CN100341607C - 从气体中分离微液滴的气液分离装置及其分离方式 - Google Patents
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Abstract
本发明从气体中分离微液滴的气液分离装置及其分离方式涉及用于从气体中分离粒子的组合装置，在密封容器的一端面壁中部安置一个进气管，位于密封容器内的进气管一端上装有喷嘴，位于密封容器外的进气管一端为进气口，在距离喷嘴终端前方0.5～10毫米处的密封容器内部下面壁上固定有多孔性截留毡垫，在喷嘴上方的密封容器内部有用边缘紧压密封体牢固地压住的微孔过滤膜，再上面的密封容器上面壁上开有出气口，在多孔性截留毡垫前方的密封容器下面壁上开有用于截留液体排出的、装有单向阀的出液口；采用两级分离方式：第一级为高速喷射吸附截留，第二级为过滤。本发明克服了气液分离效率低、设备使用寿命短的缺点，保证分离后的气体达到要求。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及一种用于从气体中分离粒子的组合装置，具体地说是用于从气体中分离微液滴的气液分离装置及其分离方式。
背景技术
在许多场合下，需要将气体和其携带的微小液滴分离开，以达到从气体中分离除去液体的目的。例如用电化学或电解法制取氧气，阳极产生的氧气从电解液中析出时，携带有大量的电解液微液滴。氧气用于人体呼吸时，必须将其中的带有很强碱性或酸性的电解液微液滴消除掉。CN 1051401提到在电解法制取氢气和氧气时，必须有相应的气液分离装置，但并未提出具体的技术方法。
许多研究者一直在研究开发结构简便、使用可靠的气液分离方法，综合看来，可以将已有的气液分离技术分成以下四种类型：(I)使微液滴直接凝聚成液体而实现气液分离。CN 2552577公开的是将气液混合物进行低温冷凝。CN 2638830公开的是在冷却系统内进行气液分离的高效气液分离装置。CN 1439448公开的是一种用于压缩空气的气液分离方法及装置，其核心部分是冷却桶中的冷却管让空气因释压降温。CN 2565525公开的是用增压使微液滴凝聚成液体而实现气液分离；(II)利用洗涤或吸附效应进行气液分离。CN 2484982提出一种气液分离装置，是将气体从下部通过带有隔板的水体，通过水体的洗涤作用分离气体。CN 1104743提出了采用多孔板进行气液分离的技术方案，主要应用于来自锅炉蒸发管的气液混合流体。CN 1457915提出利用浮筒静置自然分离气液。CN 2620699提出一种气液分离装置，其上部设有活性炭吸附层、下部盛水；(III)是气体和液体的不同惯性进行气液分离。CN 1035626介绍了一种利用压力气体分离特性设计的离心涡管气体分离器，其特征是喷嘴的出口置于高速离心旋转液层之外，利用离心力分离气液，该设备主要用于大型工程反应塔。CN 1230898介绍的是一种气液分离装置，在内部具有中空室的圆筒状容器下部设高压空气导入口，在上部设空气排出口，在内部设置能将从高压空气导入口供给的空气冲撞、改变空气流方向的导流板，利用空气和液体的惯性不同进行分离。CN 2695111介绍一种应用自由旋流进行气液分离的装置。CN 2520200介绍了利用气流中的油烟水雾在曲线通道中与金属板壁相碰撞，凝聚并被喷淋水冲达到气液分离。CN 2455369介绍一种旋风式气液分离装置，通过气液碰撞实现分离，主要应用于冷冻干燥机的气液分离装置。CN2265235介绍的是一种旋流气液分离器；(IV)利用过滤或各种膜进行气液分离。CN 1136090、CN 1249361都提出利用气液分离膜进行分离，前者采用0.1-0.2mm厚的聚四氟乙烯膜，后者采用自制的疏水透气膜，但均未对过滤原理、膜的物理参数进行探讨。CN 1488419提出一种组合膜式气液分离装置，包括贮液室、集气室、疏水膜、亲水膜和集液室，用于空间电泳仪电极循环回路中气体-液体的分离。CN 2068006提出一种采用粉末冶金材料制成的多孔过滤器的气液分离装置。
