畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：超重力水氧分離裝置的設(shè)計學生：指導教師：專業(yè)班級：20年月日課題名稱：超重力水氧分離裝置的設(shè)計課題研究背景：所謂超重力是指比在地球重力加速度（9.8m/s2）大的多的環(huán)境下，物質(zhì)所受到的力（包括引力和排斥力）。研究超重力環(huán)境下的物理和化學變化過程的科學稱之為超重力科學。由超重力科學原理而誕生的應用技術(shù)稱為超重力技術(shù)。超重力技術(shù)作為一種高新技術(shù)，在工業(yè)上有著重大的應用前景。在超重力環(huán)境下，不同大小分子之間的分子擴散和相間傳質(zhì)過程比常規(guī)重力場下要快的多，氣－液、液－液、液－固兩相間在比地球重力場大數(shù)百倍至千倍的超重力環(huán)境下的多孔介質(zhì)和孔道中產(chǎn)生流動接觸，巨大的剪切力將液體撕裂成微米甚至納米級的液膜、液絲和液滴，產(chǎn)生巨大的和快速更新的相界面，使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)塔設(shè)備提高1～3個數(shù)量級，微觀混合和傳質(zhì)過程得到極大強化。同時，在超重力條件下，不僅是整個反應過程的加快，氣體的線速度也得到大幅度提高，這使單位設(shè)備體積的生產(chǎn)效率得到1～2個數(shù)量級的提高[1][2]。在地球上，旋轉(zhuǎn)是實現(xiàn)超重力環(huán)境的最簡便方法。這種特殊設(shè)計的旋轉(zhuǎn)設(shè)備統(tǒng)稱為超重力設(shè)備，簡稱超重機（HIGEE），在化工設(shè)備中又被稱之為旋轉(zhuǎn)填充床（RPB）。利用超重力環(huán)境下的高強度傳質(zhì)過程和微觀混合特性，我們可以將高達幾十米的巨大反應塔等化工設(shè)備用高不及兩米的超重機進行代替[3]。因此，超重力工程技術(shù)被認為是強化傳遞和多相反應過程的一項突破性技術(shù)，被譽為跨世紀的技術(shù)，超重機也被譽為“化學工業(yè)的晶體管”?？傮w而言，超重機具有如下特點：極大的縮小了設(shè)備尺寸減輕了重量；極大的強化了物質(zhì)相間的傳遞過程；物料在設(shè)備內(nèi)的停留時間極短（100ms～1s）；易于操作，易于開停車，維護和檢修方便；可垂直、水平或任意方向安裝，不怕顛簸，可安裝于運動物體；快速而均勻的微觀混合等等。而超重力技術(shù)在上述超重機的特點上可廣泛應用于以下特殊過程：由于停留時間短可用于熱敏性物料的處理；由于機內(nèi)殘留量少可應用于昂貴物料或有毒物料的處理；其快速而均勻的微觀混合特性又可以用來生產(chǎn)高質(zhì)量的納米材料；另外還可以進行選擇性吸收分離及聚合物脫除單體等等生產(chǎn)中。超重機是具有廣闊的工業(yè)應用前景的設(shè)備。超重力工程技術(shù)的基本原理是利用超重力條件下多相流體系的獨特流動行為，強化相與之間的相對速度和相互接觸，從而實現(xiàn)高效的傳質(zhì)傳熱過程和化學反應過程。獲取超重力的方式主要是通過轉(zhuǎn)動設(shè)備整體或部件形成離心力場，涉及的多相流體系主要包括氣-固體系和氣-液體系。課題研究意義眾所周知，傳統(tǒng)重力場條件下，實現(xiàn)氣-固體系加工過程的典型設(shè)備是各種重力流化床。然而，由于重力場的限制，傳統(tǒng)流化床同時也表現(xiàn)出許多固有缺陷，如:大顆粒的騰涌、小顆粒的夾帶、粘結(jié)、大氣泡的存在造成氣體短路從而導致氣固分布不均大大降低了系統(tǒng)內(nèi)的傳質(zhì)傳熱和化學反應速率等。為此，前蘇聯(lián)學者首先提出了超重力(離心)流化床概念相對于傳統(tǒng)重力場,超重力氣-固接觸技術(shù)的突出特點主要表現(xiàn)在以下3個方面:a.在超重力流化床中，由于重力場強度和流化速度均可調(diào)節(jié),因此可將流化速度控制在鼓泡速度之下操作，從而獲得良好的流化質(zhì)量。