CN105828914B - 用于收集、沉积和分离流体流的化学化合物的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种适用于在流体流中收集、沉积并分离化合物并适于插入到封闭容积中的系统，其特征在于所述系统包括:具有多个窗口(Si)的层的堆叠体(21，…2n；41，…4n),所述窗口允许所述流体流穿过，相邻的层形成0<α<90°的角度，所述角度是可变且受控的，相邻的层之间的距离是可变且受控的，以便在系统内部控制流体流的流动速度；在所述层之间的多个扩张孔(31，…3m；51，…5m)，所述扩张孔适于在封闭容积内部喷射液体化学溶液，以便在层的表面上和在封闭容积的侧壁上形成液体化学溶液的薄膜；用于在所述堆叠体的上游产生要被混合在所述流体流中的化学溶液液滴的系统；化学化合物的颗粒，所述化学化合物的颗粒通过利用液滴碰撞并通过在薄膜上扩散来收集，并且所述颗粒相对于所述化学溶液反向流动。

Description

用于收集、沉积和分离流体流的化学化合物的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于收集、沉积和分离流体流的化学化合物的方法和系统，通过在固体大表面中浓缩化学化合物并且通过分离和积聚化学化合物而在流体流中分离化学化合物。
背景技术
已知的是，基于在污染物和液滴之间的碰撞效应的不同种类的分离器系统、特别是液体气体接触装置主要用于洗涤系统中。
然而，这些已知的系统限于仅在要被分离和积聚的具体种类的化学化合物的特别情况下使用，并且没有针对在不同且变化的情况和表面中的普遍的使用进行优化。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提出能够解决以上所描述的问题的用于沉积和分离存在于穿过浓缩和分离系统的流体流中的化合物的方法和系统。
本发明的基本思想是基于改变流体流的流动速度形成用于浓缩存在于流体流中的化合物并且用于从浓缩表面分离已浓缩的材料的系统和方法。
本发明的特别的目的在于一种用于在流体流中收集、沉积和分离化学化合物的方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
在封闭容积中提供具有多个窗口的层的堆叠体，所述窗口允许流体流穿过，相邻的层形成0≤α<90°的角度，该角度是可变且受控的，在相邻的层之间的距离是可变且受控的，以便控制流体流的流动速度；
在所述封闭容积中在所述层之间提供扩张孔，该扩张孔适于在封闭容积内部喷射液体化学溶液，并适于在所述层的表面上和在封闭容积的侧壁上形成液体化学溶液薄膜；
在所述堆叠体的上游生成要被混合在流体流中的化学溶液液滴；
通过与液滴碰撞并通过在薄膜上扩散来收集化学化合物的颗粒，所述颗粒相对于化学溶液反向流动。
本发明的另外的目的是提供一种适于在流体流中收集、沉积和分离化学化合物、也适于插入到封闭容积中的系统，其特征在于该系统包括:
具有多个窗口的层的堆叠体，所述窗口允许流体流穿过，相邻的层形成0≤α<90°的角度，该角度是可变且受控的，在相邻的层之间的距离是可变且受控的，以便在该系统内部控制流体流的流动速度；
在所述层之间的多个扩张孔，所述多个扩张孔适于在封闭容积内部喷射液体化学溶液，以便在所述层的表面上和在封闭容积的侧壁上形成液体化学溶液薄膜；
用于在堆叠体的上游生成要被混合在所述流体流中的化学溶液液滴的系统；
化学化合物的颗粒，所述颗粒通过与液滴碰撞并且通过在薄膜上扩散来收集，所述颗粒相对于所述化学溶液反向流动。