另外，CN 2605909披露了一种两级气液分离装置属分离装置，其设计方案是在一级分离器内装有气液扩散分布器，在一级分离器的底部出口管串接了二级分离器，用于液体的脱气。
我们针对小型的气体发生装置，对以上各种技术进行了大量的实验，发现单纯的洗涤或吸附并不能完全截留掉气体中的微液滴，气液分离效率较低，尤其是吸附技术还存在着吸附饱和、寿命短的问题；如果单纯采用滤膜进行过滤，发现膜在使用2小时以后，由于表面开始凝结微液滴，堵塞了膜的微孔隙，使气阻急剧增大。分析认为，这是由于气体中携带的液滴较多、存在较大直径的液滴造成的；单纯利用离心、碰撞的方法，可以去除掉90％以上的液滴，但气体的pH值仍然达不到要求，说明气体中仍然携带有与电解液组分相同的液滴；制冷或增压设备结构复杂，尤其是用在小型设备上，使用很不方便
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，采用高速喷射吸附截留与进一步用微孔过滤膜过滤的两级分离方式从气体中分离微液滴的组合式气液分离装置，本发明既克服了气液分离效率低、设备使用寿命短的缺点，还保证分离后的气体达到要求。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种从气体中分离微液滴的气液分离装置，是采用高速喷射吸附截留与进一步用微孔过滤膜过滤的两级分离方式的组合式气液分离装置，其结构是：在一个密封容器的一端面壁中部安置一个进气管，位于密封容器内的进气管一端上安装有喷嘴，位于密封容器外的进气管一端为进气口，在距离喷嘴终端前方0.5～10毫米处的密封容器内部下方面壁上固定有一多孔性截留毡垫，在喷嘴上方的密封容器内部有用边缘紧压密封体牢固地压住的微孔过滤膜，再上面的密封容器的上方面壁上开有一个出气口，在多孔性截留毡垫前方的密封容器的下方面壁上开有一个用于截留液体排出的、装有单向阀的出液口。
在本发明的从气体中分离微液滴的气液分离装置中，喷嘴终端的直径根据气体的流量来选择，以使气体从喷嘴喷出的速度达到5～100米/秒，喷嘴终端的直径d可按照下述公式计算：
d＝(4L/Vл)1/2
其中，L为气体的流量，V为设定的气体喷射速度，由此得出喷嘴终端直径为0.25～2.9毫米。
在本发明的从气体中分离微液滴的气液分离装置中，优先选用有与被分离气体中所携带的微液滴的实际尺寸大小相等的微孔孔径的微孔过滤膜；微孔过滤膜的面积根据实际要求的被分离气体的透气量来确定。
透气量与微孔过滤膜面积大小之间的计算关系是由具体的生产微孔过滤膜的厂家提供的，例如有的厂家提供的膜透气率是0.01升/cm2，那么用于发生量1升/cm2装置的微孔过滤膜的面积选用100cm2。
在本发明的从气体中分离微液滴的气液分离装置中，优先选用多孔性截留毡垫厚度为0.5～10毫米，微孔过滤膜孔径为0.01～10微米。
在本发明的从气体中分离微液滴的气液分离装置中，喷嘴的材质选用表面镀铬或镍的金属；多孔性截留毡垫的材质选择聚四氟乙烯膜或布或毡、聚丙烯纤维毡、聚乙烯纤维毡或布或纸、尼龙纤维毡或布或纸、金属纤维网、或多孔金属烧结体；边缘紧压密封体采用橡胶、或高分子树脂软体材料；微孔过滤膜的材质选择微孔型的聚四氟乙烯膜或布或毡、聚丙烯膜、聚乙烯膜、尼龙膜、金属纤维滤膜、或多孔金属烧结体滤膜。
