CN101234319A - 流体混合器 - Google Patents

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CN101234319A CNA2007101883473A CN200710188347A CN101234319A CN 101234319 A CN101234319 A CN 101234319A CN A2007101883473 A CNA2007101883473 A CN A2007101883473A CN 200710188347 A CN200710188347 A CN 200710188347A CN 101234319 A CN101234319 A CN 101234319A
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Abstract

公开了一种流体混合器，其包括布置在填充塔中的多个流体混合单元，该多个流体混合单元均具有开口和混合部。在该流体混合器中，轴向彼此不同地不规则地布置多个流体混合单元。

Description

流体混合器
技术领域
本发明涉及一种具有填充的填充材料、混合两种以上的流体的气液接触流体混合器。
背景技术
通过在垂直圆筒中规则地或不规则地填充填充材料来形成使用填充材料的气液接触流体混合器。当将液体引入圆筒时，通过填充在混合器中的填充材料使该液体分散，该液体沿着填充材料的表面通过，在圆筒中膜状地向下流动。
另一方面，气体从上方或下方供给到圆筒，并且移过填充材料之间的间隙。
这使得在圆筒中，在填充材料的表面附近液体与气体接触，以进行气体冷却、气体吸收、集尘、蒸馏等。
填充材料适当地具有例如大的表面积并仅引起小的流体压力损失。迄今为止，  已经使用例如拉西环(Raschig ring)或贝尔鞍(Berl saddle)作为具有这些特性的填充材料。
此外，日本特开平7-80279号公报公开了一种包括填充材料的流体混合器，该填充材料平行地布置在填充塔中并由作为填充材料的多个薄层形成，该薄层均具有波纹槽和小孔排，该填充材料均具有较大的表面积并可改进气液接触效率。
在该流体混合器中，液体可在塔中的所有截面上均匀分布。
发明内容
由于流体混合器中的反应是在作为气液接触部的填充材料的表面上的气体与液体之间的接触反应，因此填充材料的表面积极大地影响流体混合器的处理能力(capacity)。
因此，必须尽可能地增大填充材料的表面积，以提供具有高处理能力的流体混合器。
然而，当传统的填充材料具有太大的表面积以改进气液接触效率时，材料可能能够确保气液接触界面面积，但由于妨碍了流体的流通，所以流体的压力损失不可避免地增大。
当增大气体或液体的流量以改进气液接触效率时，填充材料引起的压力损失增大。此外，发生溢流(flooding)使得不能稳定地操作流体混合器。
因此，难以改进传统的流体混合器中的气液接触效率。
根据本发明的实施例，提供一种流体混合器，其中，通过高效地混合流体来高效地进行不同流体之间的接触反应。
根据本发明的实施例的流体混合器是包括布置在填充塔中的多个流体混合单元的流体混合器，该多个流体混合单元均具有开口和混合部，其中，轴向彼此不同地不规则地布置多个流体混合单元。
根据本发明的实施例的流体混合器还是包括布置在填充塔中的多个流体混合单元的流体混合器，该多个流体混合单元均具有开口和混合部，其中，沿使轴向与填充塔的直径垂直的方向规则且相邻地布置多个流体混合单元。
根据本发明的实施例的流体混合器是包括布置在填充塔中的多个流体混合单元的流体混合器，该多个流体混合单元均具有开口和混合部，其中，沿与填充塔中的流体流动方向垂直的方向相邻地布置多个流体混合单元，以形成流体混合单元组，并且沿填充塔中的流体流动方向布置多层流体混合单元组。
根据本发明的实施例的流体混合器包括作为填充材料的流体混合单元，该流体混合单元具有混合部。由于在流体混合单元的混合部中混合在流体混合器中流通的气体和液体，因此不仅在填充材料的表面上发生接触反应，而且通过流体混合单元混合的气体和液体也发生接触反应。
因此，由于可不管填充材料的表面积而使气体与液体接触，因此可高效地进行气液接触。
根据本发明的实施例的流体混合器，高效地进行气液接触，使得可高效地进行气体与液体之间的接触反应。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的流体混合器的斜剖视图；
图2A和图2B是均示出填充在流体混合器中的流体混合单元的斜视图；
