CN104771937A

CN104771937A - 气液分离装置及其应用、液态熔盐中微气泡的分离方法

Info

Publication number: CN104771937A
Application number: CN201410395364.4A
Authority: CN
Inventors: 李华; 刘卫; 吴胜伟; 钱渊; 黄豫; 张宁; 王广华; 王玲
Original assignee: Shanghai Institute of Applied Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Applied Physics of CAS
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2015-07-15

Abstract

本发明公开了一种气液分离装置及其应用、液态熔盐中微气泡的分离方法。该气液分离装置包括一等径直筒体，该等径直筒体上设有一入口和一出口，在该等径直筒体的一侧筒壁上沿入口至出口的方向依次开设有一第一出气管和一第二出气管，第一出气管和第二出气管垂直设置于等径直筒体上，第一出气管的底端、第二出气管的底端与等径直筒体的中心线垂直相交；所述第一出气管的底端还与一旋转叶轮连接，所述第二出气管的底端还与一恢复叶轮连接。本发明提供的气液分离装置可以直接应用于流体输送管道中，占用空间小，压降小，结构简单，无需维护，可以对气体体积百分含量在5％以下的气液混合物进行有效的分离。

Description

气液分离装置及其应用、液态熔盐中微气泡的分离方法

技术领域

本发明涉及一种气液分离装置及其应用、液态熔盐中微气泡的分离方法。

背景技术

气液分离方法在众多领域都有着广泛的应用，例如压缩空气的油水分离、制冷领域的油气分离、石油开采过程中的油气分离等都需要用到各种类型的分离器。在石油和化工生产过程中许多领域需要对气液混合介质进行分离，以完成产品的净化或满足工艺流程的技术要求。以石油工业为例，为了实现准确计量，必须对油、气、水三相介质做分离处理，再如，为了防止普通增压泵产生气蚀现象，保证其工作安全有效，也应降低泵入口处的气体介质含量。气液分离器是利用气体和液体的密度不同，通过重力分离、离心分离，惯性分离和过滤分离等方法实现两相间的完全分离，主要结构形式是自然沉降罐、折流挡板、旋流分离构件和过滤器等。气液分离的原理虽然都十分相近，但是由于气液混合液的组成不同，如：气流中含有的少量液滴的分离，液流中含有的少量气泡的分离、气体和液体体积相当的混合液的完全分离，其结构也有很大差别，所以各种分离器并不能相通使用。常规气液分离器一般采用重力沉降罐的结构形式，具有结构简单的特点，但设备体积庞大，占地面积大，处理时间长。如果采用离心式分离器，一方面提高效率，另外也可缩短处理时间，实现实时处理。

核能已日益成为当今世界的主要能源，在所有能源中所占的比例越来越大。但在利用核能的同时，也伴随产生了大量的放射性物质，会严重危害人类的生存。在液态核反应堆冷却剂中含有大量的氪、氙和氚等放射性气体，氪、氙很容易引起反应堆的中毒，同时氚非常容易通过器壁渗透而扩散到环境中。在重水反应堆中也会产生大量的放射性氚，大部分放射性气体溶解在重水中，随冷却剂在回路中循环流动。为了保护环境，防止这些放射性气体的无序扩散，需要将溶解在冷却剂中的气体及时提取出来，进行统一的无害化处理。向冷却剂中注入一定量的清洗气体，让气体与冷却剂充分接触，放射性气体由冷却剂向清洗气体中扩散，然后使用气液分离器将这些携带有大量的放射性气体提取出来，进入尾气处理系统。清洗气体的气泡数量多，直径很小，分散悬浮在冷却剂中，不容易发生聚集，使用普通的分离方法很难将其快速的完全分离出来。

目前，报道较多的气液分离方法多是针对气体中含有的小液滴进行分离，或者是对液体中含有的大量气体进行分离，这些分离方法也不适用于针对液体中含有的微量气体进行分离，类似的研究也较少。核工业由于行业的特殊性，要求所用设备结构简单，性能稳定，基本不需要日常维护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服液体中存在的大量微气泡难以用现有的分离方法分离的缺陷，而提供了一种气液分离装置及其应用、液态熔盐中微气泡的分离方法。本发明所提供的气液分离装置结构简单，能快速聚集液相中的微气泡，分离效率高，装置体积小，压降小，对管道中流体的流场分布影响小。

本发明提供了一种气液分离装置；所述的气液分离装置包括一等径直筒体，所述等径直筒体上设有一入口和一出口，在所述等径直筒体的一侧筒壁上沿所述入口至所述出口的方向依次开设有一第一出气管和一第二出气管，所述第一出气管和所述第二出气管垂直设置于所述等径直筒体上，所述第一出气管的底端、所述第二出气管的底端与所述等径直筒体的中心线垂直相交；所述第一出气管的底端还与一旋转叶轮连接，所述第二出气管的底端还与一恢复叶轮连接；