本发明的从气体中分离微液滴的气液分离装置的分离方式是采用两级分离方式：第一级分离采用高速喷射吸附截留的方式，将气体中携带的大量微液滴吸附截留住，实现一级净化；第二级分离采用过滤的方式，将气体中携带的残留微液滴完全滤除，实现二级净化。
第一级分离的过程是：从进气管一端的进气口导入气液混合物，该气液混合物通过进气管另一端安装的通气管道内径变小的喷嘴而大大提高了气体的流速，使气体以喷射的方式高速喷出，当高速喷射的气液混合物喷射到多孔性截留毡垫上时，其中携带的大量微液滴被多孔性截留毡垫吸附、截留住，截留后的液滴汇成液体通过出液口流出；第二级分离的过程是：经过喷射吸附截留分离后的气体再通过用边缘紧压密封体牢固地压住的微孔过滤膜进一步过滤，其中残留的微液滴被完全滤除，达到产品要求的气体从送气口送出。
本发明的有益效果是：实验证明，采用本发明的气液分离装置的两级分离方式，第一级分离可以截留90％以上的微液滴，第二级分离则使送出气体达到产品的要求，例如，经过本发明的气液分离装置气液分离后送出的用电化学制氧机制取的氧气达到国家药典2000年版的规定，送出气体的pH值也达到要求。本发明的气液分离装置结构简单，仅由密封容器、喷嘴、多孔性截留毡垫、微孔过滤膜及边缘紧压密封体几个主要部件构成。喷嘴的材质选用表面镀铬或镍的金属，以提高抗蚀性；多孔性截留毡垫和微孔过滤膜的材质选择耐氧化、耐腐蚀、耐老化的多孔质材料，这些技术延长了设备的使用寿命。喷嘴终端的直径根据气体的流量来选择；根据气体中携带液滴的实际大小选择合适的微孔过滤膜孔径，孔径过小容易造成堵塞而增加气阻，孔径过大时过滤的效果达不到要求，根据实际要求的透气量来决定微孔过滤膜面积的大小；采用由软体材料制作的边缘紧压密封体压紧微孔过滤膜，以防止气体泄漏，这些技术都提高了装置的气液分离效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图是本发明的气液分离装置的正视剖视图。
图中1.密封容器，2.进气管，3.喷嘴，4.多孔性截留毡垫，5.微孔过滤膜，6.边缘紧压密封体，7.装有单向阀的出液口，8.出气口。
具体实施方式
在图中，在一个密封容器(1)的一端面壁中部安置有一进气管(2)，位于密封容器(1)内的进气管(2)一端上安装有喷嘴(3)，位于密封容器(1)外的进气管(2)一端为进气口，在距离喷嘴(3)终端前方0.5～10毫米处的密封容器(1)内部下方面壁上固定有一多孔性截留毡垫(4)，在喷嘴(3)上方的密封容器(1)内部有用边缘紧压密封体(6)牢固地压住的微孔过滤膜(5)，再上面的密封容器(1)的上方面壁上开有一个出气口(8)，在多孔性截留毡垫(4)前方的密封容器(1)的下方面壁上开有一个用于截留液体排出的、装有单向阀的出液口(7)。
喷嘴(3)终端的直径根据气体的流量来选择，以使气体从喷嘴(3)喷出的速度达到5～100米/秒，喷嘴(3)终端的直径d可按照下述公式计算：
d＝(4L/Vл)1/2
其中，L为气体流量，V为设定的气体喷射速度，由此得出喷嘴(3)终端直径为0.25～2.9毫米。根据气体中携带液滴的实际大小选择合适的微孔过滤膜(5)孔径；根据实际要求的被分离气体的透气量决定微孔过滤膜(5)面积的大小。多孔性截留毡垫(4)厚度为0.5～10毫米。喷嘴(3)的材质选用表面镀铬或镍的金属；多孔性截留毡垫(4)的材质选择为聚四氟乙烯膜或布或毡、聚丙烯纤维毡、聚乙烯纤维毡或布或纸、尼龙纤维毡或布或纸、金属纤维网、或多孔金属烧结体；边缘紧压密封体(6)采用橡胶、或高分子树脂材料；微孔过滤膜(5)的材质选择为微孔型的聚四氟乙烯膜或布或毡、聚丙烯膜、聚乙烯膜、尼龙膜、金属纤维滤膜、或多孔金属烧结体滤膜。