b.在超重力條件下,由于顆粒有效重力增加，因而流化時氣固之間的相互作用(相對速度)大大增強，從而使其傳質(zhì)傳熱速率遠高于傳統(tǒng)流化床。c.近年來，隨著超細粉體技術(shù)的發(fā)展，Gel-dartC類顆?；虺氼w粒的流態(tài)化加工過程成為科技界和工業(yè)界的關(guān)注熱點[2],但這類顆粒由于粘附性強,流化時易形成穩(wěn)定溝流,因而難以流態(tài)化。但在超重力條件下,氣固之間的剪切力大為增強，有可能克服顆粒之間的團聚力,從而促進聚式流態(tài)化向散式化的轉(zhuǎn)變,從而改善超細顆粒的流化質(zhì)量。此外,超重力流化床還有操作氣速范圍寬、不怕振動、空間布置靈活并能夠在重力場外(太空)操作等優(yōu)點。3.1超重力技術(shù)在海水淡化當中的應用海水淡化方法按分離過程可分為蒸餾法、膜法、結(jié)晶法、溶劑萃取法和離子交換法等。其中蒸餾法又有多級閃蒸（MSF）、多效蒸發(fā)（ME）和壓汽蒸餾（VC）之分，膜法海水淡化技術(shù)則包含了反滲透法（RO）和電滲析法（ED），結(jié)晶法則由冷凍法和水合物法構(gòu)成。雖然淡化方法有許多種，但多年的實踐表明，真正實用的海水淡化只有MSF、ME、VC、ED和RO等方法]。我國海水淡化采用臺數(shù)最多的是電滲析技術(shù)，其次是反滲透技術(shù)。我國電滲析海水淡化技術(shù)已經(jīng)接近世界先進水平，能夠國產(chǎn)化；反滲透技術(shù)還不過關(guān)，性能優(yōu)異的關(guān)鍵部件還需要外購。我國在多級閃蒸和低溫多效海水淡化方面還處于開發(fā)研究階段，不具備獨立的技術(shù)和設(shè)備制造能力。含鹽水進入第一級蒸發(fā)器后被來自熱源的蒸汽（一級蒸汽）加熱汽化，汽化產(chǎn)生的二次蒸汽被引入第二級蒸發(fā)器，加熱來自第一級蒸發(fā)器的濃縮鹽水，同時又被冷凝成蒸餾水。第二級與第三級蒸發(fā)器之間的汽、水流程與上段情況相似，如此類推。蒸餾法的優(yōu)點是工藝簡單易于實現(xiàn)，并不受水中含鹽量的限制，適用于余廢熱可利用的項目，設(shè)備容量大，所產(chǎn)淡水水質(zhì)純度較高，產(chǎn)品水含鹽量為2～10mg/L，裝置進水可不經(jīng)預處理直接由海水提供。故該裝置多用于沿海的火力發(fā)電廠、核電站。其缺點是能耗多、設(shè)備費用高，存在設(shè)備、管路結(jié)垢與腐蝕問題。關(guān)于超重力在海水淡化中的應用還沒有相關(guān)報道。因為利用超重力條件下多相流體系的獨特流動行為，強化相與之間的相對速度和相互接觸，從而實現(xiàn)高效的傳質(zhì)傳熱過程和化學反應過程。其在單元操作的應用只有精餾塔，考慮到海水淡化當中的問題能耗多、設(shè)備費用高，存在設(shè)備、管路結(jié)垢與腐蝕問題，如果我們可以將超重力設(shè)備運用到多級閃蒸過程中勢必能夠增大氣液兩相流體相對滑動速度，巨大的剪切應力克服了液體表面張力，使液體伸展出巨大的相際接觸界面，液膜變薄，增大海水的蒸發(fā)量，節(jié)約設(shè)備，克服海水對設(shè)備的強烈腐蝕性。3.2超重力技術(shù)在干燥過程當中的應用在超重力流化床內(nèi),流化過程中氣固之間的相互作用遠高于傳統(tǒng)重力流化床,因此表現(xiàn)出很高的傳質(zhì)傳熱速率。目前超重力氣-固流化床技術(shù)研究較多集中于不同物料干燥過程的應用,包括不同物料初始流化行為和干燥過程中傳質(zhì)傳熱速率的研究。如FarkasLazar等[6,7]還對片狀和塊狀土豆、胡蘿卜和蘋果等在超重力(離心)流化床中的干燥進行了研究,取得了良好的流化和加工效果;Roberts等[8]應用超重力(離心)流化床對制作方便快餐米飯進行了研究;德國學者Alstet-ter[14]用超重力(離心)流化床干燥密度小、濕含量高的小顆粒物料。