图3A至图3H是均示出填充在流体混合器中的流体混合单元的俯视图；
图4是示出根据本发明的第二实施例的流体混合器的斜剖视图；
图5是示出根据本发明的第三实施例的流体混合器的斜剖视图；
图6是示出使用流体混合器的流体混合装置的示意图；
图7是示出流体混合装置中的流体混合器的状态的示意图；
图8是示出流体混合装置中的流体混合器的状态的示意图；
图9是示出流体混合装置中的流体混合器的状态的示意图；
图10是在例子中使用的对流接触流体混合装置的方框图；
图11是在例子中使用的并流接触流体混合装置的方框图；
具体实施方式
下面，将参照附图说明本发明的具体实施例。
图1是根据本发明的第一实施例的流体混合器的斜剖视图。
流体混合器10由填充塔11和填充在填充塔11中的流体混合单元12形成。
填充塔11由其中可流通流体的筒状构件形成。
将作为填充材料的多个流体混合单元12轴向彼此不同地不规则地填充在填充塔11中。
填充在填充塔11中的流体混合单元12均设置有开口14和流体混合部17。
开口14设置在形成流体混合单元12的筒状通路管13的两端。混合部17形成在通路管13中。
例如，可通过将栅板(grid plate)等设置在填充塔11的圆筒中，并且从填充塔11的上方将必要量的流体混合单元12不规则地填充在填充塔11中来形成图1所示的流体混合器10。
例如，根据需要，流体混合器沿直径方向的长度大约是200mm至2,000mm。
接着，将参照图2A和图2B以及图3A至图3H来说明填充在流体混合器10中的流体混合单元12。图2A和图2B是均示出填充在流体混合器10中的流体混合单元12的例子的斜视图，而图3A至图3H是均示出流体混合单元12的例子的俯视图。
如图3A至图3H所示，以八种不同的形态形成填充在流体混合器10中的流体混合单元12。
图2A和图2B所示的流体混合单元12A和12B分别由开口14和混合部17形成。
开口14设置在形成流体混合单元12A或12B的筒状通路管13的两端。混合部17由形成在通路管13中的螺旋叶片15A或15B以及流体通路16形成。
图2A或图2B所示的流体混合单元12A或12B的叶片15A或15B由以大约180°的间隔设置在通路管13的内壁上的两个叶片形成。
从通路管13的长度方向的一端向另一端，顺时针(向右)扭曲大约90°地形成图2A所示的流体混合单元12A的叶片15A。
逆时针(向左)扭曲大约90°地形成图2B所示的流体混合单元12B的叶片15B。
在通路管13的中央将顺时针或逆时针扭曲的叶片15A或15B分成两个。将叶片15A或15B分成两个，使得贯通开口14形成沿通路管13的整个长度连通的流体通路16。
接着，图3A是图2A所示的流体混合单元12A的俯视图，而图3B是图2B所示的流体混合单元12B的俯视图。
在图3C至图3H所示的流体混合单元12C至12H中，流体混合单元12A或12B的叶片15A或15B由不同形态的叶片15C至15H形成。
在图3A至图3H中，以与图2A或图2B所示的流体混合单元12A或12B中的开口相同的方式形成省略其附图标记和说明的流体混合单元的开口14。
图3C或图3D所示的流体混合单元12C或12D的叶片15C或15D在通路管13的内壁中一体地形成为一个叶片。
从通路管13的长度方向的一端向另一端，顺时针(向右)扭曲大约90°地形成图3C所示的流体混合单元12C的叶片15C。
逆时针(向左)扭曲大约90°地形成图3D所示的流体混合单元12D的叶片15D。
在通路管13中一体地形成顺时针或逆时针扭曲的叶片15C或15D，使得由叶片15C或15D形成两个分开的流体通路16。
图3E或图3F所示的流体混合单元12E或12F的叶片15E或15F由三个叶片形成，并且在通路管13的中央被分成三个，该三个叶片均以大约120°的间隔设置在通路管13的内壁上。
从通路管13的长度方向的一端向另一端，顺时针(向右)扭曲大约60°地形成图3E所示的流体混合单元12E的叶片15E。
逆时针(向左)扭曲大约60 °地形成图3F所示的流体混合单元12F的叶片15F。
在通路管13的中央将顺时针或逆时针扭曲的叶片15E或15F分成三个，使得贯通开口14形成沿通路管13的整个长度连通的流体通路16。
图3G或图3H所示的流体混合单元12G或12H的叶片15G或15H由三个叶片形成，并且在通路管13的中央一体地形成，该三个叶片均以大约120°的间隔设置在通路管13的内壁上。
从通路管13的长度方向的一端向另一端，顺时针(向右)扭曲大约60°地形成图3G所示的流体混合单元12G的叶片15G。
逆时针(向左)扭曲60°地形成图3H所示的流体混合单元12H的叶片15H。