实例1
将如图所示的本发明的气液分离装置用于气体流量为2升/分钟的气体发生装置中产生的气液混合物的气液分离。其中，密封容器(1)、装有单向阀的出液口(7)、出气口(8)和进气管(2)为金属材料制作；选定气体喷射流速为5米/秒，根据公式计算喷嘴(3)终端直径为2.9毫米，喷嘴(3)的材质选用表面镀铬的铁合金；多孔性截留毡垫(4)选用0.5毫米厚的多孔亲水型聚四氟乙烯膜，用一个支架安置在距离喷嘴(3)0.5毫米的密封容器(1)内部下方面壁上；在喷嘴(3)的上方有用硅橡胶制作的边缘紧压密封体(6)牢固地压住的孔径为0.01微米、过滤面积为100平方厘米的聚丙烯微孔过滤膜(5)。
从密封容器(1)外面的进气管(2)一端的进气口导入上述气液混合物，该气液混合物通过密封容器(1)内的进气管(2)另一端安装的通气管道内径变小的喷嘴(3)大大提高了气体的流速，使气体以喷射的方式高速喷出，当高速喷射的气液混合物喷射到多孔性截留毡垫(4)上时，其中携带的大量微液滴被多孔性截留毡垫(4)吸附、截留住，截留后的液滴汇成液体，自然流到密封容器(1)中，再通过装有单向阀的出液口(7)流出；经过喷射吸附截留分离的气体再通过用边缘紧压密封体(6)牢固地压住的微孔过滤膜(5)进一步过滤，将经第一级喷射吸附截留分离后气体中残留的微液滴被完全滤除，达到产品要求的气体从出气口(8)送出。
实例2
将如图所示的本发明的气液分离装置用于气体流量为1升/分钟的气体发生装置中产生的气液混合物的气液分离。其中，密封容器(1)、装有单向阀的出液口(7)、出气口(8)和进气管(2)为搪瓷材料制作；选定气体喷射流速为50米/秒，根据公式计算喷嘴(3)直径为0.65毫米，喷嘴(3)的材质选用表面镀镍的铁合金；多孔性截留毡垫(4)选用2毫米厚的聚丙烯纤维布，用一个支架安置在距离喷嘴(3)1毫米的密封容器(1)内部下方面壁上；在喷嘴(3)的上方有用聚氨酯橡胶制作的边缘紧压密封体(6)牢固地压住的孔径为0.2微米、过滤面积为150平方厘米的聚四氟乙烯微孔过滤膜(5)。
从密封容器(1)外面的进气管(2)一端的进气口导入上述气液混合物，该气液混合物通过密封容器(1)内的进气管(2)另一端安装的通气管道内径变小的喷嘴(3)大大提高了气体的流速，使气体以喷射的方式高速喷出，当高速喷射的气液混合物喷射到多孔性截留毡垫(4)上时，其中携带的大量微液滴被多孔性截留毡垫(4)吸附、截留住，截留后的液滴汇成液体，自然流到密封容器(1)中，再通过装有单向阀的出液口(7)流出；经过喷射吸附截留分离的气体再通过用边缘紧压密封体(6)牢固地压住的微孔过滤膜(5)进一步过滤，将经第一级喷射吸附截留分离后气体中残留的微液滴被完全滤除，达到产品要求的气体从出气口(8)送出。
实例3
将如图所示的本发明的气液分离装置用于气体流量为0.3升/分钟的气体发生装置中产生的气液混合物的气液分离。其中，密封容器(1)、装有单向阀的出液口(7)和出气口(8)为搪瓷材料制作，进气管(2)为金属材料制作；选定气体喷射流速为100米/秒，根据公式计算喷嘴(3)直径为0.25毫米，喷嘴(3)的材质选用表面镀铬的铜合金；多孔性截留毡垫(4)选用10毫米厚的多孔金属烧结体，用一个支架安置在距离喷嘴(3)10毫米的密封容器(1)内部下方面壁上；在喷嘴(3)的上方有用高分子弹性硅树脂制作的边缘紧压密封体(6)牢固地压住的孔径为10微米、过滤面积为200平方厘米的微孔尼龙微孔过滤膜(5)。