正如在形成本发明说明书的整体的一部分的所附的权利要求中所描述的，这些和其它目的通过基于改变流体流的流动速度而适于浓缩存在于流体流中的化合物且适于从浓缩表面分离已浓缩的材料的方法和系统获得。
附图说明
根据通过仅举例的且非限制性的示例所给定的以下详细描述，参考附图来阅读，本发明将变得完全清楚。
图1示出了层的几何形状的实施例的示例；
图2示出了通过沉积堆叠体的液体化学溶液流体流动的实施例的示例；
图3示出了通过沉积堆叠体的还用于清洗沉积堆叠体表面的反向流动的液体化学溶液流的实施例的示例；
图4示出了具有液体化学溶液流体流动的另一沉积堆叠体的几何形状的实施例的示例；
图5示出了各向同性的液体化学溶液的流动速度函数的实施例的示例；以及
图6示出了用于在层的上游形成液滴流动的系统的实施例的示例。
在图中，相同的附图标记编号和字母指示相同或功能上等同的零件。
具体实施方式
以下，描述了本发明的方法和系统的一些非限制示例性的实施例。
本发明的系统基于改变流体流的流动速度而适于浓缩存在于流体流中的化合物并适于从浓缩表面分离已浓缩的材料，并且主要包括以下所描述的部件。
该系统插入到封闭容积中，该封闭容积称之为“沉积堆叠体”，该沉积堆叠体具有给定的形状，例如圆柱形形状，或者平行六面体形状，或者自定义的非标准形状。
沉积堆叠体具有至少允许流体流进入到容积中的表面区域和至少允许流体流从容积排出的表面区域。
沉积堆叠体内部具有从入口表面区域注射水或者一般液体化学溶液并释放该液体的液压系统。
沉积堆叠体内部具有允许流体流和液体从所述层上所存在的窗口穿过的层的堆叠体。
液压系统具有扩张孔，例如喷雾器和/或喷嘴和/或龙头，扩张孔存在于所述层之间(内部)，并且优选地也存在于封闭容积的侧壁上，所述扩张孔适于在沉积堆叠体内部、甚至在所述层之间喷射水和/或液体化学溶液。
层的堆叠体的特征优选地在于一个或更多个以下特征：
层的表面可以是平面(在图2、3中的表面21，…2n)或者非平面(在图4中的表面41，…4n)……；
在堆叠体中，相邻的层之间的距离是可变且可控的；
在堆叠体中，相邻的层形成例如0≤α<90°的角度α；正如下所解释的，该角度根据要被分离的颗粒(例如污染物颗粒)的统计成分来确定并能够变化，具体地，对于要被扩散的更高比例的颗粒(即大工业设备中的无机物质，PM1)而言朝着更大角度，对于要被碰撞的更高比例的颗粒而言朝着更小角度。
层通过合适的支撑件悬置到沉积堆叠体，所述支撑件配置成使得被控制用于设定相邻的层之间的角度。在可能的实施例中，支撑件可为以下所描述的杆。
窗口Si(图1)的特征优选地在于一个或更多个以下特征：
窗口限定了彼此完全不同的几何形状，例如满足等周不等式的从圆形到三角形的几何形状；
窗口被网覆盖，网具有小于5mm的网眼；
每一个表面(层)包含至少一个窗口；
每一个表面(层)可具有不同几何形状的窗口；
在单个层中的窗口的配置可以是不规则的，甚至不能在同一堆叠体配置的另一层中复制；在相继的层中，窗口的位置可以不同。
液压系统的特征优选地在于一个或更多个以下特征：
扩张孔(喷雾器和/或喷嘴和/或龙头)存在于所述层之间(内部)，并且优选地也存在于封闭容积的侧壁上。例如在图2、3和4中，喷雾器和/或喷嘴和/或龙头在大体上纵向地插入到容积中的且穿过所述层的多个杆(31,…3m；51,…5m)上获得。借助于喷雾器和/或喷嘴和/或龙头，水或液体化学溶液在容积内部在所述层之间喷射，大体上用于清洗所述层的表面并优选清洗容积的侧壁以及在反向流动中排走要被收集的颗粒。扩张孔的形式根据要被喷射的流体的种类确定，使得在层的整个表面上、甚至在容积的侧壁上喷射尽可能多的溶液。在封闭容积中的堆叠体的层的可调节的斜度具有提高排出效应的优点。