在通路管13中一体地形成顺时针或逆时针扭曲的叶片15G或15H，使得在通路管13中形成三个分开的流体通路16。
使两种不同类型的流体(例如气体和液体)在流体混合单元12的混合部17中对流或并流流动，使得部分流体沿叶片15螺旋状转动以形成向右或向左的旋流。以该方式混合和搅拌不同的流体。
部分流体被叶片15剪切并被细化分割成多个部分。
流体以该方式通过流体混合单元12的混合部17，使得流体在混合部17中重复地转动、被剪切和分割，将两种类型的流体混合、搅拌并使其高效地彼此接触。
如上所述，可使在本实施例的流体混合单元12中流动的流体在混合部17中高效地彼此接触。
当使用具有该特性的填充材料时，例如基于流体混合单元12自身的特性，增大了气液接触界面的面积并且可混合不同的流体，使得流体可高效地彼此接触。
因此，当将流体混合单元12用作流体混合器的填充材料时，使流体混合以通过气液接触促进如液体中的气体溶解或吸收等接触反应。
此外，由于流体混合单元12具有流体可通过的流体通路16，因此可减小压力损失。
因此，可减少动力费用和维护费用，可增大装置中的气体流速(表面气体速度)，并且可减小流体混合器10的尺寸。
可以自由地选择用于流体混合器10的流体混合单元12。例如，可使用流体混合单元12A至12H中的具有相同形状的流体混合单元形成流体混合器10。作为选择，可同时使用具有不同形状的多种类型的流体混合单元12形成流体混合器10。
这里，例如，当与具有逆时针(向左)扭曲的叶片15的流体混合单元12B、12D、12F或12H组合使用具有顺时针(向右)扭曲的叶片15的流体混合单元12A、12C、12E或12G时，可高效地混合不同的流体，并且可改进流体接触效率。
例如，可根据预期的用途自由设计流体混合单元12中的通路管13的直径方向的宽度和轴向的长度、开口14的面积以及叶片15A至15H的直径方向的宽度和轴向的长度等。
叶片15A至15H的扭曲角度不限于大约90°，而是可自由设定成如大约45°、大约60°或大约180°等任意角度。
然而，当扭曲角度大于90°时，不能通过注射成形法制造流体混合单元12A至12D，而当扭曲角度大于60°时，不能通过注射成形法制造流体混合单元12E至12H。因此，叶片15A至15H的扭曲角度在流体混合单元12A至12D中优选是大约90°以下，而在流体混合单元12E至12H中优选是大约60°以下。
流体混合单元12由如不锈钢、钛、铁或铜等金属材料、塑料材料、陶瓷材料或这些材料的复合材料制成，并且可通过注射成形法、挤压成形法、熔模铸造法、金属塑性加工法、粉末成形法等容易地制造流体混合单元12。
接着，图4示出根据本发明的第二实施例的流体混合器20的斜剖视图。
图4示出以不同的方式将流体混合单元12填充在图1所示的流体混合器10中时的流体混合器20的状态。
除了流体混合单元12的填充方法之外，图4所示的流体混合器20的构造和填充在流体混合器中的流体混合单元12与图1所示的流体混合器10中的相同；通过赋予相同的附图标记省略其构造的说明。
虽然在图1所示的流体混合器10中不规则地布置流体混合单元12，但在图4所示的流体混合器20中沿使轴向与填充塔11的直径垂直的方向规则且相邻地布置流体混合单元12，以形成平面的流体混合单元组。
在流体混合器20中布置流体混合单元12，并且使流体混合单元12的长度方向竖直。具体地，沿在流体混合器20中流动的流体的方向设置流体混合单元12的开口14。
堆叠并布置层状流体混合单元组的多个层以在流体混合器20中填充流体混合单元12。这里，堆叠流体混合单元12的层，使得上相邻层中的开口14的位置偏离下相邻层中的开口14的位置。
因此，流体混合单元组的上相邻层与流体混合单元组的下相邻层之间的流体混合单元12的数量不同。
在图4所示的流体混合器20中，使流体混合单元12相邻、堆叠且规则地填充，并且使流体混合单元12的轴向垂直。
当多个流体混合单元12的通路管13的外壁彼此连接时，流体混合单元12形成使流体混合单元12平面状布置的流体混合单元组。
堆叠平面流体混合单元组，使得上相邻组中的流体混合单元12的开口14的位置偏离下相邻组中的流体混合单元12的开口14的位置，以形成多层的流体混合单元组。
与图1所示的具有不规则填充的流体混合单元12的流体混合器10不同，具有规则填充的流体混合单元12的流体混合器20不会阻止通过流体混合器的流体的流通。这是因为通过设置流体可通过的流体混合单元12，使得开口14和流体通路16处于流体的流动方向来形成流体混合器20。
因此，可减小流体混合器中的流体的压力损失，可减少动力费用及维护费用，可增大装置中的气体流速(表面气体速度)，并且可减小流体混合器的尺寸。