所述旋转叶轮包括一第一导流管和一组以所述第一导流管为轴固定设置的旋转叶片；所述第一导流管具有一第一开放端和一第一封闭端，所述第一封闭端的横截面积小于所述第一开放端的横截面积；所述旋转叶片位于近所述第一开放端的一侧，所述第一开放端的中心线上开设有一第一孔道，所述第一孔道的开口方向与所述出口的方向相同，所述第一孔道的末端与所述第一出气管的底端垂直连接；

所述恢复叶轮包括一第二导流管和一组以所述第二导流管为轴固定设置的恢复叶片，所述第二导流管具有一第二开放端和第二封闭端，所述第二封闭端的横截面积小于所述第二开放端的横截面积；所述恢复叶片位于近所述第二开放端的一侧，所述第二开放端的中心线上开设有一具有圆锥形开口的第二孔道，所述第二孔道的开口方向与所述入口的方向相同，所述第二孔道的末端与所述第二出气管的底端垂直连接；

所述旋转叶片的直径、所述恢复叶片的直径小于或等于所述等径直筒体的内径；所述旋转叶片与所述恢复叶片的偏转方向相反；所述旋转叶片与所述恢复叶片之间的距离为所述等径直筒体的内径的10～30倍。

本发明中，所述第一孔道的长度较佳地为所述等径直筒体的内径的2～4倍；所述第一孔道的内径较佳地为所述等径直筒体的内径的1/15～1/5倍。

本发明中，所述第一出气管的内径较佳地为所述等径直筒体的内径的1/15～1/5倍；所述第二出气管的内径较佳地为所述等径直筒体的内径的1/15～1/5倍。

本发明中，所述第一导流管的长度较佳地为所述等径直筒体的内径的2.5～5倍；所述第二导流管的长度较佳地为所述等径直筒体的内径的2.5～5倍。

本发明中，所述旋转叶片与所述第一开放端的距离较佳地为所述等径直筒体的内径的1/5～1/2倍；所述恢复叶片与所述第二开放端的距离较佳地为所述等径直筒体的内径的1/5～1/2倍。

本发明中，所述的第一出气管与所述第二出气管贯穿所述等径直筒体的一侧筒壁的方式较佳地为在所述等径直筒体的一侧筒壁上开孔，再将所述第一出气管和所述第二出气管垂直插设于孔内。

本发明中，所述第一孔道的末端与所述第一出气管的底端较佳地通过螺纹垂直连接，以与所述第一出气管相连通；所述第二孔道的末端与所述第二出气管的底端较佳地通过螺纹垂直连接，以与所述第二出气管相连通。

本发明中，所述第一封闭端的横截面积小于所述第一开放端的横截面积通过控制所述第一封闭端的截面形状来实现，较佳地将所述第一封闭端的形状设置为圆锥形或阶梯形柱体。所述第二封闭端的横截面积小于所述第二开放端的横截面积通过控制所述第二封闭端的截面形状来实现，较佳地将所述第二封闭端的形状设置为圆锥形或阶梯形柱体。

本发明中，通过改变所述旋转叶片和所述恢复叶片的倾斜角度可以控制气液混合物的向心力的大小，能够对气液分离装置的分离效率和处理能力进行有效的调节。

本发明中，所述的旋转叶片和所述的恢复叶片的叶片数量分别较佳地为3～10片；所述的旋转叶片和所述的恢复叶片的偏转角度的绝对值分别较佳地为20°～50°；所述的旋转叶片和所述的恢复叶片的安装宽度分别较佳地为所述等径直筒体的内径的0.5～2倍；所述的旋转叶片和所述的恢复叶片的叶片厚度分别较佳地为1～5mm。

本发明还提供上述气液分离装置在分离液态熔盐中的微气泡上的应用。

其中，所述液态熔盐中微气泡的含量较佳地为0.1％～20％，更佳地为0.1％～5％，所述的百分比为体积百分比；所述的微气泡的直径较佳地为0.1mm～10mm。

本发明还提供了一种液态熔盐中微气泡的分离方法，所述的分离方法采用上述气液分离装置进行，所述的等径直筒体的入口和出口分别与液态熔盐的输送管道相连接；液态熔盐从所述入口进入，并经过所述气液分离装置后，液态熔盐中含有的微气泡聚集成气柱，由所述第一出气管或所述第二出气管排出，液态熔盐从所述出口平行流出。

本发明中，较佳地，所述等径直筒体的内径、外径分别与所述液态熔盐的输送管道的内径、外径相同。

本发明中，较佳地，所述等径直筒体的管材与所述液态熔盐的输送管道的管材可以根据输送液体的物理性质选择相同管材，较佳地为304不锈钢、316L、Inconel系列合金材料或Hastelloy系列合金材料。

