離心力場(chǎng)(超重力場(chǎng)) 被用于相間分離,無(wú)論在日常生活還是在工業(yè)應(yīng)用上,都已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史。但為一項(xiàng)特定的手段用于傳質(zhì)過(guò)程的強(qiáng)化,引起工業(yè)界的重視是70 年代末出現(xiàn)的“Higee”, 這是英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司的ColinRamshaw 教授領(lǐng)導(dǎo)的新科學(xué)小組提出的專利技術(shù)。它的誕生最初是由設(shè)想用精餾分離去應(yīng)征美國(guó)太空署關(guān)于微重力條件下太空實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目引起的。理論分析表明, 在微重力條件下,由于g →0 ,兩相接觸過(guò)程的動(dòng)力因素即浮力因子△( ρg ) →0 ,兩相不會(huì)因?yàn)槊芏炔疃a(chǎn)生相間流動(dòng)。而分子間力,如表面張力,將會(huì)起主導(dǎo)作用,液體團(tuán)聚,不得伸展,相間傳遞失去兩相充分接觸的前提條件,從而導(dǎo)致相間質(zhì)量傳遞效果很差,分離無(wú)法進(jìn)行。反之,“g”越大, △(ρg) 越大,流體相對(duì)滑動(dòng)速度也越大。巨大的剪切應(yīng)力克服了表面張力,可使液體伸展出巨大的相際接觸界面,從而極大地強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程。這一結(jié)論導(dǎo)致了 “Higee”(High“g”)的誕生。
70 年代末至80 年代初,英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司( ICI) 連續(xù)提出被稱之為“Higee”的多項(xiàng)專利。利用旋轉(zhuǎn)填料床中產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力———超重力,使氣、液的流速及填料的比表面積大大提高而不液泛。液體在高分散、高湍動(dòng)、強(qiáng)混合以及界面急速更新的情況下與氣體以極大的相對(duì)速度在彎曲孔道中逆向接觸,極大地強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程。傳質(zhì)單元高度降低了1～ 2 個(gè)數(shù)量級(jí),并且顯示出許多傳統(tǒng)設(shè)備所完全不具備的優(yōu)點(diǎn)。從而使巨大的塔器變?yōu)楦叨炔坏? m 的超重機(jī)。因此。超重力技術(shù)被認(rèn)為是強(qiáng)化傳遞和多相反應(yīng)過(guò)程的一項(xiàng)突破性技術(shù),被譽(yù)為“化學(xué)工業(yè)的晶體管”和“跨世紀(jì)的技術(shù)”離心力場(chǎng)(超重力場(chǎng))被用于相間分離,無(wú)論在日常生活還是在工業(yè)應(yīng)用上,都已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史。
1925年Myers制作了帶有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)體的錐形截板式蒸餾桂。
1933年，Plackek發(fā)明了側(cè)面閉合的螺旋式氣液接觸裝置，液體沿螺旋板由內(nèi)向外與逆流流動(dòng)的氣體相接觸。幾年后，該裝置又有所改進(jìn)，使用帶有突起的同心圓筒以增加接觸時(shí)間。
1954年，Chambers開(kāi)發(fā)了附在旋轉(zhuǎn)平扳上的圓環(huán)構(gòu)成的離心吸收器。
1965年，Vivian將一個(gè)填料塔固定在大離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)臂上，以測(cè)定離心加速度對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響，實(shí)驗(yàn)表面：液膜傳質(zhì)系數(shù)與加速度的0.41～0.48次方成正比。Vivian是率先利用旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行傳質(zhì)研究的，但沒(méi)有提出旋轉(zhuǎn)床域超重力這一概念。
1969年，Todd迸行了離心接觸器的實(shí)驗(yàn)，該接觸器由相隔1英寸的12層環(huán)狀同心篩板組成，在流體流動(dòng)上，與篩板塔相類似。
首次出現(xiàn)超重力概念是20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)的“Higee”，并引起工業(yè)界的重視,這是英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司的ColinRamshaw教授領(lǐng)導(dǎo)的新科學(xué)小組提出的專利技術(shù)。
