CN103521102A

CN103521102A - 一种磁场强化气液传质的装置

Info

Publication number: CN103521102A
Application number: CN201310483586.7A
Authority: CN
Inventors: 张波; 吴春笃; 许小红; 孙鑫; 储金宇; 万由令
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-16
Also published as: CN103521102B

Abstract

本发明公开了一种磁场强化气液传质的装置。该装置包括回旋室、磁铁镶嵌部A、磁铁镶嵌部B、流体导入部、气体吸入孔和气液出口，所述回旋室为圆筒状，磁铁镶嵌部A和后磁铁镶嵌部B分别设于回旋室的两端使回旋室内形成密封容器。将气液混合流体由流体导入部沿回旋室的圆柱筒A的内壁切线方向进入反应装置，沿圆柱筒A内壁切线方向进入装置，混合流体沿圆柱筒A内壁旋转流动，再进入圆柱筒B和圆柱筒C所形成的夹层空间，最后进入圆柱筒C，由于三个圆柱筒内径依次减小，混合流体流速逐渐增大最终变为高速流，高速旋转后从气液出口喷出。本发明结构简单，体积较小，可以有效的产生微细气泡，提高传质效率，达到强化传质的目的。

Description

一种磁场强化气液传质的装置

技术领域

本发明涉及气液传质的装置领域，具体的讲一种磁场强化气液传质的装置。

背景技术

气液传质过程广泛应用于化工、轻工、医学、水处理及石油化工等行业，但是普遍存在传质效率较低、设备复杂等问题。

描述通过气液相界面物质传递的模型有多个，应用最多的就是双膜理论。该理论假定传质的所有阻力来源于两相界面附近的层流膜中。通过双膜理论可得出强化传质提高液相中气体的浓度，可以采取如下措施：（1）提高气体分压；（2）增大气体浓度；（3）降低液体温度；（4）增大气液接触面积。其中措施（1）和（2）主要从气体产生来源方面改进，措施（3）在实际应用中受到较大的限制。目前主要方向是增大气液接触装置来达到强化传质提高传质效率的目的。

增大气液接触面积可以通过减小气泡粒径来实现。直径为纳米级的气泡被称为微细气泡。微细气泡具有气泡粒径小、比表面积大、在水中上升速度慢等特性。目前，关于微细气泡的生成方法较多，如专利文献（US 7472893），该专利主要介绍了一种旋转式微细气泡发生装置。反应主体为圆柱筒状，两端分别设有气体导入口和气液混合出口，液体通过进液口进入圆筒状的反应主体中，进液口沿反应主体内壁切线方向引入液体。该装置体积较小，结构简单，可以有效的产生微细气泡。本发明继承上述专利的优点，增加磁场，强化气液传质。

发明内容

在此，本发明是以上述技术背景而做出的发明，本发明的目的在于提供一种磁场强化气液传质的装置。磁处理水技术是近几年新兴的水处理技术。研究发现经磁场处理以后，无论是自来水还是去离子水，表面张力均有下降；外加磁场能使水溶液中离子的极性增强，离子的水化程度增强，溶解度增加；磁场处理水对盐的溶解度有所增大，某些气体在磁场处理水中的溶解度也增大。

外加磁场作用于水溶液时，磁场会引起液体分子的内共振并诱发电偶极矩作用，使分子内部的键合发生变化或破裂，改变了分子构型，造成液体物理性质的变化，从而影响了溶液的表面张力，使得水的溶解能力有所增强，这对于强化吸收传质过程有着重要的意义。若在气液吸收装置中施加一定强度的磁场，理论上将会减小水溶液的表面张力，降低气体穿过气液界面的液相阻力，从而达到强化吸收传质的目的。因此，本发明将磁场添加到气液传质装置中，来促进气液的传质，提高传质效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明所涉及的一种磁场强化气液传质的装置该包括回旋室、磁铁镶嵌部A、磁铁镶嵌部B、流体导入部、气体吸入孔和气液出口，所述回旋室为圆筒状，磁铁镶嵌部A和后磁铁镶嵌部B分别设于回旋室的两端使回旋室内形成密封容器；流体导入部靠近磁铁镶嵌部A并与回旋室连接，沿回旋室内壁切线方向引入流体；磁铁镶嵌部A的中心轴处设有连通回旋室内外的气体吸入孔，磁铁镶嵌部B的中心轴处设有连通回旋室内外的气液出口。