在初始流化行為研究中,重點是不同物性和形狀物料的臨界流化速度及其床層壓降的測試,以獲得相應的設(shè)計關(guān)聯(lián)式;在傳熱傳質(zhì)研究中,重點是通過測定床溫和進出口氣流的溫度與濕度,獲得傳熱Nu數(shù)和傳質(zhì)Sh數(shù)的關(guān)聯(lián)式[9～13]。所有這些應用研究表明了超重力氣-固流化床中具有高強度的傳熱傳質(zhì)過程,而且涉及的物料廣泛,包括在化工、制藥、食品、環(huán)保和材料制備等領(lǐng)域的廣闊應用前景。但在超重力工業(yè)干燥裝置開發(fā)方面,目前國內(nèi)還處于空白。在國外離心流化床干燥器的定型產(chǎn)品已問世,如德國Krauss-Maffei公司曾報道[14],其研制的超重力流化床干燥器成功用于塑料、洗滌劑、藥品和食品的細粒結(jié)晶等產(chǎn)品干燥,干燥時間一般為15～20s,生產(chǎn)能力高達20t/(h.m2),干燥強度比傳統(tǒng)流化床干燥器高30～40倍,表明超重力流化床干燥器裝備開發(fā)有很好的市場前景。3.3超重力技術(shù)在科學研究當中的應用為了獲得對重力敏感的一些膠體合成當中機理，超重力技術(shù)作為研究工具得到了應用。在普通重力場區(qū)域我們不會觀測到沉淀因為對流的作用。相反在超重力的作用下溶膠的形成是由于熱產(chǎn)生的。在聚合體的合成中超重力技術(shù)可以使我們建立多相區(qū)域產(chǎn)生的過程同時明確各個重力敏感的機制在熱力學的聚合過程中。KorolevStr]工作者研究了通過超重力技術(shù)研究了聚丙烯酰胺的合成工程，結(jié)果證實了他們的假設(shè)聚合物小球的沉淀和聚合網(wǎng)絡的變形是重力因素在聚合物合成中的主要機理在超重力條件下。他們的重要發(fā)現(xiàn)還有在離心力場下正面溶膠的形成。3.4超重力技術(shù)微型化-抽油煙機超重力技術(shù)的應用可大大縮小傳統(tǒng)工廠的規(guī)模，使其向微型化、室內(nèi)化的方向發(fā)展，并會帶來更多工業(yè)領(lǐng)域的革命性變化。超重力場中填料對液體的切應力使液體被分割成極薄的液膜和細小的液滴，油煙氣體的通道因填料旋轉(zhuǎn)而不斷改變方向，油煙通過旋轉(zhuǎn)填料層經(jīng)過彎曲狹窄的孔道時，吸收液對油煙氣體中固體、油滴組分進行浸潤、包裹、聚積、捕獲作用、填料對油煙氣體產(chǎn)生過濾作用，為油煙中的氣-液-固分離提供了良好場所。超重力場中油煙凈化過程集慣性碰撞、過濾分離、離心分離、洗滌吸收等機理于一體，實現(xiàn)高效率凈化油煙的目的。超重力設(shè)備凈化油煙，油煙氣體在壓差作用下，由設(shè)備底部沿軸向進入填料層，循環(huán)槽中的液體由離心泵送入設(shè)備后，通過液體分布器均勻地沿徑向噴灑在填料層內(nèi)緣上，在離心力的作用下液體甩向設(shè)備內(nèi)壁，在設(shè)備的填料中氣液實現(xiàn)錯流接觸并吸收，氣體被凈化后從設(shè)備的頂部氣體出口排出，液體和脫出下來的污染物在重力作用下由液體出口排出，流入循環(huán)槽。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢：4.1超重力技術(shù)發(fā)展概況超重力技術(shù)開發(fā)研究始于20世紀70年代末1976年，美國太空署（NASA）征求微重力場實驗項目，英國ICI公司（帝國化學公司）Ramshow教授等做了化工分離單元操作—蒸餾、吸收等過程中微重力場和超重力場影響效應的研究。在他們的研究中，發(fā)現(xiàn)微重力場使控制多相流體動力學行為的浮力因子Δρg接近于零，使相間的相對運動降低，非但對傳質(zhì)沒有任何好處，反而極大地削弱了傳質(zhì)過程。在微重力或重力接近于零時，液體的表面張力將起主導作用，液體聚集在一起，組分基本上得不到分離。同時也發(fā)現(xiàn)超重力使液體表面張力的作用相對變得微不足道，液體在巨大的剪切力作用下被拉伸成微小的液膜、液絲和液滴，產(chǎn)生出巨大的相間接觸面積，因此極大地提高了傳遞速率系數(shù)，而且還使氣液逆流操作的泛點速率提高，大大增加了設(shè)備生產(chǎn)能力，這些都對分離過程有利。