在流体混合器20中，由于将流体混合单元组堆叠成上相邻组中的开口14的位置偏离下相邻组中的开口14的位置，因此，即使通过一层中的流体混合单元12之间的间隙的流体也可通过不同层中的流体混合单元12。
因此，在流体混合单元12中混合流体，并且可改进流体接触效率。
用于流体混合器20的流体混合单元12可具有适当选择的形状。例如，可使用具有相同形状的流体混合单元12形成流体混合器20。作为选择，可同时使用具有不同形状的多种类型的流体混合单元12来形成流体混合器20。
设置在流体混合单元12中的叶片15可具有相同的形状或不同的形状。
例如，当组合使用具有沿不同方向扭曲的叶片15的流体混合单元12时，可高效地混合不同的流体，并且可改进流体接触效率。
图4所示的流体混合器20由多层的流体混合单元组形成，其中，形成流体混合单元组的流体混合单元12的数量在各层之间不同。然而，当上相邻层中的流体混合单元12的开口14的位置偏离下相邻层中的开口14的位置时，对于各层，形成流体混合单元组的流体混合单元12的数量可相等。
在该情况下，优选将形成层状流体混合单元组的各层的流体混合单元12的数量设计成可在流体混合器20中密集地填充流体混合单元12。
在图4所示的流体混合器20中，例如，根据填充塔11的截面积，使流体混合单元12的通路管13的外壁彼此粘结，以形成多个层状流体混合单元组。层状流体混合单元组被设置在填充塔11中的栅板(未示出)上并被堆叠至预定高度，从而可形成流体混合器20。
作为选择，例如，可通过制备具有均与流体混合单元12的直径对应的孔的固定板并将流体混合单元12插入该固定板来形成层状流体混合单元组。
可通过与固定板一起将多层的层状流体混合单元组堆叠并布置至预定高度而在流体混合器20中填充流体混合单元12。此外，可填充流体混合单元12，使得通路管13的边缘彼此接合。
接着，图5示出根据本发明的第三实施例的流体混合器30的斜剖视图。
图5示出以与图4所示的流体混合器20不同的方式规则地填充流体混合单元12的流体混合器30的状态。
除了流体混合单元12的填充方法之外，图5所示的流体混合器30的构造及填充在流体混合器中的流体混合单元12与图1和图4所示的流体混合器10和20中相同；通过赋予相同的附图标记省略其构造的说明。
如在图4所示的流体混合器20中的那样，图5所示的流体混合器30具有规则填充的流体混合单元12。
通过使通路管13的边缘彼此连接，使得开口14彼此对准来在长度方向上连结流体混合单元12。因此，多个流体混合单元12的开口14和流体通路16彼此连通，以形成筒状流体混合单元组。沿使轴向与填充塔11的直径垂直的方向规则且相邻地布置筒状流体混合单元组。
布置多个筒状流体混合单元组以在流体混合器30中填充流体混合单元12。
在用于流体混合器30的筒状流体混合单元组中，由于流体混合单元12的开口14彼此连接，因此流体从最上部或最下部流体混合单元12的开口14通过流体混合单元12和流体混合单元组。因此，可在流体混合单元12的混合部17和开口14中连续地混合流体，并且可改进接触效率。
由于具有流体可通过的流体通路16的流体混合单元12彼此连通，因此，与不规则地布置流体混合单元12的情况不同，不会阻止通过流体混合单元12的流体的流通。
因此，可减小流体混合器中的流体的压力损失，可减少动力费用和维护费用，可增大装置中的气体流速(表面气体速度)，并且可减小流体混合器的尺寸。
可使用具有相同形状的流体混合单元12或同时使用具有不同形状的多种类型的流体混合单元12在流体混合器30中形成筒状流体混合单元组。
设置在流体混合单元12中的叶片可处于相同的方向或不同的方向。
例如，当组合使用具有沿不同方向扭曲的叶片15的流体混合单元12时，可高效地混合不同的流体，并且可改进流体接触效率。
在图5所示的流体混合器30中，例如，使流体混合单元12的开口14彼此对准，并且使通路管13的边缘在长度方向上彼此粘结，以形成具有预定高度的多个筒状流体混合单元组。在填充塔11中的栅板(未示出)上相邻地布置筒状流体混合单元组，从而可形成流体混合器30。
作为选择，例如，可通过制备具有均与流体混合单元12的直径对应的孔的固定板并将流体混合单元12插入该固定板来形成层状流体混合单元组。
然后，可通过与固定板一起将多层的流体混合单元组堆叠并布置至预定高度而在流体混合器30中填充流体混合单元12，使得流体混合单元12的开口14在上下相邻层中彼此对准。
当使用固定板堆叠多层时，在流体混合器30中可用固定板填充相邻的流体混合单元12之间的间隙。
