CN101537286A - 双向对流自激液幕的气液交换方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在倾斜的矩形管道内进行双向对流自激液幕的气液交换方法和装置。管道内的下部是自高处向低处流动的液体，液体的上方是与液体流动方向反方向流动的气体，两股流体流动方向相反，形成了双向对流的气液两相流；气流和液体在流动的过程中完成气相与液相之间的能量交换与物质交换。优点是：交换效率高；节省能源；整个设备体积小、结构简单、使用方便。

Description

双向对流自激液幕的气液交换方法和装置

技术领域

本发明涉及一种气相与液相之间进行能量交换与物质交换的方法和装置，具体说是涉及一种在倾斜的矩形管道内进行双向对流自激液幕的气液交换方法和装置。

背景技术

气液交换是工业生产的一项常用技术，用途广泛。常见的气相与液相之间进行物质交换有湿式除尘技术，其主要作用是将气体中携带的粉尘与气体分离，从而达到净化气体的目的；常见的气相与液相之间进行能量交换的设备有换热器等，主要作用是完成气相与液相之间的能量交换。气液交换技术种类繁多，如水膜除尘器、增湿器、化工塔器等；但传统气液交换技术普遍存在能耗大，体积大、结构复杂、效果差的缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种气相与液相之间进行能量交换与物质交换的方法和装置，具体地说是一种双向对流多级自激液幕的气液交换方法和装置。

本发明的技术方案是：一种双向对流自激液幕的气液交换装置，其特征是：包括一倾斜布置的气液交换管道，气液交换管道的低端连接进气管道，高端连接出气管道，气液交换管道内的下部为液相通道，液相通道内充有流动的液体；液相通道的上方为气流通道，在气流通道内安装有距离液面一定距离的至少一个挡气板。

一种双向对流自激液幕的气液交换方法，在上述倾斜布置的气液交换管道内进行，管道内的下部是自高处向低处流动的液体，液体的上方是与液体流动方向反方向流动的气体，两股流体流动方向相反，形成了双向对流的气液两相流；当气相流在气流通道内流动时，由于挡气板的阻气作用，在窄通道内形成快速气流，快速气流阻挡液相形成液坝；液相流在通过液坝时分为两路，一路在自重的作用下，克服快速气流的阻力，继续向下流动；另外一路在快速气流带动下脱离气液界面喷向挡气板上方的气流通道空间，激起液幕和大量液珠，液珠随气流一起前行一段距离后，液珠在自重的影响下与气流分离，落回气液界面，与向下流动的液流汇合，再次流向液坝，如此反复，形成液相循环；气流穿过液幕以及气流携带液珠前行的过程中，气体与液体充分接触，完成气相与液相之间的能量交换与物质交换。

本发明的有益效果是：

1、利用作相对运动的液体和气体进行能量交换，交换效率高。

2、由于气液交换管道倾斜布置，液体靠势能运动，节省了能源。

3、整个设备体积小、结构简单、使用方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的原理示意图；

图2是图1的横截面图；

图3是本发明的工作原理示意图；

图4是本发明一个实施例的原理及结构示意图；

图5是本发明圆形截面管的结构原理示意图；

图6是图5结构原理示意图的横截面图。

具体实施方式

如图1和图2所示，气液交换管道是矩形管道，上壁1、下壁4、侧壁5、侧壁6形成了一个高度为A、宽度为B的封闭的矩形管道，该矩形管道倾斜放置，与水平面的倾斜角度为α，倾斜角度α根据液相的速度进行调整。

在图1和图2所示的矩形管道内，始终保持稳定的气流和液流。气体2的流动方向如大箭头所示，自下而上流动，形成气相。液体3流动方向如小箭头所示，自在势能的作用下自上而下流动，形成液相，两股流体流动方向相反，形成了双向对流的气液两相流。气体和液体交汇处形成气液界面，界面上方为气相通道，气相通道的高度为H1，宽度为B，界面下方为液相通道，液相通道的高度为A-H1，宽度为B。在两相流过程中，气体和液体通过气液的界面完成气液之间的质量交换或能量交换，如果矩形管具有足够的长度，可以获得满意的气液交换效果。

