超重力裝置結構主要包括轉子、液體分布器和外殼等。超重力設備可分為單軸結構和雙軸結構,其中單軸結構按氣、液接觸構件的結構形式可分為旋轉填料床(逆流、錯流和并流)和折流床,雙軸結構分為分裂填料旋轉床(SR-RPB)和氣流對向剪切旋轉填料床(CAS-RPB)。
旋轉填料床在轉子內裝載大量填料作為相間接觸構件。填料由轉子裝載和固定,裝填的填料可以是規整填料,或是隨意堆積的散裝填料,也可以是按某種結構設計的形狀等,填料在動力驅動下進行高速旋轉。液體從液體分布器均勻噴灑在填料內緣,在填料高速旋轉產生的離心力作用下,以液滴、液絲和液膜的形式由填料內緣沿徑向向外流動。氣體在壓力作用下穿過旋轉的填料層,與液體在填料表面和內部進行密切接觸。填料不僅為氣液接觸提供較大的傳質表面,還通過高速旋轉來改善氣液分布、增強氣液的分散及混合效果,為提高過程的傳遞效率、減少流動阻力及特殊產品的制備提供了重要支撐。
旋轉填料床作為一種新型高效的傳質設備已有較多研究,普遍認為旋轉填料床對傳質過程中的液相傳質系數的提高較為明顯,但對于傳質過程中的氣相傳質系數影響不大,基于強化氣膜控制的傳質過程,傳統旋轉填料床的結構研究者則提出了許多新型雙軸結構旋轉填料床以改善和強化對氣膜控制的傳質過程。
在普通旋轉填料床中的液相傳質系數比傳統塔有效地提高了數倍至數十倍,但對氣相傳質控制過程的傳質系數與傳統塔氣相傳質系數相當,這主要是由于旋轉填料床中高比表面積填料對氣體的曳力作用不足,造成氣體與填料間的相對滑移速度較小,氣體幾乎隨旋轉填料床中的填料同步旋轉,和傳統塔一樣以“整體”或“股”經過填料層,氣體的湍動程度較小,相界面得不到快速更新,不能有效地強化氣膜內的傳質過程。而且傳統單軸旋轉填料床存在著液體分布不均的現象,使得氣相傳質過程得不到強化。為此,研究學者對普通旋轉填料床轉子結構進行改裝以強化氣相傳質過程。其中最具代表性的為Chandra A等提出一種新型雙軸轉子結構旋轉填料床—分裂填料旋轉床(Split Packing Rotating Packed Bed,SP-RPB)。