在该系统中存在两个相反的流动方向：水或者液体化学溶液(图3)的反向流动和具有要被收集的颗粒的液滴和气体的流体的向前流动，从而获得化学溶液和主流动的湿式混合物并且形成沉积在层的表面上和沉积在容积的侧壁上湿润的薄膜。要被分离的颗粒均由作为碰撞的沉淀物的液滴和沉积在层的表面上的薄膜收集，并且所述要被分离的颗粒沿着反向方向流动。
通过任何适合的装置在沉积堆叠体的上游的区域中相对于主流动方向形成液滴的向前流体。
在以同一申请人的名义于2012年11月6日申请的意大利专利申请No.MI2012A001893中描述了用于形成液滴流动的装置的非限制性示例，该专利申请因此通过引用而整体结合于此。
参考图6(之前所引用专利申请的图2)，示出了封闭的液体溶液泵送系统，该封闭的液体溶液泵送系统能够在封闭容积内部泵送液体溶液，以便从容积内部的集管109流出形成液滴。
具有喷雾器211的多个管分布在集管上，以喷射液体并形成与包含将要滴落的颗粒的气体混合的液滴，并在沉积堆叠体的层的上游形成以给定的进入速度穿过沉积堆叠体的层的流体。
在沉积堆叠体的层的内部生成湍流，所有颗粒都被收集，所有液滴都掉落在容积的内部表面上，并且在沉积堆叠体的下游，净化了颗粒的气体根据产品的具体框架最终以给定的湿度比例或者以没有湿度而流走。
优选地，被泵送的用于形成液滴的化学溶液与通过以上所描述的扩张孔喷射的化学溶液种类相同。
该系统适于控制颗粒和液滴的相对速度:通过改变在所述层之间的距离控制最小流动速度，即距离越远，流动速度越小；通过改变在层上的窗口的尺度和位置控制最大流动速度，即窗口尺度越小，最大流动速度越大。
因此，通过控制层之间的距离和角度以及以下更详细地描述的扩散工艺的数量，能够获得基于将要处理的颗粒种类来调整的、也在时间上的变化的函数。
根据本发明的所描述的方面，根据在沉积堆叠体的几何形状参数而不是流动化学成分获得适应性。流动化学成分根据要被处理的颗粒的具体种类大体上是本身已知的催化物质的水溶液。
要被处理的颗粒例如是污染物的颗粒(即PM1…PM10、SOx、NOx、臭氧、碳氢化合物、甲烷、苯等…)以及由法律规定的污染物。在其它情况下，例如用于工业流动流体或气体的转化处理。
系统可借助惰性材料、例如聚合物或者不锈钢实现，以不妨碍将要获得的工艺。
本发明的方法基于改变流体流的流动速度而适于浓缩存在于流体流中的化合物并且适于从浓缩表面分离已浓缩的材料，并且主要地包括如下所描述的步骤。
本发明的沉积堆叠体适于收集均存在于沉积堆叠体中和存在于沉积堆叠体表面中的液体溶液液滴中的颗粒(例如污染物颗粒)。液体溶液液滴的尺寸非常小，即液滴的尺寸小于10μm，能够流到沉积堆叠体中。这些液体溶液液滴完全地湿润沉积堆叠体的整个自由表面。此外，在沉积堆叠体内部具有若干液体溶液注射器，该若干液体溶液注射器确保整个表面湿润并清洗整个表面。
颗粒主要通过以下详细描述的碰撞效应和扩散效应来收集。
更具体地，就碰撞效应而言，颗粒(特别是污染物颗粒)在沉积堆叠体中将遵循流体流动流的流线。然而，当液体液滴被引入到流中时，由于这些流线围绕液体化学溶液液滴偏离，颗粒不能一直遵循这些流线。由于颗粒的质量，它们脱离流线并且碰撞液滴。
当颗粒的直径增大时且当颗粒和液滴之间的相对速度增大时，碰撞效应也增加。
当颗粒变得更大时，它们不太可能遵循围绕液滴的流体流动流线。而且，当颗粒相对于液体液滴移动地更快时，颗粒将击中液滴的机会更大。碰撞在沉积堆叠体中、特别对于流动速度大于0.3m/s的流体流动而言是非常有效的收集机制。
