式和螺旋式等旋轉床，應用于甲醇—水等體系的工業連續精餾過程具有效率高、能耗低、體積小等特點