如图3所示，为了提高气液交换效果，缩短矩形管道的长度，在矩形气相通道装有挡气板7、转轴8，转轴8带动挡气板7转动，可以调节挡气板7的底部与气液界面的距离H2，这样挡气板7及在气液界面形成了宽度为B、高度为H2的窄通道。

当气相在矩形气流通道流动时，由于挡气板7的阻气作用，在窄通道内形成快速气流，快速气流对液相具有阻挡作用，形成了高度为H3的液坝。液相在通过液坝时分为两路，一路在自重的作用下，克服快速气流的阻力，继续向下流动；另外一路在快速气流带动下脱离气液界面喷向挡气板7上方的气流通道空间，激起液幕和大量液珠，液珠随气流一起前行，一段距离后，液珠在自重的影响下与气流分离，落回气液界面，与向下流动的液流汇合，再次流向液坝，如此反复，形成液相循环。

在快速气流形成液坝、气流穿过液幕以及气流携带液珠前行的过程中，气体与液体充分接触，完成气相与液相之间的能量交换与物质交换。

液相循环进一步提高了气液交换效果。

调节挡气板7的底部与气液界面的距离H2，可以调节窄快速气流的速度，气流速度越高，液坝H3的高度越高，带起的循环液体量越大，喷出的距离越远，气相与液相的接触程度越高，能量交换与物质交换的效果越好，但气流速度不宜过快，气流过快能耗加大，而且可能使液体雾化，增加气液分离难度。

气流通道的风速一般不超过10米/秒，风速过高，气液分离效果差，气流会将液体带出。

矩形管道与水平面的倾斜角度α一般在3～15°左右。

图4是本发明一个实施例的原理及结构示意图。用于卷烟厂生产线高温废气处理的余热回收和净化处理。

卷烟厂生产线的许多设备存在大量的高温废气排放，这些高温废气往往含有大量水蒸汽，湿度高，且携带大量粉尘及可溶性污染物，通常的做法是将这些高温废气进行简单的除尘处理后排放大气，造成了大量的能源浪费和环境污染。

图4所示的实施例的余热回收和净化处理方法：在倾斜的矩形两相流管道内装有一次挡气板7、转轴8，在一次挡气板7的上方装有二次挡气板7-2和转轴8-2，形成了两级气液交换，液体介质采用常温水。

常温水自上而下沿矩形管道流动，形成液相，高温废气自下而上流动，形成气相。在管道中，高温废气首先通过一次挡气板7，在激起液坝、穿过液幕、携带液珠前行以及液相循环的过程中，气相与液相充分接触，固体污染物、可溶性污染物被液相吸附，热量从高温气体向低温液体传递，高温废气的温度逐步降低，常温水的温度逐步升高，水蒸汽逐步冷凝进入液相，同时释放热量，这样，完成气相与液相之间的能量交换与物质交换。

在完成一次气液交换后，气相继续前行，在二次挡气板7-2的作用下再次形成液坝，进行二次气液交换，而后沿管道前行，待气液分离后，气体排空。

经过两次气液交换后，高温废气得到充分净化，蒸汽得到冷凝，温度得到降低，高温废气变成接近常温的洁净的气体，避免了热能的浪费和环境污染。

而常温水经过两次气液交换后，吸附了污染物，获得了热能，温度升高，接近高温废气的进气温度，然后流入集水箱10，高温水经出水管12排出，进行热能回用，补水管11补入常温水。为了节约用水，部分高温水冷却后可以由循环水泵打回进水端，再次参与气液交换。