回旋室由三个圆筒状的圆柱筒A、圆柱筒B和圆柱筒C组成，圆柱筒A、圆柱筒B和圆柱筒C的筒径依次减小，圆柱筒B和圆柱筒C的长度小于圆柱筒A的长度，圆柱筒B与磁铁镶嵌部A连接，圆柱筒C与磁铁镶嵌部B连接；圆柱筒A、圆柱筒B、圆柱筒C由导磁材料制成。

磁铁镶嵌部A和后磁铁镶嵌部B之间用4~6个螺栓固定，从而固定住整个发生装置。

磁铁镶嵌部A和后磁铁镶嵌部B为非导磁材料所制，如有机玻璃，中心有圆环形凹槽，用以镶嵌磁铁，再用耐腐蚀挡板11（如不锈钢）对其进行密封，隔绝磁铁与液体的直接接触。磁铁镶嵌部A和后磁铁镶嵌部B的镶嵌的磁环尺寸不同，后磁铁镶嵌部B镶嵌的磁环外径略大于圆柱筒A的外径，内径小于圆柱筒C的外径；磁铁镶嵌部A镶嵌的磁环外径介于圆柱筒圆柱筒A和圆柱筒B之间，内径介于圆柱筒B和圆柱筒C之间。

圆柱筒A、圆柱筒B和圆柱筒C均为导磁材料所制，分别受到磁铁镶嵌部A和后磁铁镶嵌部B镶嵌的磁环的导磁作用。由于磁铁镶嵌部A和后磁铁镶嵌部B中镶嵌的磁环是以磁极相对的位置摆放的，因此圆柱筒A、圆柱筒B和圆柱筒C相对的筒壁也为不同的磁性，筒壁之间形成磁场，流经的液混合流体会受到磁场的作用，促进微细气泡的产生。

根据上述结构，利用离心泵，将气液混合流体由流体导入部沿回旋室的圆柱筒A的内壁切线方向进入反应装置，沿圆柱筒A内壁切线方向进入装置，混合流体沿圆柱筒A内壁旋转流动，再进入圆柱筒B和圆柱筒C所形成的夹层空间，最后进入圆柱筒C，由于三个圆柱筒内径依次减小，混合流体流速逐渐增大最终变为高速流，高速旋转后从气液出口喷出。

变为高速流的混合流体由于气液比重的差异，气体被收集在中心轴处，形成负压轴。由于负压气液出口5的附近汇集了很多外部液体，装置内的混合流体也外部液体相互推压，聚集在负压轴处的气体通过外部液体与高速旋转的内部流体间的间隙，并被切割，变为微小气泡，最后与液体一起从气液出口喷射而出。

本发明可以有效的产生微细气泡，提高了传质效率，达到强化传质的目的。

附图说明

图1：一种磁场强化气液传质的装置的结构安装图。

图2：本发明的结构正视图。

图3：混合流体流路示意图。

图4：磁铁镶嵌部结构示意图。

图5：圆柱筒与磁铁镶嵌部的连接示意图。

图中：1：回旋室；2.1：磁铁镶嵌部A；2.2：磁铁镶嵌部B；3：流体导入部；4：气体吸入孔；5：气液出口；6：圆柱筒A；7：圆柱筒B；8：圆柱筒C；9：螺栓；10：螺栓孔；11：挡板；12：磁环；13：螺纹孔；14：螺栓；15：垫片。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例所述的一种磁场强化气液传质的装置，包括如下部分：回旋室1、磁铁镶嵌部和流体导入部3，流体导入部3与回旋室1连接。回旋室1由圆柱筒A6、圆柱筒B7和圆柱筒C8组成，靠近流体导入部的磁铁镶嵌部A2.1的中心轴处有一个通孔为气体吸入孔4，另一端的磁铁镶嵌部2.2中心轴处也存在一个通孔为气液出口5，流体由导入部3进入回旋室，高速旋转后，从气液出口5喷出。

使用时，空气和水经过离心泵，一起进入装置。由流体导入部3沿回旋室1的圆柱筒6的内壁切线方向进入反应装置，混合流体沿圆柱筒6内壁旋转流动，再依次进入圆柱筒7和8。由于圆柱筒A6、圆柱筒B7和圆柱筒C8内径依次减小，混合流体变为高速流。圆柱筒A6、圆柱筒B7和圆柱筒C8均为磁性材料所制，受到两端磁铁镶嵌部中磁环的导磁作用，呈现不同极性，流经的混合流体受到磁场的影响，促进了微细气泡的产生。高速旋转的混合流体，由于气液比重差异，外部气体通过气体吸入孔4被收集在圆柱筒8的中心轴处，形成负压轴，最终气液混合流体一起从气液出口喷出，气体被切割为微细气泡，混合流体流路见图3。