這一研究成果促成了超重力分離技術(shù)的誕生。隨后引起了美、英、中、俄等國大規(guī)模的工業(yè)化應用技術(shù)研究和開發(fā)熱潮。沿著這一思路，ICI著手進行這方面的研究，設(shè)計出可產(chǎn)生200～1000g超重力場的旋轉(zhuǎn)填充床。大約兩年后，第一套示范裝置開始運轉(zhuǎn)。1979年6月27日，公開了超重機方面的第一個專利。后來幾年里，又陸續(xù)公開了一些專利，從而形成了現(xiàn)代超重機的基本結(jié)構(gòu)和操作方式。1985年第一套超重機售出，該機用于脫除被污染的地下水中的有機揮發(fā)物。國外從事超重力技術(shù)研究的公司和科研機構(gòu)包括DuPont公司、DOW化學公司、Glitsch公司、Norton公司、Flour公司、ICI公司、Newcatstle大學、CaseWesternReserve大學、Washington大學、TaxasAustin州立大學等；重點研究的技術(shù)有超重力精餾分離技術(shù)(甲醇/乙醇的分離等)、超重力吸收分離技術(shù)(天然氣脫硫、分離CO2等)、超重力解吸分離技術(shù)(水脫氧、聚合物脫單體、地下污水脫苯/甲苯等)等。近幾年在幾個化工、能源過程中實現(xiàn)了工業(yè)化運行，如1999年美國DOW化學公司成功地將超重力技術(shù)應用于次氯酸的工業(yè)生產(chǎn)，展現(xiàn)出廣闊的應用前景和重大的經(jīng)濟效益。國內(nèi)，1988年，北京化工大學與美國CaseWesternReserve大學合作，由Glitsch公司提供超重機主機，在北京化工大學建立了一套實驗裝置，開始進行超重力技術(shù)的基礎(chǔ)研究以及用于油田注水脫氧、酵母發(fā)酵等應用技術(shù)研究。自1989年起，國內(nèi)超重力技術(shù)的研究，連續(xù)得到國家有關(guān)部委的重點支持，被列為國家“八五”、“九五”、“十五”計劃的重點科技研究項目。1990年在北京化工大學建立我國第一個超重力工程技術(shù)研究中心，2001年升級為教育部超重力工程研究中心，開展了一系列的創(chuàng)新性研究工作。1998年，國際上首先將超重力水脫氧技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化應用，將海水處理能力為250t/h的超重機安裝于山東勝利埕島二號平臺上，投入了工業(yè)化生產(chǎn)[6]；1999年，和美國DOW公司合作，成功的將超重力技術(shù)應用于氯堿工業(yè)中的氣液分離過程；2000年和2001年，先后在廣東和山西建立了世界上首條年產(chǎn)3000t和萬噸級超重力納米碳酸鈣工業(yè)生產(chǎn)線。至此，我國對于超重力技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化應用進入了一個新的階段，在某些領(lǐng)域走到了世界的前列。4.2國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢：由于超重力技術(shù)具有了以上這些無可比擬的優(yōu)勢,世界上許多大的化學公司和研究部門都在競相對超重力技術(shù)進行開發(fā)研究并進行了一系列中試或工業(yè)性運行，以求替代傳統(tǒng)的精餾分離操作。其中最早的超重力精餾嘗試是英國帝國化學公司(ICI)于1983年報道的工業(yè)規(guī)模的超重力機進行乙醇與異丙醇和苯與環(huán)己烷分離的實例,這套裝置成功運轉(zhuǎn)了數(shù)千小時,從而肯定了這一新技術(shù)的工程與工藝可行性。