在该流动速度的范围内，更大直径(即直径大于1.0μm)的颗粒被收集。碰撞也增加了液体溶液液滴的密度的增加。同样地，对于在液滴上的碰撞效应而言，在沉积堆叠体的整个表面上存在碰撞。液体化学溶液薄膜存在于沉积堆叠体的整个表面上。接着碰撞表面的所有颗粒都被收集。
就扩散效应而言，非常小的颗粒(特别是直径小于0.1μm的污染物颗粒)经历布朗运动，在流体流动流中随机运动。这些颗粒小到使得当它们在流体流动流中运动时，它们被流体流动分子碰撞。碰撞使得它们以不同的方式随机运动，或者通过流体流动扩散。该不规则运动可使得颗粒与液滴碰撞且被收集。正因为如此，和碰撞一样，扩散在沉积堆叠体中、特别对于小于0.1μm的颗粒而言在收集机制上是非常有效的。
扩散率取决于在颗粒和液体溶液液滴之间的相对速度和液体化学溶液液滴的直径。
同样地，对于在液滴上的扩散效应而言，在沉积堆叠体的整个表面上具有扩散。在沉积堆叠体的整个表面上存在液体化学溶液薄膜。接着扩散到表面的所有颗粒通过液体化学溶液的薄膜收集。
因为碰撞效应和扩散效应，收集效率随着相对速度的增加以及液体液滴尺寸的减小而增加。
本发明的沉积堆叠体的主要特征在于使用与液滴上的碰撞相关和与大表面液体薄膜上的扩散相关的两种效应。
当相对速度是用于收集颗粒的基本参数时，另一特征是能够获得通过整个沉积堆叠体的可变流动速度的沉积堆叠体的特性。因此能够装配沉积堆叠体，以便仅通过设定合适的流动速度函数而取得能够收集具体颗粒的合适的流动速度函数。另外，能够通过设定合适的流动速度函数收集不同类别的颗粒。
在图5中描述了流动速度函数的示例。这是各向同性的沉积堆叠体的情况，其中，最大流动速度是恒定的并且最小流动速度也是恒定的。在所描述的沉积堆叠体中，能够产生数不清的不同的流动速度函数。
在图5中的函数参数Vmax和Vmin代表绝对最大速度和绝对最小速度；在所采用的大多数的配置中，根据将要处理的颗粒种类存在若干相对最小速度Vmin和若干相对最大速度Vmax。
能够根据窗口的尺度设定相对最大速度Vmax，同时能够根据连续的层的距离设定相对最小速度Vmin。这些设定允许以精确的模式影响目标颗粒，并同时使得大量的颗粒被处理和收集。
因此，可根据颗粒尺度的差异沿着不同的层设定不同的参数。
本发明的主题的基于改变流体流的流动速度而用于浓缩存在于流体流中的化合物和用于从浓缩表面分离已浓缩的材料的方法的一般原则如下。
假定S和P分别是一般窗口的面积和周长，在图1中我们例如使窗口具有面积Si和周长Pi＝ai+bi+ci。于是以下等周不等式一定成立：
4πSi≤Pi 2
假定A是沉积堆叠体的一般单个层的面积，在图1中我们使示例性的一般层具有面积A和周长P＝a+b+c+d+e+f+g。于是以下不等式一定成立:
10-4A≤ΣiSi
本发明的方法和系统可通常应用于不同装置、例如那些被称为湿式洗涤器的装置中。
通常，洗涤器是流动气体控制装置，其可用于从工业废气流消除污染物化合物和/或气体。例如空气洗涤器用于从空气中消除二氧化碳。
当本领域技术人员从以上描述的教导出发能够完成本发明时，将不再描述进一步的实施细节。
对于本领域的技术人员来讲，在考虑到公开了本发明的优选实施例的说明书和附图之后，本发明的多个变化、改进、变型和其它用途以及应用将变得明显。未脱离本发明的范围的所有这些变化、改进、变型和其它用途以及应用都被视为由本发明涵盖。
例如，该系统主要应用在竖直定向的封闭容积和主流动中，然而任何其它定向、甚至水平定向也是可能的。
在不脱离本发明的范围的情况下，在不同形式的优选实施例中所描述的部件和特征可相互组合。

Claims (9)