磁铁镶嵌部结构见图2，以磁铁镶嵌部A2.1为例，磁铁镶嵌部为非导磁材料所制，如有机玻璃，中心有圆环形凹槽，用以镶嵌磁铁，再用耐腐蚀挡板11（如不锈钢）对其进行密封，隔绝磁铁与液体的直接接触。磁铁镶嵌部A 2.1镶嵌的磁环外径介于圆柱筒A6、圆柱筒B7之间，内径介于圆柱筒B7和圆柱筒C8之间。

磁铁镶嵌部A2.1与圆柱筒B7的连接方式见图4，利用螺栓和垫片将两者连接，从而固定。

本实施案例中，采用小型离心泵，泵的压力为0.4MPa，吐出量为4L/min。

利用溶解氧测定仪测定氧气溶解率，水温为22℃时，30分钟后，溶解氧浓度达到了8.06mg/L，溶解速率较快，效率较高。

具体实施例：本实施例中，通入的气体为臭氧，其他与上述实施例1相同。采用碘量法测定溶解于水中的臭氧浓度，发现30min内，水中的臭氧浓度达到了8.3mg/L，相比于常规的鼓泡法，臭氧浓度得到了较大的提高。

利用该装置来处理某污水厂二级出水，发现在8min内，COD、色度去除较快，COD去除率达到了33.95%，色度去除率达到了76.40%。

磁场可以改变水的很多性质, 且磁场对·OH 反应的影响最明显。臭氧溶于水时会产生·OH，磁场的存在会加速·OH的形成，·OH 可以和水中大部分有机物以及部分无机物发生反应，因此，可以加快反应速率，加快臭氧对废水中污染物的氧化速率。

Claims

1.一种磁场强化气液传质的装置，其特征在于，包括回旋室（1）、磁铁镶嵌部A（2.1）、磁铁镶嵌部B（2.2）、流体导入部（3）、气体吸入孔（4）和气液出口（5），所述回旋室（1）为圆筒状，磁铁镶嵌部A（2.1）和后磁铁镶嵌部B（2.2）分别设于回旋室（1）的两端使回旋室（1）内形成密封容器；流体导入部（3）靠近磁铁镶嵌部A（2.1）并与回旋室（1）连接，沿回旋室（1）内壁切线方向引入流体；磁铁镶嵌部A（2.1）的中心轴处设有连通回旋室（1）内外的气体吸入孔（4），磁铁镶嵌部B（2.2）的中心轴处设有连通回旋室（1）内外的气液出口（5）。

2.根据权利要求1所述的一种磁场强化气液传质的装置，其特征在于，回旋室（1）由三个圆筒状的圆柱筒A（6）、圆柱筒B（7）和圆柱筒C（8）组成，圆柱筒A（6）、圆柱筒B（7）和圆柱筒C（8）的筒径依次减小，圆柱筒B（7）和圆柱筒C（8）的长度小于圆柱筒A（6）的长度，圆柱筒B（7）与磁铁镶嵌部A（2.1）连接，圆柱筒C（8）与磁铁镶嵌部B（2.2）连接；圆柱筒A（6）、圆柱筒B（7）、圆柱筒C（8）由导磁材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种磁场强化气液传质的装置，其特征在于，磁铁镶嵌部A（2.1）和磁铁镶嵌部B（2.2）中心设有有圆环形凹槽，凹槽内镶嵌磁环，用耐腐蚀挡板（11）对凹槽进行密封；且磁铁镶嵌部A（2.1）和磁铁镶嵌部B（2.2）中镶嵌的磁环以磁极相对的位置摆放。

4.根据权利要求3所述的一种磁场强化气液传质的装置，其特征在于，磁铁镶嵌部A（2.1）和磁铁镶嵌部B（2.2）的镶嵌的磁环尺寸不同，磁铁镶嵌部B（2.2）镶嵌的磁环外径大于圆柱筒A（6）的外径，内径小于圆柱筒C（8）的外径；磁铁镶嵌部A（2.1）镶嵌的磁环外径介于圆柱筒A（6）和圆柱筒B（7）之间，内径介于圆柱筒B（7）和圆柱筒C（8）之间。

5.根据权利要求3或4所述的一种磁场强化气液传质的装置，其特征在于，所述磁铁镶嵌部A（2.1）和磁铁镶嵌部B（2.2）为非导磁材料制成。