本发明中，较佳地，所述第一出气管和第二出气管还与一尾气处理系统连接，用于排出分离的气体。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的气液分离装置可以直接应用于管道中，占用空间小，压降小，结构简单，无需维护，可以对气体体积百分含量在5％以下的气液混合物进行有效的分离。

附图说明

图1为本发明的实施例1的气液分离装置的纵剖面结构示意图。

图2为图1中的气液分离装置沿A-A面的剖视图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供的气液分离装置包括一等径直筒体1，等径直筒体1上设有一入口2和一出口3，在等径直筒体1的一侧筒壁上沿入口2至出口3的方向依次开设有一第一出气管4和一第二出气管5，第一出气管4和第二出气管5垂直设置于等径直筒体1上，第一出气管4的底端、第二出气管5的底端与等径直筒体1的中心线垂直相交；第一出气管4的底端与一旋转叶轮连接，第二出气管5的底端与一恢复叶轮连接。

旋转叶轮包括一第一导流管6和一组以第一导流管6为轴固定设置的旋转叶片7；第一导流管6具有一第一开放端8和一第一封闭端9，第一封闭端9的横截面积小于第一开放端8的横截面积；旋转叶片7位于近第一开放端8的一侧，第一开放端8的中心线上开设有一第一孔道10，第一孔道10的开口方向与出口3的方向相同，第一孔道10的末端与第一出气管4的底端垂直连接。

恢复叶轮包括一第二导流管11和一组以第二导流管11为轴固定设置的恢复叶片12，第二导流管11具有一第二开放端13和第二封闭端14，第二封闭端14的横截面积小于第二开放端13的横截面积；恢复叶片12位于近第二开放端13的一侧，第二开放端13的中心线上开设有一具有圆锥形开口的第二孔道15，第二孔道15的开口方向与入口2的方向相同，第二孔道15的末端与第二出气管11的底端垂直连接。

旋转叶片7的直径、恢复叶片12的直径小于或等于等径直筒体1的内径；旋转叶片7与恢复叶片12的偏转方向相反。

其中，第一孔道10的长度为等径直筒体1的内径的3倍；第一孔道10的内径为等径直筒体1的内径的1/10倍。第一出气管4的内径为等径直筒体1的内径的1/10倍；第二出气管5的内径为等径直筒体1的内径的1/10倍。第一导流管6的长度为等径直筒体1的内径的4倍；第二导流管11的长度为等径直筒体1的内径的4倍。旋转叶片7与第一开放端8的距离为等径直筒体1的内径的1/3倍；恢复叶片12与第二开放端13的距离为等径直筒体1的内径的1/3倍。

其中，第一出气管4与第二出气管5贯穿等径直筒体1的一侧筒壁的方式为在等径直筒体1的一侧筒壁上开孔，再将第一出气管4和第二出气管5垂直插设于孔内。第一孔道10的末端与第一出气管4的底端通过螺纹垂直连接，以与第一出气管4相连通；第二孔道15的末端与第二出气管5的底端通过螺纹垂直连接，以与第二出气管5相连通。第一封闭端9和第二封闭端14的形状设置为圆锥形。旋转叶片7和恢复叶片12的叶片厚度为3mm。

将本实施例提供的气液分离装置应用于分离液态熔盐中的微气泡时，等径直筒体1的入口2和出口3分别与液态熔盐的输送管道相连接；液态熔盐从入口2进入，并经过气液分离装置后，液态熔盐中含有的微气泡聚集成稳定气柱，由第一出气管4或第二出气管5排出，液态熔盐从出口3平行流出。其中，等径直筒体1的内径、外径分别与液态熔盐的输送管道的内径、外径相同。而且，等径直筒体1的管材与液态熔盐的输送管道的管材相同，均为304不锈钢材料。

实施例2

本实施例采用实施例1提供的气液分离装置来分离液态熔盐中的微气泡。气液分离装置的具体参数如下：等径直筒体1的内径为50mm，旋转叶片7和恢复叶片12的直径均为49mm，偏转角度均为45°，叶片数量均为3片，第一孔道10和第二孔道15的等径段的直径为5mm，第一出气管4和第二出气管5的内径为5mm；旋转叶片7与恢复叶片12之间的距离为等径直筒体1的内径的16倍，即为800mm。

将该气液分离装置连接到熔盐管道中，当液态熔盐的流量在20m³/h时，气液分离装置的中心能够形成稳定的气柱，可以将液态熔盐中含有的体积百分含量为1％的气体分离出来，气液分离装置的压降为0.025MPa，分离效率大于99％。