从密封容器(1)外面的进气管(2)一端的进气口导入上述气液混合物，该气液混合物通过密封容器(1)内的进气管(2)另一端安装的通气管道内径变小的喷嘴(3)大大提高了气体的流速，使气体以喷射的方式高速喷出，当高速喷射的气液混合物喷射到多孔性截留毡垫(4)上时，其中携带的大量微液滴被多孔性截留毡垫(4)吸附、截留住，截留后的液滴汇成液体，自然流到密封容器(1)中，再通过装有单向阀的出液口(7)流出；经过喷射吸附截留分离的气体再通过用边缘紧压密封体(6)牢固地压住的微孔过滤膜(5)进一步过滤，将经第一级喷射吸附截留分离后气体中残留的微液滴被完全滤除，达到产品要求的气体从出气口(8)送出。
Claims (6)
1.从气体中分离微液滴的气液分离装置，其特征在于：是采用高速喷射吸附截留与进一步用微孔过滤膜过滤的两级分离方式的组合式气液分离装置，其结构是：在一个密封容器的一端面壁中部安置一个进气管，位于密封容器内的进气管一端上安装有喷嘴，位于密封容器外的进气管一端为进气口，在距离喷嘴终端前方0.5～10毫米处的密封容器内部下方面壁上固定有一多孔性截留毡垫，在喷嘴上方的密封容器内部有用边缘紧压密封体牢固地压住的微孔过滤膜，再上面的密封容器的上方面壁上开有一个出气口，在多孔性截留毡垫前方的密封容器的下方面壁上开有一个用于截留液体排出的、装有单向阀的出液口。
2.根据权利要求1所述从气体中分离微液滴的气液分离装置，其特征在于：喷嘴终端的直径根据气体的流量来选择，以使气体从喷嘴喷出的速度达到5～100米/秒，喷嘴终端的直径d可按照下述公式计算：
d＝(4L/Vл)1/2
其中，L为气体的流量，V为设定的气体喷射速度，由此得出喷嘴终端直径为0.25～2.9毫米。
3.根据权利要求1所述从气体中分离微液滴的气液分离装置，其特征在于：多孔性截留毡垫厚度为0.5～10毫米，微孔过滤膜孔径为0.01～10微米。
4.根据权利要求1所述从气体中分离微液滴的气液分离装置，其特征在于：喷嘴的材质选用表面镀铬或镍的金属；多孔性截留毡垫的材质选择聚四氟乙烯膜或布或毡、聚丙烯纤维毡、聚乙烯纤维毡或布或纸、尼龙纤维毡或布或纸、金属纤维网、或多孔金属烧结体；边缘紧压密封体采用橡胶、或高分子树脂软体材料；微孔过滤膜的材质选择微孔型的聚四氟乙烯膜或布或毡、聚丙烯膜、聚乙烯膜、尼龙膜、金属纤维滤膜、或多孔金属烧结体滤膜。
5.权利要求1所述从气体中分离微液滴的气液分离装置的分离方式，其特征在于：是采用两级分离方式：第一级分离采用高速喷射吸附截留的方式，将气体中携带的大量微液滴吸附截留住，实现一级净化；第二级分离采用过滤的方式，将气体中携带的残留微液滴完全滤除，实现二级净化。
6.根据权利要求5所述从气体中分离微液滴的气液分离装置的分离方式，其特征在于：第一级分离的过程是：从进气管一端的进气口导入气液混合物，该气液混合物通过进气管另一端安装的通气管道内径变小的喷嘴而大大提高了气体的流速，使气体以喷射的方式高速喷出，当高速喷射的气液混合物喷射到多孔性截留毡垫上时，其中携带的大量微液滴被多孔性截留毡垫吸附、截留住，截留后的液滴汇成液体通过出液口流出；第二级分离的过程是：经过喷射吸附截留分离后的气体再通过用边缘紧压密封体牢固地压住的微孔过滤膜进一步过滤，其中残留的微液滴被完全滤除，达到产品要求的气体从送气口送出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20071010 |