誕生最初是由設(shè)想用精餾分離去應(yīng)征美國(guó)太空署關(guān)于微重力條件下太空實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目引起的。1976年，美國(guó)太空署征求微重力場(chǎng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，英國(guó)ICI公司（帝國(guó)化學(xué)公司）的ColinRamshaw教授等做了化工分離單元操作——蒸餾、吸收等過(guò)程中微重力場(chǎng)影響效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)在零重力的狀態(tài)下，其——液間的傳質(zhì)是不可能的，氣體和液體不能有效地分離，而超重力使液體表面張力的作用相對(duì)變得微不足道，液體在巨大的剪切力作用下被拉升或撕裂成微小的液膜、液絲和液滴，產(chǎn)生巨大的相間接粗面積，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(diǎn)速率提高，大大增加了設(shè)備的生產(chǎn)能力，這些都對(duì)分離過(guò)程有力。這一研究成果促成了超重力分離技術(shù)的誕生。
在1981年ICI公司Ramshaw教授申請(qǐng)了世界上第一個(gè)填料式超重力床專利，在之后的幾年時(shí)間（198l～1983年）連續(xù)提出了名為HIGEE(超重力)新技術(shù)的多項(xiàng)專利。
超重力技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)傳質(zhì)過(guò)程的強(qiáng)化可以說(shuō)是一個(gè)質(zhì)的飛躍，20世紀(jì)80年代以來(lái)，人們開(kāi)始意識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)在化工領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前世界上許多大的化學(xué)公司都在競(jìng)相超重力技術(shù)(HighGravityTechnology)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，并進(jìn)行了一定的中試或工業(yè)化運(yùn)行。目前已有多個(gè)加壓、常壓、負(fù)壓裝置在運(yùn)行，包括進(jìn)行吸收、解吸、萃取、精餾等操作及實(shí)驗(yàn)。在工程化方面有一定程度的進(jìn)展。
英國(guó)Newcastle大學(xué)、美國(guó)CaseWesternReserve大學(xué)、美國(guó)TexasAustin大學(xué)和美國(guó)Washington大學(xué)在超重力裝置的研究開(kāi)發(fā)中處于世界先進(jìn)水平。
1983年，ICI公司報(bào)道了工業(yè)規(guī)模的HIGEE裝裝置平行于傳統(tǒng)板式塔進(jìn)行乙醇和異丙醇與苯和環(huán)己烷分離，成功運(yùn)行了累計(jì)數(shù)千小時(shí)的情況，肯定了這一新技術(shù)的工程和工藝可行性。
1984年，美國(guó)專門(mén)從事塔器與塔填料制造，并占有世界重要市場(chǎng)的Glitsch公司于購(gòu)買了ICI公司的HIGEE專利，并成立了專門(mén)的HIGEE研究開(kāi)發(fā)中心，進(jìn)行了大量研究，并與CaseWesternReserve大學(xué)、washington大學(xué)(密蘇里州)、TaxasAustin州立大學(xué)以及專門(mén)從事氣體處理的Fluor公司及氣體研究院(GRI)等建立了合作研究關(guān)系。在能源部大力資助下先后耗費(fèi)了數(shù)千萬(wàn)美元對(duì)多種系體進(jìn)行了小試、中試和工業(yè)示范裝置的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。
1985年，美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)建立了第一套用于脫除地下污水揮發(fā)組分的超重力裝置，從被污染的地下水中分離出苯、甲苯，由含量200ppb和500ppb脫除到1ppb左右，該裝置成功運(yùn)行了6年。
1987年，美國(guó)FlourDaniel公司在新墨西哥州的ELPaso天然氣公司建立了利用二乙醇胺對(duì)含有H2S和CO2的天然氣進(jìn)行選擇吸收H2S的超重力裝置。
1987年7月，Glitsch公司在路易斯安那州進(jìn)行了在不含H2S的氣體中利用二乙醇胺吸收CO2和用三甘醇進(jìn)行天然氣干燥兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，并都獲得了成功。