为进一步加强气液交换强度，在气液交换的的过程中还可以设置雾化喷头13，将一部分液体以喷雾的方式参与气液交换，在图4的实施例中，雾化喷头13设置在一、二级气液交换之间，二级气液交换过程同时承担了除雾功能。

一次挡气板7与二次挡气板7-2距离L一般不小于矩形管高度A的二倍。

在一些化工场合需要进行多级气液交换，如石油精馏，往往需要十数级或者更多，可在矩形管道内按照一定的间隔距离依次安装挡气板，每增加一个挡气板，就增加了一级气液交换，直到满足工艺要求。这样，在同一个气体管道内，实现了多级交换。

在图4所述的实施例中，针对高温气体净化及热能回收的目的，气液交换的液体介质选择了常温水，在工业生产过程中，针对不同的工艺目的，气液交换的液体介质可以选择能够满足该过程工艺要求的各种液体，如脱硫剂、油品、有机化合物等，在许多要求不高的场合，工业废水也可以用作液体介质。

在图4所述的实施例中，由于气体温度高于液体温度，该实施例完成了气-液能量交换，即热量从高温气体传递到低温液体中。如果液体温度高于气体温度，该实施例同样可以完成液-气能量交换，即热量从高温液体传递到低温气体中，如果以水为高温介质，在这种情况下可以完成对气体的加温、加湿处理。

如图5和图6所示，气液交换管道是圆形截面管道。在倾斜放置的圆形截面管内也可以形成本发明所述的气液两相流过程，增加挡气板7后，也可以强化气液交换效果，但在圆形管中形成的气液界面明显小于矩形管，气液交换效果也相应减弱。但圆形管的结构程度更好，更加适用于高压场合。

Claims (9)

1、一种双向对流自激液幕的气液交换装置，其特征是：包括一倾斜布置的气液交换管道，气液交换管道的低端连接进气管道，高端连接出气管道，气液交换管道内的下部为液相通道，液相通道内充有流动的液体；液相通道的上方为气流通道，在气流通道内安装有距离液面一定距离的至少一个挡气板。

2、根据权利要求1所述的双向对流自激液幕的气液交换装置，其特征是气液交换管道为矩形管道。

3、根据权利要求1所述的双向对流自激液幕的气液交换装置，其特征是挡气板安装在能够转动的转轴上并能随转轴转动调节与液面的距离。

4、根据权利要求1或3所述的双向对流自激液幕的气液交换装置，其特征是挡气板向气流前进的方向倾斜。

5、根据权利要求1所述的双向对流自激液幕的气液交换装置，其特征是在进气管道内还安装有喷头。

6、一种双向对流自激液幕的气液交换方法，其特征是在权利要求1所述的倾斜布置的气液交换管道内进行，管道内的下部是自高处向低处流动的液体，液体的上方是与液体流动方向反方向流动的气体，两股流体流动方向相反，形成了双向对流的气液两相流；当气相流在气流通道内流动时，由于挡气板的阻气作用，在窄通道内形成快速气流，快速气流阻挡液相形成液坝；液相流在通过液坝时分为两路，一路在自重的作用下，克服快速气流的阻力，继续向下流动；另外一路在快速气流带动下脱离气液界面喷向挡气板上方的气流通道空间，激起液幕和大量液珠，液珠随气流一起前行一段距离后，液珠在自重的影响下与气流分离，落回气液界面，与向下流动的液流汇合，再次流向液坝，如此反复，形成液相循环；气流穿过液幕以及气流携带液珠前行的过程中，气体与液体充分接触，完成气相与液相之间的能量交换与物质交换。

7、根据权利要求6所述的双向对流自激液幕的气液交换方法，其特征是气流通道的气流速度为3-10米/秒。

8、根据权利要求6所述的双向对流自激液幕的气液交换方法，其特征是矩形管道与水平面的倾斜角度根据液体的流速决定。

9、根据权利要求6所述的双向对流自激液幕的气液交换方法，其特征是矩形管道与水平面的倾斜角度为3°～15°。

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