CN1032847C - 一种混合气体分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种将混合气体进行分离、特别是将空气中的氧氮进行分离的装置，其采用了波纹板技术。波纹板的本质特征是有一个由多个圆弧曲面相切连接成波纹状的光洁度较高的工作曲面。将两个波纹板的曲面以很近的距离平行固定，使两个波纹板的光洁度较高的工作曲面共同构成一个波纹状的分离狭缝。令混合气体以很高的速度进入这个分离狭缝并在其中不断做曲线运动，混合气体中分子质量不等的不同成分便会发生分离。
Description
本发明属于一种将混合气体进行分离的装置，特别是将空气中的氧氮进行分离的装置。
目前公知的以空气为原料进行氧氮分离的方法有多种，这些方法各有其不同的优缺点。电解法分离的氧气纯度较高，但耗电量大，产量低，经济效益差、低温分馏法是目前工业上主要制氧方法，该方法生产的氧气纯度很高，产量也比较大，但超低温生产，设备复杂、庞大，耗电量大。分子筛法分离的氧气纯度也比较高，但所用设备结构复杂，分子筛材料昂贵。分离膜法，所获氧气纯度较高，耗电量不大，但产量也不大，且设备造价昂贵。
除了以空气为原料进行氧氮分离的技术外，德国原子能研究中心的贝克尔等人自1967年起还曾采用喷嘴分离法对六氟化铀气体进行分离试验，以提纯铀235。1972年起该项分离工作进入工业试生产。有关文献见1971年在日内瓦召开的第四届联合国原子能和平利用国际会议的文件(The Separation Nozzle Process For Enrichment ofUranium 235.4th United Nation International Conference on thePeaceful Uses of Atomic Energy，Geneva，1971，A/Conf.49/P，papcr 383)等。喷嘴法的简要工作过程是：由六氟化铀气体与轻的辅助气体(如氦气或氢气)构成的混合气体在固定的曲壁中作快速弯曲流动时，其中的质量不等的同位素会因所受的离心力不同而在偏转流动的末端被分流片分成轻组份和重组份。用喷嘴法将含铀235 0.7％的天然铀浓缩至3％，需将500级喷嘴串联使用。因而，喷嘴分离法所需的设备比较庞大，耗能较高，浓缩度低，目前只局限于铀235的提纯。
在国民经济的很多领域里，很多工业设备并不需要以纯氧为辅助材料，如转炉炼钢时向炉内吹入含氧量为30％的富氧空气可大幅度增产。再如工业锅炉的吹风系统等，如果吹入锅炉内的空气为富氧空气，就能使燃烧更加充分；其结果可以降低能源消耗和污染。而上述诸混合气体分离方法，或因设备庞大，或因成本过高，或因分离效率过低而难以满足这些需要。
本发明的任务在于提出一种混合气体分离装置，其能在常温状态下，将混合气体中分子质量不等的不同成份、特别是将空气中的氧氮进行分离的装置，以提高空气中的氧或氮的含量，且结构简单、造价低廉。
为了解决上述任务，本发明采用的方案是将两片各有1个光洁度较高的波纹状曲面的波纹板以很近的距离平行固定，以使两片波纹板光洁度较高的工作曲面共同构成1个波纹状的狭缝。波纹状曲面的母线可以是直线，也可以是曲线。波纹板有一个宽区和一个窄区，窄区的头部装有一个进气嘴。窄区的两个侧端边抗压密封固定。宽区的两个侧端边为混合气体中重组份出口，前端口为轻组份出口，宽区的后端边是密封的。混合气体以很高的速度通过两波纹板工作曲面构成的狭缝时，混合气体在这个狭缝中不断做曲线运动，由于混合气体中分子质量不等的不同成分的离心力不同，由此导致它们的横向压力也不同，高速运动的混合气体中的重组份和轻组份便因此而分离。其中轻组份从混合气体前进方向上的出口流出；重组份从与混合气体前进方向成90°方向的侧端口流出。
由于上述解决方案中采用了由波纹板构成的波纹形狭缝这一技术，因而该装置可以用极其简便的装置将混合气体中分子质量不等的不同成分进行分离，特别是空气中的氧和氮进行分离。由于此装置结构简单，造价低廉，可以广泛用于工业生产之中。用本装置生产的富氧空气取代普通空气作为热机的助燃气体可以降低能源消耗和污染。