其傳質(zhì)單元高度僅為1～3cm，較傳統(tǒng)填料塔的1～2m下降了兩個數(shù)量級，這也是超重力機問世的同時進行的首次實驗；接下來該超重力技術(shù)又被應用于脫除被污染的地下水中的有機物，成功將水中的苯、甲苯、二甲苯的含量由500～3000μg/kg脫除到1μg/kg左右；在美國得克薩斯州的奧斯汀大學也建立了一套半工業(yè)化裝置來考察超重力機的精餾特性，并成功分離了環(huán)己烷－庚烷體系，該裝置的外徑只有60cm，傳質(zhì)單元高度在3～5cm左右；TrevourKelleher等[6]對環(huán)己烷正庚烷體系進行了精餾試驗,并應用于小規(guī)模生產(chǎn)。在致力于超重力應用于工業(yè)的同時，其理論研究工作也在進行，美國Tennessee州立大學的Singh,s.p.于1989年的博士論文中描述了對超重力機的傳質(zhì)、液泛、功耗進行了研究；與此同時，美國的一些大公司如DuPont、Dorton等也都在自行進行這方面的研究。由于超重力技術(shù)可能帶來的巨大經(jīng)濟利益，在國外無論是ICI公司還是其他公司都很少對這一技術(shù)進行實質(zhì)性的技術(shù)報道，只是發(fā)表一些應用性的研究成果與商業(yè)性報道。4.3國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢在國內(nèi)，超重力技術(shù)同樣受到了學術(shù)界的高度重視。汪家鼎院士曾于1984年作過關(guān)于超重力技術(shù)及其應用前景的報告；浙江大學陳文炳等曾經(jīng)發(fā)表過常規(guī)填料超重力機內(nèi)傳質(zhì)實驗的結(jié)果；天津大學的朱慧銘于1991年發(fā)表關(guān)于超重力分離過程研究的碩士論文；其中北京化工大學的陳建峰教授及其所在的超重力工程研究中心對超重力技術(shù)在我國的發(fā)展作出了突出的貢獻，尤其是在納米級超細粉體制備方面取得了顯著的成果；關(guān)于超重力在精餾方面應用的文獻并不多，主要集中在中北大學。理論研究方面，北京化工大學的許明等進行了超重力旋轉(zhuǎn)床中氣液兩相流動與傳質(zhì)過程的數(shù)值模擬研究，提出并證明了超重力旋轉(zhuǎn)床中氣－液兩相流動和傳質(zhì)過程的數(shù)學模型；中北大學與山西超重力化工工程技術(shù)研究中心的栗秀萍、劉有智等以乙醇-水溶液為體系進行了旋轉(zhuǎn)填料床精餾性能的研究，實驗表明隨著氣相動能因子(F)和超重力因子(β)的增大，理論塔板數(shù)存在一個峰值，即當F為0.46kg0.5·m－0.5·s－1、β介于42.95～67.11時理論塔板數(shù)最大為5.5，此時傳質(zhì)效果最好。并且得出該旋轉(zhuǎn)填料床的傳質(zhì)單元高度在1.09～1.76cm之間，與傳統(tǒng)填料塔相比，傳質(zhì)單元高度降低到1/100左右。以上數(shù)據(jù)均證實了旋轉(zhuǎn)填料床用于精餾單元操作的可行性，此外作者還建立了傳質(zhì)模型，即N=100.06987β0.1056(F/△P0.5)0.3330，將回歸結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，所有的點平均誤差為9%，回歸結(jié)果與實驗結(jié)果比較吻合。這次研究提供了旋轉(zhuǎn)填料床用于精餾單元操作的實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù),為旋轉(zhuǎn)填料床精餾操作的工業(yè)化奠定了基礎(chǔ)；后來栗秀萍等又以甲醇-水溶液為體系進一步研究了精餾過程中轉(zhuǎn)子對旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)性能的影響，也證明在超重力場中精餾過程存在最佳操作條件，即回流量為10.4L/h、轉(zhuǎn)速1600r/min時理論塔板數(shù)出現(xiàn)最大值，而且其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對精餾裝置的精餾性能有較大影響，并將超重力精餾裝置與傳統(tǒng)填料塔進行了比較，傳質(zhì)效率高1～2個數(shù)量級,氣相壓降低1/3～1/2，傳質(zhì)單元高度最小為9.5mm，設(shè)備體積小，能耗小，特別是不易液泛；在以上實驗基礎(chǔ)上栗秀萍等[11]又對超重力場中甲醇-水溶液的精餾過程進行了研究，除得出了與先前實驗相同的結(jié)果外，還建立了超重力裝置精餾過程的另一傳質(zhì)模型與流體力模型，即超重機精餾全回流操作的氣相△P=39.25β0.3215F0.4535L0.2961，其中L為回流量。