1.一种适于在流体流中收集、沉积和分离化学化合物并适于插入到封闭容积中的系统，其特征在于该系统包括:
具有多个窗口(Si)的层的堆叠体(21，…2n；41，…4n)，所述多个窗口允许所述流体流穿过，相邻的层形成0≤α<90°的角度；
控制系统，所述控制系统用于控制所述角度，使得所述角度可变，所述控制系统还用于控制所述堆叠体的相邻的层之间的距离，使得所述距离可变，所述控制系统还用于在所述系统内部控制流体流的流动速度；
在所述层之间的多个扩张孔，所述多个扩张孔适于在所述封闭容积内部喷射液体化学溶液，以使在所述层的表面上和在所述封闭容积的侧壁上形成液体化学溶液的薄膜；
用于在所述堆叠体的上游形成将要混合在所述流体流中的化学溶液的液滴的系统；
适于收集、沉积和分离化学化合物的所述系统构造成使得化学化合物的颗粒通过与液滴碰撞并通过在薄膜上扩散来收集，所述颗粒相对于所述化学溶液反向流动；
所述层的堆叠体、控制系统、扩张孔和用于形成液滴的系统配合，以便在流体流中获得所述化学化合物的收集、沉积和分离。
2.如在权利要求1中所述的系统，其中，所述层的堆叠体包括一个或更多个以下特征:
所述表面是平面或者非平面；
所述控制系统根据所述颗粒的统计成分来控制在相邻的层之间的0≤α<90°的所述角度，对于要被扩散的更高比例的颗粒而言朝着更大角度，或者对于要被碰撞的更高比例的颗粒而言朝着更小角度；
所述层通过支撑件悬置到所述封闭容积，所述支撑件配置成使得被控制用于设定相邻的层之间的所述角度。
3.如在权利要求1中所述的系统，其中，以下关系应用于层：
10-4A≤∑iSi
其中:A是层的面积，∑iSi是在层上的窗口的面积和。
4.如在权利要求3中所述的系统，其中，所述窗口包括一个或更多个以下特征:
窗口在层之间、甚至在同一层中具有不同的几何形状；
所述窗口被网覆盖；
窗口在层中具有不规则的位置，甚至与其它层不同。
5.如在权利要求1中所述的系统，其中，所述扩张孔包括一个或更多个以下特征:
所述扩张孔是喷雾器和/或喷嘴和/或龙头；
所述扩张孔存在于封闭容积的侧壁上；
所述扩张孔在纵向地插入到封闭容积中的且穿过所述层的多个杆(31，…3m；51，…5m)上获得。
6.一种用于在流体流中收集、沉积和分离化学化合物的方法，所述方法使用根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于所述方法包括以下步骤:
在封闭容积中提供具有多个窗口的层的堆叠体，所述窗口允许流体流穿过，相邻的层形成0≤α<90°的角度，所述角度是可变且受控的，在相邻的层之间的距离是可变且受控的，以便控制流体流的流动速度；
在所述封闭容积中在所述层之间提供扩张孔，所述扩张孔适于在所述封闭容积内部喷射液体化学溶液，并在所述层的表面上和在封闭容积的侧壁上形成液体化学溶液的薄膜；
在所述堆叠体的上游生成要被混合在所述流体流中的化学溶液的液滴；
通过与液滴碰撞并通过在薄膜上扩散来收集化学化合物的颗粒，所述颗粒相对于化学溶液反向流动。
7.如在权利要求6中所述的方法，其中:在相邻表面之间的0≤α<90°的所述角度根据所述颗粒的统计成分来控制，对于要被扩散的更高比例的颗粒而言朝着更大角度，或者对于要被碰撞的更高比例的颗粒而言朝着更小角度。
8.如在权利要求6中所述的方法，其中，以下关系应用于表面:
10-4A≤∑iSi
其中:A是表面(层)的面积，∑iSi是在表面上的窗口的面积和。
9.一种包括如在权利要求1至5中任一项所述的系统的湿式洗涤器。
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