下面结合一种实施例对本发明作进一步详细说明。
图1，是本发明的实体示意图。
图2，是图1中I部剖面放大图。
如图1、图2所示，一个有波纹状曲面的波纹板(1)，它的波纹状曲面是由多个以半径为R的圆弧面与以半径为R′的圆弧面相互间隔、相切连接构成的。将两个波纹板(1)的曲面以很近的距离平行固定在一起，使其中一波纹板(1)的半径为R的圆弧与另一波纹板半径为R′的圆弧构成同心弧。这样在两个波纹板(1)光洁度较高的工作曲面之间构成一个成波纹状的狭缝(11)，此狭缝即为混合气体分离狭缝。曲面圆弧的弧度角取值范围为60°-150°，最佳范围为90°-130°；波纹板(1)工作曲面的光洁度应在∨9以上，最佳值为∨14以上。每一波纹板都有一个宽区(2)和一个窄区(3)，波纹板宽区(2)和波纹板窄区(3)之分是由分离狭缝(11)中气流通道的宽窄决定的，而不完全取决于波纹板外形的宽窄变化。波纹板窄区(3)的头部有一进气嘴(4)，此进气嘴为混合气体的入口。波纹板窄区(3)狭缝的两个侧端边(5，6)抗压密封固定。波纹板(1)的前端口(10)为混合气体中轻组份出口；波纹板宽区(2)的两个侧端口(8、9)为重组份出口；在两个侧端口(8、9)处还各装有一个集气腔(12、13)，集气腔与波纹板侧端口的结合部是密封的。波纹板宽区(2)的后端边(7)也是密封的。
令混合气体以很高的速度从混合气体入口(4)进入狭缝(11)，混合气体在狭缝(11)里做曲线运动的过程中，混合气体中分子质量不同的物质便发生分离：其中的轻组份从波纹板宽区(2)的前端口(10)流出，重组份从波纹板宽区(2)的两个侧端口(8，9)流出。
Claims (6)
1.一种用于将混合气体中分子质量不等的不同成分进行分离的混合气体分离装置，以高速混合气体为原料，其特征是由多个半径为R的圆弧曲面和半径为R′的圆弧曲面相互间隔、相切连接构成的波纹板(1)有1个宽区(2)和1个窄区(3)，两个波纹板(1)光洁度较高的工作曲面平行固定，使其中的一个波纹板的半径为R的曲面圆弧与另一波纹板半径为R′的曲面圆弧组成同心弧，并使两波纹板构成一个波纹状曲面狭缝(11)，波纹板窄区(3)端头的进气嘴(4)为高速运动的混合气体的入口，波纹板宽区(2)狭缝的前端口(10)为轻组份出口，波纹板宽区(2)狭缝的两个侧端口(8，9)为重组份出口。
2.根据权项1的装置，其特征是波纹板(1)的每一个圆弧的弧度均在60°-150°之间。
3.根据权项1的装置，其特征是波纹板(1)的工作曲面亦即构成狭缝(11)的工作曲面的光洁度应在∨9以上。
4.根据权项1的装置，其特征是波纹板窄区(3)和波纹板宽区(2)之分是由分离狭缝(11)中气流通道的宽窄决定的，而不完全取决于波纹板外形的宽窄变化。
5.根据权项1的装置，其特征是波纹板窄区(3)狭缝的两个侧端边(5，6)是抗压密封的，波纹板宽区(2)狭缝的后端边(7)是密封的。
6.根据权项1的装置，其特征是波纹状曲面的母线是直线。
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| CN 91105074 CN1032847C (zh) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 一种混合气体分离装置 |
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| CN1069204A CN1069204A (zh) | 1993-02-24 |
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1991
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