因此，供给到流体混合器30的流体不通过流体混合单元12之间的间隙，而是通过流体混合单元12，从而可改进流体接触效率。
接着，图6和图7示出包括根据本发明的实施例的流体混合器并且用于气体和液体之间的接触反应的流体混合装置的例子的示意图。
图6是将流体混合器41用于气液接触的流体混合装置40的示意图，而图7是示出流体混合装置40中的流体混合器41的示意图。
在图6和图7中，虚线箭头表示液体的流动，而实线箭头表示气体的流动。
图6所示的流体混合装置40设置有由填充塔11和流体混合单元12(参见图1)形成的流体混合器41。
在流体混合装置40中，将吸收剂44从设置在上部的喷嘴(spray nozzle)43喷入装置中，将原气体45从流体混合装置40的位于流体混合器41下方的侧面供给到装置中。
当吸收剂44与原气体45通过流体混合器41时，通过流体混合器41的作用来进行吸收剂44与原气体45之间的接触反应。吸收剂44从流体混合装置40的下部排出，原气体45作为处理过的气体46从流体混合装置40的上部排出。
流体混合装置40可以以该方式使原气体45与吸收剂44在流体混合器41中接触。流体混合装置40可用于例如反应吸收、物理吸收、冷却、干燥或除尘。
吸收塔、填充塔、蒸馏塔等可由流体混合装置40和流体混合器41形成，以使其可以进行排气的消毒(detoxification)、回收和净化、除臭、除尘(集尘)、蒸馏和净化等。
可任意选择各种吸收剂44。例如，可以使用NaOH、Mg(OH)2、Ca2CO3或CaCl2等的碱性水溶液、H2SO4或HCl的酸性水溶液，自来水、海水或纯净水等。
可根据原气体45中含有的物质选择吸收剂44。例如，在吸收反应中，当原气体45含有酸性气体时，使用碱性水溶液作为吸收剂44可改进吸收效率。当原气体45含有碱性气体时，使用酸性水溶液作为吸收剂44可改进吸收效率。
接着，如图7所示，通过使具有与流体混合装置40的直径相同的直径的填充塔11连结到流体混合装置40来将流体混合器41设置在流体混合装置40中。
这里使用的流体混合器41可以是图1、图4和图5所示的流体混合器10、20和30中的任一种，其中，不规则地或规则地填充流体混合单元12。
在流体混合装置40中，吸收剂44从流体混合器41的上方流入流体混合器41，而原气体45从流体混合器41的下方流入流体混合器41。具体地，流体混合装置40是进行对流气液接触的流体混合装置。
接着，将说明图6和图7所示的流体混合装置40的动作。
首先，从装置的下部供给作为将在流体混合装置40中处理的气体的原气体45。然后，为了在该处理中进行原气体45的接触反应，从装置的上部供给吸收剂44。原气体45和吸收剂44以预定比率供给到流体混合装置40。
这里，向从装置的上部供给的吸收剂44施加势能。将施加了势能的流体引入设置在下方的流体混合器41中。从装置的下部供给的原气体45在装置中上升并且供给到流体混合器41。
因此，原气体45和吸收剂44在流体混合器41中混合并接触，并且进行充分的气液接触。基于流体混合器41中的气液接触，进行如原气体45中含有的物质的分离、在吸收剂44中的原气体45的溶解或化学反应进程等接触反应。
这样，在流体混合装置40中，通过重复地分割、接合和剪切，来使从流体混合器41的上方供给的吸收剂44和从流体混合器41的下方供给的原气体45在流体混合器41中混合、搅拌和接触。
其后，通过接触反应处理过的原气体45作为处理过的气体46从流体混合装置40的上部排出或回收。吸收剂44从流体混合装置40的下部排出或回收。
不仅可通过用喷嘴喷洒的方法将吸收剂44供给到流体混合装置40，而且还可通过其它方法将吸收剂44供给到流体混合装置40。
在流体混合装置40的上部用喷嘴喷洒吸收剂44，使得吸收剂44在流体混合器41中均匀分布，并且可高效地进行气液接触。
接着，图8示出图6所示的使用根据本发明的实施例的流体混合器41进行气体和液体之间的接触反应的流体混合装置40的例子中的流体混合器41A和41B的示意图，在该流体混合装置中使用多个流体混合器41。
在图8中，通过赋予相同的附图标记省略与图6和图7中相同的构造的说明。
在图8的流体混合装置40中，吸收剂44从流体混合器41A和41B的上方流入流体混合器41A和41B，而原气体45从流体混合器41A和41B的下方流入流体混合器41A和41B。具体地，流体混合装置40是进行对流气液接触的流体混合装置。
通过使均具有与流体混合装置40的直径相同的直径的填充塔11连结到流体混合装置40来将流体混合器41A和41B设置在流体混合装置40中。