1989年Glitsch公司宣稱，購(gòu)買一臺(tái)HIGEE裝置可代替50英尺塔高，相當(dāng)于30塊塔板，是用于對(duì)傳統(tǒng)塔改造，提高產(chǎn)品質(zhì)量的最經(jīng)濟(jì)有效途徑。
CaseWesternReserve大學(xué)的N.C.Gardner教授從1984年開(kāi)始，先后在Norton公司，Dow公司支持下對(duì)煙氣脫硫和聚和物脫單體進(jìn)行研究。
Martin與Martelli使用旋轉(zhuǎn)填料床(RotatingPackedBed，或RPB)與傳統(tǒng)蒸餾塔連接，采用網(wǎng)狀金屬填充物，對(duì)環(huán)己烷和正庚烷分離系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
郝靖國(guó)在CaseWesternReserve大學(xué)Gardener教授的指導(dǎo)下進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)填料床脫除聚苯乙烯中殘留單體的研究。
英國(guó)Newcastle大學(xué)的ColinRamshaw教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，多年一直致力于海水脫氧的研究。
DowChemical公司于1999年開(kāi)發(fā)了以旋轉(zhuǎn)填料床制備次氯酸的工藝。
另外，國(guó)外對(duì)超重力技術(shù)的應(yīng)用研究主要在下述方面:(1)蒸餾、精餾;(2)環(huán)保中的除塵、除霧,煙氣中SO2及有害氣體的去除,液——液分離,液_固分離;(3)吸收,對(duì)天然氣的干燥、脫碳、脫硫,對(duì)CO2的吸收;(4)解吸,從受污染的地下水中吹出芳烴、化學(xué)熱(吸收解吸);(5)旋轉(zhuǎn)電化學(xué)反應(yīng)器及燃料電池(快速去除氣泡,降低超電壓);(6)旋轉(zhuǎn)聚合反應(yīng)器;(7)旋轉(zhuǎn)盤(pán)換熱器、蒸發(fā)器;(8)聚合物脫除揮發(fā)物;(9)生物氧化反應(yīng)過(guò)程的強(qiáng)化,(傳統(tǒng)的生化反應(yīng)在發(fā)酵罐中進(jìn)行)
國(guó)內(nèi)對(duì)于超重力技術(shù)的應(yīng)用研究起步相對(duì)較晚,但也取得了顯著的成果,主要應(yīng)用在油田注水脫氧、制備納米材料、強(qiáng)化除塵過(guò)程、強(qiáng)化生化反應(yīng)過(guò)程和精餾等方面。在1985年以前對(duì)超重力工程技術(shù)研究基本屬于空白。
1983年汪家鼎院士就在國(guó)內(nèi)化學(xué)工程會(huì)議上介紹了ICI所開(kāi)發(fā)的這項(xiàng)新技術(shù)的情況。
1984年，北京化工大學(xué)與美國(guó)CaseWesternReserve大學(xué)就超重力工程技術(shù)的研究丌發(fā)確定了合作意向。
1988年北京化工大學(xué)鄭沖教授與美國(guó)CaseWesternReserve大學(xué)合作，開(kāi)始進(jìn)行旋轉(zhuǎn)填料床的應(yīng)用。得到化工部和國(guó)家科委的高度重視和大力支持，經(jīng)論證，被列為國(guó)家八九年度和“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，也得到了中國(guó)自然科學(xué)基金委對(duì)這項(xiàng)高新技術(shù)的基礎(chǔ)研究的支持。
1990年在北京化工大學(xué)建成我國(guó)第一個(gè)超重力工程技術(shù)研究中心并開(kāi)展了一系列的創(chuàng)新性研究工作，多年來(lái)，在超重力技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方面取得了多項(xiàng)國(guó)家專利。同時(shí)國(guó)內(nèi)其它如浙江工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、天津大學(xué)等高校也對(duì)該技術(shù)相繼進(jìn)行了開(kāi)發(fā)研究，并取得了顯著的成效。
2001年浙江工業(yè)大學(xué)計(jì)建炳等教授申請(qǐng)了名為折流式超重力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)床裝置的專利，于2004年11月份得到授權(quán)。在超重力工程技術(shù)在精餾方面的應(yīng)用推向了一個(gè)新的高度；而后浙江工業(yè)大學(xué)逐漸申請(qǐng)了數(shù)個(gè)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利。而后國(guó)內(nèi)市場(chǎng)出現(xiàn)了多家生產(chǎn)超重力精餾機(jī)的公司。