此模擬與試驗結(jié)果進行對比,平均偏差為5.64%，說明該關(guān)聯(lián)式能很好地吻合試驗數(shù)據(jù)；在以上對旋轉(zhuǎn)填料床精餾特性研究的基礎(chǔ)上,中北大學的喻華兵等以塑料多孔板為填料、乙醇-水為體系,進一步研究了氣相動能因子(F)、超重力因子(β)和回流量(L)對旋轉(zhuǎn)填料床流體力學特性的影響，研究表明氣相壓降隨著F、β和L得增加而增加，證明了旋轉(zhuǎn)填料床的壓降較小，其基本范圍為50~400Pa，能耗較低；康榮燦等。研究了填料結(jié)構(gòu)對錯流旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)性能的影響，得出在錯流旋轉(zhuǎn)填料床中體積傳質(zhì)系數(shù)隨超重力因子、氣液流量的增加而增大的結(jié)論，并針對四種不同填料分別建立、證明了傳質(zhì)系數(shù)模型，其擬合結(jié)果與實驗結(jié)果對比，最大相對誤差14.6%,平均相對誤差3.6%,模型結(jié)果與實驗符合很好；鮑鐵虎等[14]對轉(zhuǎn)子直徑為500mm的折流式旋轉(zhuǎn)床進行了精餾試驗,在液體流量25L/h、轉(zhuǎn)速1200r/min的操作條件下,獲得9.8塊理論塔板的效果,傳質(zhì)單元高度為5cm。以上這些基礎(chǔ)研究雖然還未達到工業(yè)化的程度，卻為超重力技術(shù)應用于精餾過程提供了大量可貴的數(shù)據(jù)。在實際應用方面，浙江大學曾進行過超重力環(huán)境下精餾分離乙醇－水體系，得到的傳質(zhì)單元高度為4cm左右，此結(jié)果與美國奧斯汀大學的實驗結(jié)果不謀而合；近年來，浙江工業(yè)大學分離工程研究所與杭州科力化工設(shè)備有限公司聯(lián)合開發(fā)出的超重力精餾設(shè)備——折流式超重力旋轉(zhuǎn)床，已成功地應用于工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)精餾過程，此設(shè)備直徑為830ｍｍ、高度僅為0.8ｍ，其分離效果與10多米高的填料塔相當，可達15～20塊理論板，而設(shè)備的占地面積不足2ｍ２，開創(chuàng)了在單臺超重力旋轉(zhuǎn)床設(shè)備中實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)精餾過程的先河。由此可見，不同的研究者利用不同的體系得出了近乎相同的結(jié)論，這給了一個重要的啟示，利用超重力技術(shù)進行精餾操作，只要填料選擇得當，定會取得理想的分離效果。設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容超重力水氧分離結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計主要研究內(nèi)容（1）設(shè)計思路概述在本文中，主要采用了氣體里的CO2吸收作用。采用弱酸（CO2）—弱堿（有機胺）—無機鹽完成吸收作用。設(shè)計出在上述反應條件下的反應器，并采用數(shù)值模擬方式展開研究。具體內(nèi)容如下所述：（1）針對超重力機完成對全球應用情況以及研究程度的調(diào)查研究。