这里使用的流体混合器41A和41B可以是图1、图4和图5所示的流体混合器10、20和30中的任一种，其中，不规则地或规则地填充流体混合单元12。
流体混合器41A和41B可分别具有自由选择的构造。例如，可以使用具有相同构造的流体混合器10、20或30，或者作为替换，可以使用具有不同构造的流体混合器10、20或30。
在具有两个流体混合器41的流体混合装置40中，使吸收剂44与原气体45在设置于不同位置的流体混合器41A和41B中对流接触。因此，装置具有多个可使气体和液体混合并接触的构造，使得可改进气体与液体之间的接触效率。
以该方式在流体混合装置40中设置多个流体混合器41，使得可高效地进行气液接触反应。
可在流体混合器41A与流体混合器41B之间设置空间。此外，可在该空间中设置用于供给吸收剂44的喷嘴。
接着，图9示出图6所示的使用根据本发明的实施例的流体混合器41进行气体和液体之间的接触反应的流体混合装置40的例子中的流体混合装置40的示意图，在该流体混合装置中使气体和液体并流接触。
在图9中，通过赋予相同的附图标记省略与图6至图8中相同的构造的说明。
通过使具有与流体混合装置40的直径相同的直径的填充塔11连结到流体混合装置40来将流体混合器41设置在流体混合装置40中。
这里使用的流体混合器41可以是图1、图4或图5所示的流体混合器10、20或30，其中，不规则地或规则地填充流体混合单元12。
在流体混合装置40中，吸收剂44和原气体45从流体混合器41的上方流入流体混合器41。当吸收剂44和原气体45通过流体混合器41时，进行上述接触反应。吸收剂44和处理过的气体46从流体混合装置40的下部排出。
具体地，流体混合装置40是进行并流气液接触的流体混合装置。
这里，向从装置的上部供给的吸收剂44施加势能。将施加了势能的流体连同气体引入设置在下方的流体混合器41。这样使吸收剂44和原气体45通过流体混合装置，从而可使流体混合、搅拌和接触。
因此，原气体45和吸收剂44在流体混合器41中混合并接触，并且进行充分的气液接触。基于流体混合器41中的气液接触，进行如原气体45中含有的物质的分离、在吸收剂44中的原气体45的溶解或化学反应进程等接触反应。
这里使用的流体混合器41可以是图1、图4和图5所示的流体混合器10、20和30中的任一种，其中，不规则地或规则地填充流体混合单元12。
在进行并流气液接触的流体混合装置40中，液体从装置的上部喷洒和供给，以使液体连同气体通过流体混合器41，从而通过混合、搅拌和接触来处理液体和气体。因此，可在无需动力的情况下供给气体并进行混合、搅拌以及接触操作。
因此，不必使用动力设备来供给气体，并且可形成低成本、节约能源的流体混合装置。
与图8所示的流体混合装置一样，甚至可通过设置两个流体混合器41来形成进行并流接触的流体混合装置40。在流体混合装置40中设置多个流体混合器41，使得可高效地进行气液接触反应。
下面将通过例子说明根据本发明的实施例的流体混合器。
在这些例子中，流体混合器用在进行实验的对流接触流体混合装置及并流接触流体混合装置中。
对流接触流体混合装置
首先，将参照附图说明用于这些例子的对流接触流体混合装置。
图10是用于下述的实施例1和比较例1的流体混合装置50的方框图。流体混合装置50是由具有流体混合器52的吸收塔(填充塔)51、排气源53、排风机(air exhaust ventilator)59和循环液槽54形成的对流接触流体混合装置。
来自排气源53的排气(原气体)由排风机59从具有流体混合器52的吸收塔(填充塔)51的下方供给。来自流体混合装置50的净化过的排气(处理过的气体)经由湿气分离器55从吸收塔(填充塔)51的上部释放到大气。
吸收塔51被连结到设置在吸收塔51下方的循环液槽54。
通过适当地打开阀56将循环液槽54中的水溶液排出以进行废水处理等，将新鲜液体适当地供给到循环液槽54中。
在吸收塔51的头部设置喷嘴57，并且通过循环液泵58将循环液槽54中的液体供给到喷嘴57。
因此，循环使用循环液槽54中的液体，其中，通过喷嘴57将液体喷射到吸收塔51，然后在循环液槽54中收集液体，随后通过循环液泵58将液体供给到喷嘴57。
并流接触流体混合装置
接着，将参照附图说明用于这些例子的并流接触流体混合装置。
图11是用于下述的实施例2和实施例3的流体混合装置60的方框图。流体混合装置60是由具有流体混合器62的吸收塔(填充塔)61、排气源63、排风机69和循环液槽64形成的并流接触流体混合装置。
来自排气源63的排气(原气体)从具有流体混合器62的吸收塔(填充塔)61的上方供给。