实施例3

本实施例所用的气液分离装置的结构和参数同实施例2，不同之处在于：旋转叶片7和恢复叶片12的偏转角度均为35°，叶片数量均为5片。

将本实施例提供的气液分离装置应用于分离液态熔盐中的微气泡时，当液态熔盐的流量在20m³/h时，该气液分离装置可以将液态熔盐中含有的体积百分含量小于0.1～2％的气体分离出来，气液分离装置的压降为0.031MPa，分离效率大于99％。

实施例4

本实施例所用的气液分离装置的结构和参数同实施例2，不同之处在于：旋转叶片7和恢复叶片12的偏转角度均为30°，叶片数量均为6片。

将本实施例提供的气液分离装置应用于分离液态熔盐中的微气泡时，当液态熔盐的流量在20m³/h时，该气液分离装置可以将液态熔盐中含有的体积百分含量小于0.1～10％的气体分离出来，气液分离装置的压降为0.011～0.025MPa，分离效率大于99％。

实施例5

本实施例所用的气液分离装置的结构和参数同实施例2，不同之处在于：旋转叶片7和恢复叶片12的偏转角度均为35°，叶片数量均为8片。

将本实施例提供的气液分离装置应用于分离液态熔盐中的微气泡时，当液态熔盐的流量在20m³/h时，该气液分离装置可以将液态熔盐中含有的体积百分含量小于0.5～20％的气体分离出来，气液分离装置的压降为0.045MPa，分离效率大于99％。

Claims

1.一种气液分离装置，其特征在于，所述的气液分离装置包括一等径直筒体，所述等径直筒体上设有一入口和一出口，在所述等径直筒体的一侧筒壁上沿所述入口至所述出口的方向依次开设有一第一出气管和一第二出气管，所述第一出气管和所述第二出气管垂直设置于所述等径直筒体上，所述第一出气管与所述第二出气管的底端与所述等径直筒体的中心线垂直相交；所述第一出气管的底端还与一旋转叶轮连接，所述第二出气管的底端还与一恢复叶轮连接；

2.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述第一孔道的长度为所述等径直筒体的内径的2～4倍；和/或，所述第一孔道的内径为所述等径直筒体的内径的1/15～1/5倍；和/或，所述第一出气管的内径为所述等径直筒体的内径的1/15～1/5倍；和/或，所述第二出气管的内径为所述等径直筒体的内径的1/15～1/5倍。

3.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述第一导流管的长度为所述等径直筒体的内径的2.5～5倍；和/或，所述第二导流管的长度为所述等径直筒体的内径的2.5～5倍；和/或，所述旋转叶片与所述第一开放端的距离为所述等径直筒体的内径的1/5～1/2倍；和/或，所述恢复叶片与所述第二开放端的距离为所述等径直筒体的内径的1/5～1/2倍。

4.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述的第一出气管与所述第二出气管贯穿所述等径直筒体的一侧筒壁的方式为在所述等径直筒体的一侧筒壁上开孔，再将所述第一出气管和所述第二出气管垂直插设于孔内；和/或，所述第一孔道的末端与所述第一出气管的底端通过螺纹垂直连接；和/或，所述第二孔道的末端与所述第二出气管的底端通过螺纹垂直连接；和/或，所述第一封闭端和第二封闭端的形状为圆锥形或阶梯形柱体。

5.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述的旋转叶片和所述的恢复叶片的叶片数量分别为3～10片；和/或，所述的旋转叶片和所述的恢复叶片的偏转角度的绝对值分别为20°～50°；和/或，所述的旋转叶片和所述的恢复叶片的安装宽度分别为所述等径直筒体的内径的0.5～2倍；和/或，所述的旋转叶片和所述的恢复叶片的叶片厚度分别为1～5mm。

6.如权利要求1～5任一项所述的气液分离装置在分离液态熔盐中的微气泡上的应用。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述液态熔盐中微气泡的含量为0.1％～20％，所述的百分比为体积百分比；所述的微气泡的直径为0.1mm～10mm。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述液态熔盐中微气泡的含量为0.1％～5％，所述的百分比为体积百分比。

9.一种液态熔盐中微气泡的分离方法，其特征在于，所述的分离方法采用如权利要求1～5任一项所述的气液分离装置进行，所述的等径直筒体的入口和出口分别与液态熔盐的输送管道相连接；液态熔盐从所述入口进入，并经过所述气液分离装置后，液态熔盐中含有的微气泡聚集成气柱，由所述第一出气管或所述第二出气管排出，液态熔盐从所述出口平行流出。

10.如权利要求9所述的分离方法，其特征在于，所述等径直筒体的内径、外径分别与所述液态熔盐的输送管道的内径、外径相同；所述第一出气管和第二出气管还与一尾气处理系统连接，用于排出分离的气体。