了解全球超重力填充床反應設(shè)備的研發(fā)狀況，掌握旋轉(zhuǎn)床的運行原理，為之后旋轉(zhuǎn)床的實際設(shè)計工作做好準備；（2）按照已有的超重力機在設(shè)計工作中所需要處理的問題展開研究分析，制定反應設(shè)備的結(jié)構(gòu)方式；（3）針對混合氣里的CO2挑選出合理的反應指數(shù)，同時確定在本次設(shè)計里需要運用的各種指數(shù)，滿足增大傳遞效率的要求。（4）在上述研究分析的基礎(chǔ)之上，完成針對填充床的設(shè)計作業(yè)，明確實際的運行指數(shù)；（5）按照國家相關(guān)標準規(guī)范，完成填充床的設(shè)計工作，其中主要有材料的挑選、填充材料、噴淋管、轉(zhuǎn)軸以及氣液接口等各種零部件的設(shè)計；（6）按照國家相關(guān)標準規(guī)范，對填充床的結(jié)構(gòu)設(shè)計展開了檢測校核，其中主要有臨界轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)軸角速度、氣壓大小等，保障設(shè)計滿足相關(guān)規(guī)定要求；（7）針對轉(zhuǎn)子體系完成動平衡的檢測校核，充分確保填充床運行的安全性；在本次設(shè)計中，運用到了流體力學、機械工程以及動力學等多門學科的理論知識，針對填充床的工作效率展開了深入的研究分析。通過本次論文的深入研究分析，能夠為后續(xù)相關(guān)方面的研究工作供應多種理論依據(jù)，同時還可以為其他多種類別的氣液傳遞技術(shù)供應參考建議。（2）方案確定依據(jù)及選型立式填充床和臥式填充床相比，其占地面積更小，工作性能更加穩(wěn)定，此外，立式填充床只需要一個垂直的支承，因而設(shè)計工作更加簡單，很好的預防了兩邊支承受力不平衡而造成的晃動，轉(zhuǎn)軸碎裂等意外事故。立式填充床里的液體可以有效地保障左右對稱，傳遞效果良好，所以針對氣體的吸附效果更加令人滿意，在本次設(shè)計中，我選用立式填充床。填充床層的設(shè)計如下圖3-3所示：下圖是超重力機轉(zhuǎn)子填料層的組成圖。其中，內(nèi)徑是R1，填料層的高度是b，外徑是R2。（1）內(nèi)半徑R1的確定在本次設(shè)計中，我們選用的是立體式的結(jié)構(gòu)組成，氣體與液體的連通模式是旋轉(zhuǎn)逆流傳導，其中，主要反映就是氣-液兩項接觸反應，因此在填料層中間位置的下端需要進行封閉處理，這就要求填充層的內(nèi)徑必須大于氣體進口處的半徑，從而能夠包含噴淋管管徑，取內(nèi)徑R1=40mm（2）填充床層高度b的確定在本次設(shè)計里，填料層高度的選擇需要根據(jù)轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)構(gòu)成，轉(zhuǎn)子由上下端口以及填充材料構(gòu)成，下端采用限位銷、鍵面以及轉(zhuǎn)軸進行固定處理，因此僅有轉(zhuǎn)軸以及和轉(zhuǎn)子連接非常牢固的轉(zhuǎn)子，在工作的時候才能夠保持平衡。上下端口都是整體系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計，液體能夠完全浸潤填充材料，所以在材料層的高度的設(shè)計作業(yè)里，必須考慮填充材料的系統(tǒng)構(gòu)造，選取b=50mm填充床層外半徑R2的確定在超重力機里，氣液傳導的作用基本上都是通過填料表層的液膜以及液滴中完成，這樣以來，填充材料的表層潤濕性就可以用來判斷液體能否在填料表面構(gòu)成液態(tài)膜，假如填充材料沒有徹底潤濕，填充材料的表面就不能被有效充分使用。超重力機和普通的塔器裝置不同，液體是由填充層的內(nèi)部向填充床的外部進行流動，同時在流動過程中，液體的流量截面積在不斷增大，液體的噴射密度在不斷減小，假如必須保障填充材料徹底潤濕，那么填充材料內(nèi)部的液體噴淋量必須大于最下選用填充材料的外徑進行運算校對。（4）轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計有兩個設(shè)計重點，其一是強度要求，轉(zhuǎn)子需要足夠的強度支撐填充床層；其二是轉(zhuǎn)子表面的開孔率要高，從而使流通的面積變大。