吸收塔61被连结到设置在吸收塔61下方的循环液槽64。来自流体混合装置60的净化过的排气(处理过的气体)通过排风机69释放到大气。
通过适当地打开阀66将循环液槽64中的水溶液排出以进行废水处理等，将新鲜液体适当地供给到循环液槽64中。
在吸收塔61的头部设置喷嘴67，并且通过循环液泵68将循环液槽64中的液体供给到喷嘴67。
因此，循环使用循环液槽64中的液体，其中，通过喷嘴67将液体喷射到吸收塔61，然后在循环液槽64中收集液体，随后通过循环液泵68将液体供给到喷嘴67。
实施例1
以与图1所示的具有不规则布置的流体混合单元12的流体混合器10相同的方式形成对流接触流体混合装置50中的流体混合器52。
在流体混合器52中混合并填充与图2A和图2B所示的流体混合单元12A和12B相同的两种类型的流体混合单元。流体混合单元12A或12B具有分别向右或向左扭曲大约90°的两个螺旋状形成的叶片，并且具有62mm的外径，52mm的内径和40mm的高度。
以50∶50的体积比在流体混合器52中填充流体混合单元12A和流体混合单元12B。
在上述条件下形成实施例1的流体混合器，并且将该流体混合器用于对流接触流体混合装置50。
实施例2
以与图4所示的具有规则布置的流体混合单元12的流体混合器20相同的方式形成并流接触流体混合装置60中的流体混合器62。
在流体混合器62中填充与图2A和图2B所示的流体混合单元12A和12B相同的流体混合单元。流体混合单元12A或12B具有分别向右或向左扭曲大约90°的两个螺旋状形成的叶片，并且具有62mm的外径，52mm的内径和40mm的高度。
以50∶50的体积比在流体混合器62中填充流体混合单元12A和流体混合单元12B。
在上述条件下形成实施例2的流体混合器，并且将该流体混合器用于并流接触流体混合装置60。
实施例3
以与图5所示的具有规则布置的流体混合单元12的流体混合器30相同的方式形成并流接触流体混合装置60中的流体混合器62。
在流体混合器62中填充与图2A和图2B所示的流体混合单元12A和12B相同的流体混合单元。流体混合单元12A或12B具有分别向右或向左扭曲大约90°的两个螺旋状形成的叶片，并且具有62mm的外径，52mm的内径和40mm的高度。
以50∶50的体积比在流体混合器62中填充流体混合单元12A和流体混合单元12B。
在上述条件下形成实施例3的流体混合器，并且将该流体混合器用于并流接触流体混合装置60。
比较例1
对流接触流体混合装置50中的流体混合器52具有作为填充材料的不规则填充的泰勒填料S型(Tellerette S-type)填充材料(由Tsukishima Kankyo Engineering Ltd.制造)。
在上述条件下形成比较例1的流体混合器，并且将该流体混合器用于对流接触流体混合装置50。
在使用了实施例1至3以及比较例1中形成的流体混合器的流体混合装置50和60中进行使排气中含有的HCl被吸收到作为循环液(吸收剂)的3重量％的NaOH水溶液中的实验。
对于该实验，设计在实施例1至3以及比较例1中制备的各流体混合装置50和60，使得排气在装置入口处的HCl气体浓度是100ppm，而在装置出口处的HCl气体浓度是3ppm。
在对流接触流体混合装置50中，在排风机59的入口处测量排气中含有的HCl气体的浓度。在吸收塔51的出口处测量在使气体在流体混合装置50中与循环液(吸收剂)对流接触之后的处理过的气体中的HCl气体浓度。
在并流接触流体混合装置60中，在吸收塔(填充塔)61的入口处测量排气中含有的HCl气体的浓度。在排风机69的出口处测量在使气体在流体混合装置60中与循环液(吸收剂)并流接触之后的处理过的气体中的HCl气体浓度。
表1示出在上述实验中制备的实施例1至3以及比较例1的吸收塔51和61以及流体混合器52和62的设计条件。
[表1]
    实施例1     实施例2     实施例3     比较例1
塔径(内径)(mm)     300     360     280     450
填充高度(mm)     1200     480     480     1500
填充单元的数量(单元/m3)     3750     192     108     25000
必要填充量(m3)     0.11     0.46     0.26     0.26
处理气体的量(m3/min)     10     10     10     10
塔中的气体速度(m/s)     2.35     5.0     9.3     1.05
清洁液的量(kg/h)     3000     4800     3000     3200
液气比(L/m3)     5.0     8.0     5.0     5.3
压力损失(Pa)     200     350     550     300
 HCl入口浓度(ppm)     100     100     100     100
 HCl出口浓度(ppm)     3     3     3     3
如表1所示，在实施例1中形成的吸收塔51和流体混合器52的塔径比比较例1中的塔径小大约30％、填充高度比比较例1中的填充高度小大约20％，并且使压力损失比比较例1中的压力损失小大约30％；然而，对于HCl浓度来说，在实施例1和比较例1中得到相同的结果。
根据实施例1的构造，与比较例1的构造相比，即使气体流量相等，也可增大塔中的气体速度，并且可减小压力损失。
基于实施例1和比较1中的填充高度，使实施例2和3中的流体混合器62的填充材料的填充高度减小到大约1/3。
这是因为填充材料在吸收塔中规则地填充，使得可增大塔中的气体速度并且可高效地进行气液接触。
与实施例2的构造相比，在实施例3的构造中，具有规则填充的流体混合单元的塔中的气体速度更高。这是因为在实施例3中，用作填充材料的流体混合单元开口彼此对准地彼此连接，使得可在不妨碍流体流通的情况下流体通过装置。
因此，在实施例2或3的构造中，可减小填充塔的尺寸，并且可减少使用的填充材料的量。
因为当气体流速越高时压力损失越大，所以实施例2和3中的压力损失比实施例1和比较例1中的压力损失大。因此，假设当实施例2和3中的塔中的气体速度等于实施例1和比较例1中的塔中的气体速度时，实施例2和3中的压力损失可小于实施例1和比较例1中的压力损失。
如上所述，可通过实施例1至3的构造形成具有良好的流体混合效率的节约能量、节约空间的流体混合器。
此外，当使用对流接触流体混合器时，不会发生溢流，并且可以以高的液气比L/G进行处理。例如，可以以10L/m3以上的液气比进行处理，并且可容易地处理具有1体积％以上的HCl气体浓度的排气。
此外，流体混合单元12A至12H可包括用于形成流体混合器的多孔体。包括多孔体的流体混合器可用于支持如微生物和酶等生物催化剂的生物反应器或除臭装置等。
本发明不限于上述构造，在不背离本发明的要旨的前提下，各种其它的构造是可能的。
已经参照附图说明了本发明的优选实施例，应该理解的是，本发明不限于这些精确的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本发明的精神或范围的前提下，本领域技术人员可进行各种修改和变形。
相关申请的交叉引用
本发明包含2007年1月29日在日本专利局提交的日本专利申请JP2007-18377所涉及的主题，该日本专利申请的全部内容通过引用包含于此。

Claims (8)

1.一种流体混合器，其包括布置在填充塔中的多个流体混合单元，所述多个流体混合单元均具有开口和混合部，其中，
轴向彼此不同地不规则地布置所述多个流体混合单元。
2.一种流体混合器，其包括布置在填充塔中的多个流体混合单元，所述多个流体混合单元均具有开口和混合部，其中，
沿使轴向与所述填充塔的直径垂直的方向规则且相邻地布置所述多个流体混合单元。
3.一种流体混合器，其包括布置在填充塔中的多个流体混合单元，所述多个流体混合单元均具有开口和混合部，其中，
沿与所述填充塔中的流体流动方向垂直的方向相邻地布置所述多个流体混合单元，以形成流体混合单元组，以及
沿所述填充塔中的所述流体流动方向布置多层所述流体混合单元组。
4.根据权利要求3所述的流体混合器，其特征在于，
对于各层，形成所述流体混合单元组的所述流体混合单元的数量相等。
5.根据权利要求3所述的流体混合器，其特征在于，
形成所述流体混合单元组的所述流体混合单元的数量在相邻层之间不同。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的流体混合器，其特征在于，
所述流体混合单元在筒状通路管中均具有至少一个螺旋叶片和至少一个流体通路。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的流体混合器，其特征在于，
所述多个流体混合单元具有相同的形状。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的流体混合器，其特征在于，
所述流体混合单元包括多孔体。
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