然而這兩個設(shè)計重點是互相掣肘的，如果提高開孔率會使轉(zhuǎn)子的金屬部分變少從而減小轉(zhuǎn)子的強度。所以需要在兩者之前找到平衡。常見的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有鼠籠型和圓筒型開孔轉(zhuǎn)子兩者，后者通常是由鋼板卷焊成，如果增加開孔率則會大大增加轉(zhuǎn)子壁的厚度，使設(shè)備的投入增加，而選用鼠籠型則可以避免后者的缺點。故本次設(shè)計選取鼠籠型結(jié)構(gòu)（鼠籠型結(jié)構(gòu)如下圖3-4）。該結(jié)構(gòu)由上下端蓋、襯套、螺母、螺栓組成，上下端蓋和襯套的材料為Q235，螺母和螺栓的材料為40Cr。圖3-4鼠籠型轉(zhuǎn)子示意圖（5)機械密封系統(tǒng)的選定機械密封（又稱端面密封）是動力機械和流體機械中不可或缺的零部件。在化工裝置的使用中，所處理的氣體、液體大多數(shù)易燃易爆或有腐蝕性，如果密封失效導致介質(zhì)泄漏，后果不堪設(shè)想。所以在超重力機的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，密封系統(tǒng)的選定十分重要。在本次超重力機結(jié)構(gòu)設(shè)計中，我準備采用集裝式機械密封。這種密封裝置的靜環(huán)、動環(huán)、軸套和壓蓋與輔助密封在安裝之前用一軸套都集裝在一起，便于拆裝檢查和維修零部件。

集裝式密封操作比較容易，使用者普遍可以接受。它所采用的彈簧壓縮、密封截面面積、平衡性以及O

形圈的過剩量等都是長時間實踐經(jīng)驗的累積以及使用者反饋所收集到的信息。今后機械密封的發(fā)展方向主要有：選取集裝式密封最合適的系數(shù)，自動機械安裝誤差減小，沒有彈簧堵塞問題，沒有O形圈損耗等。在本次超重力機構(gòu)造設(shè)計作業(yè)中，采用的集裝式密封的優(yōu)勢在于：安裝時裝配比較方便；機械設(shè)備熱膨脹之后可以重調(diào)；利用配合可以自定中心；安裝時不需要測量密封工作長度。（6）密封防腐設(shè)計超重力水氧分離裝置中，密封是必不可少的，本設(shè)計中的密封，主要是轉(zhuǎn)子主軸與箱體連接部分，正常工作時，主軸受到的軸向力不僅較大，而且較為復雜，這樣對主軸軸承要求嚴苛，因此考慮了主軸軸向力的平衡問題，設(shè)計了如下密封結(jié)構(gòu)，如圖4。圖4密封結(jié)構(gòu)文獻查閱概況[1]王玉紅，郭鍇，陳建峰，等．超重力技術(shù)及其應用[J]．金屬礦山，1999[2]王玉紅．旋轉(zhuǎn)床超重力場裝置的液泛與傳質(zhì)特性研究[D]．北京：北京化共大學，1992[3]王信義，計志孝，等。機械制造工藝學[M]。北京：北京理工大學出版社，1990[4]傅水根，機械制造基礎(chǔ)[M]。北京清華大學出版社，1998[5]王桂輪.旋轉(zhuǎn)床超重力場中傳質(zhì)機理的研究[D].北京：北京化工大學，1994[6]張潤福，等。機械制造設(shè)計基礎(chǔ)[M]。武漢：華中理工大學出版社，1999[7]寧方堯.超重力傳遞機理初探[J].環(huán)境污染治理技術(shù)設(shè)備,2005年第五期[8]金問楷，機械加工工藝基礎(chǔ)[M]。北京，清華大學出版社，1990[9]孫學強，等。機械加工技術(shù)[M]。北京，機械工業(yè)出版社，1999[10]蔡穎，等。CAD/CAM原理與應用[M]。北京：機械工業(yè)出版社，2003[11]王紹俊，機械制造工藝學設(shè)計手冊[M]。北京：機械工業(yè)出版社，1987[12]劉功爾，等。機械工程標準手冊：基礎(chǔ)互換性卷[M]。北京：中國標準出版社，2001[13]李建峰，超重力技術(shù)及應用，化學工業(yè)出版社，2002[14]王玉紅，賈志謙，陳建峰，鄭沖，超重力技術(shù)及其應用，金屬礦山，1999，4，