CN106268607A - 一种肺仿生气体反应装置及其模型拓扑结构 - Google Patents

一种肺仿生气体反应装置及其模型拓扑结构 Download PDF

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Abstract

本发明创造提供一种肺仿生气体反应装置，包括载体及载体内的若干层导流隔板；每两导流隔板间都设有螺旋形填料件；导流隔板上设有若干气孔，且气孔的数量由处于所述载体上部的导流隔板向中部的导流隔板逐级递增，并由载体中部的导流隔板向下部的导流隔板逐级递减。螺旋形填料件的朝向沿三维空间随机分布。本发明创造的导流隔板之间设置螺旋形填料件，模拟肺小囊内肺泡的螺旋式分布，气流分布到小腔体后随螺旋体流动，与填充物表面发生多次碰撞，实现气‑液、气‑固、气‑液‑固相互传质,与界面浸润反应。由于流体分散，气体流速减慢，气流携带的飞沫和微雾被有效减少。本气体反应装置易于冲洗排出污物，避免了细颗粒物的沉积堵塞。

Description

一种肺仿生气体反应装置及其模型拓扑结构
技术领域
本发明创造属于气液固三相反应体系技术领域，尤其是涉及一种肺仿生气体反应装置及其模型拓扑结构。
背景技术
在诸多技术领域中，常需要将物料进行混合，使它们完成一定的物理/化学反应，得到所需要的产品。受物料状态的限制。常用的气体反应装置反应效果差，流道易堵塞，在有气体加入的过程中，气体的导入方式对搅拌操作和物理/化学过程也都有很大的影响，气体沿固定的管道通入容器的底部，再以气泡上升穿过液体物料，气体分布的均匀性、气泡的大小和气流对容器底部物料的搅拌作用均难以控制；而且，由于参与反应的气体和液体的不相容性，液体中的气体容易逸出，降低气体与液体的反应效率。另外，随着雾霾的加剧，如何利用低价能源提升中国制造产品市场竞争力就成为摆在中国企业的技术瓶颈。传统气体过滤技术是利用过滤布的孔隙，和静电特征，过滤系统无法在线自清洗。传统气体过滤/气体反应装置技术存在的巨大缺陷，诸如：风阻大，由于是孔隙过滤被滤物体易堵塞过滤网造成设备效率降低，有时难以满足设计使用要求。过滤系统的碰损无法检测，通常是采用排除法来进行维护和修理，往往只能采取全部更换过滤器材，造成能源消耗增加、耗材成本增加，这些负担会加剧公共医疗财政负担的支出。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种肺仿生气体反应装置及其模型拓扑结构，解决了现有技术中气体反应装置反应效果差，易堵塞的缺陷，本气体反应装置稳定可靠、耐用，可实现自动化控制和自清洁。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种肺仿生气体反应装置，包括载体、以及载体内设置的若干层导流隔板；每两所述导流隔板之间都设有螺旋形填料件；所述导流隔板上设有若干气孔，且所述气孔的数量由处于所述载体上部的导流隔板向中部的导流隔板逐级递增，并由所述载体中部的导流隔板向下部的导流隔板逐级递减；所述螺旋形填料件的朝向沿三维空间随机分布。
进一步，所述导流隔板为瓦楞板结构或弯折成波纹状结构。
进一步，所述导流隔板为不锈钢板。
进一步，气孔随机布置成与重力方向呈0-359度的任意角度。
进一步，所述螺旋形填料件上端大、下端小，其螺距为2mm-20mm。
进一步，所述螺旋形填料件不规则的交叉填塞在所述导流隔板之间，填充密实度为20％-80％。
一种上述的肺仿生气体反应装置的模型拓扑结构，包括多腔体结构的载体，所述载体内的腔体数量由载体的上部向中部呈几何倍数递增，并由该载体的中部向下部呈几何倍数递减，各个腔体内都填充有螺旋形填料件。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种肺仿生气体反应装置及其模型拓扑结构具有以下优势：
通过在载体内的导流隔板之间设置螺旋形填料件，模拟肺小囊内肺泡的螺旋式分布，填充断面为网状结构，气流分布到小腔体后随螺旋体流动，与填充物表面发生多次碰撞，实现气-液、气-固、气-液-固相互传质作用。由于流体分散，气体流速减慢，气流携带的飞沫和微雾被有效减少。不同孔径的螺旋体随机变化使得反应介质体系处于一种自适应平衡状态，当局部螺旋体界面由于催化反应进行过快产生反应产物堆积,那么，短时的反应物堆积会改变流道截面，使流速改变，加速堆积物的移动，避免堵塞，类似于人体肺部结构的工作原理。因此，本气体反应装置易于冲洗排出污物，避免了细颗粒物的沉积堵塞。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造的结构示意图；
图2为图1中A处的结构放大示意图；
图3为本发明创造模型拓扑结构中各部位横截面示意图。
附图标记说明：
1-载体；2-导流隔板；3-螺旋形填料件；4-气孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
一种肺仿生气体反应装置，如图1至图3所示，包括载体1、以及载体1内设置的若干层导流隔板2；每两所述导流隔板2之间都设有螺旋形填料件3；所述导流隔板2上设有若干气孔4，且所述气孔4的数量由处于所述载体1上部的导流隔板2向中部的导流隔板2逐级递增，并由所述载体1中部的导流隔板2向下部的导流隔板2逐级递减，所述螺旋形填料件3的朝向沿三维空间随机分布。
通过在载体1内的导流隔板2之间设置螺旋形填料件3，模拟肺小囊内肺泡的螺旋式分布，填充断面为网状结构，气流分布到小腔体后随螺旋体流动，与填充物表面发生多次碰撞，实现气-液、气-固、气-液-固相互传质作用。由于流体分散，气体流速减慢，气流携带的飞沫和微雾被有效减少。因此，本气体反应装置易于冲洗排出污物，避免了细颗粒物的沉积堵塞。
其中，所述导流隔板2为瓦楞板结构，或弯折成波纹状结构，加工制造容易，同时，导流隔板2上的气孔4与重力方向呈0-359度随机布置，气体经过的气道弯角为锐角，避免了直角等大角度，减少气道阻力。
其中，所述导流隔板为不锈钢板，防锈防腐蚀性能好，使用寿命长。
其中，所述螺旋形填料件上端大、下端小，其螺距为2mm-20mm。不同孔径的螺旋体随机变化使得反应介质体系处于一种自适应平衡状态，当局部螺旋体界面由于催化反应进行过快产生反应产物堆积(气溶胶凝结水基聚合物、反应产物水溶液)，那么，短时的反应物堆积会改变流道截面，使流速改变，加速堆积物的移动，避免堵塞，类似于人体肺部结构的工作原理。
其中，所述螺旋形填料件不规则的交叉填塞在所述导流隔板之间，填充密实度为20％-80％。不同的气体凝液例如水基脱硫脱盐体系、油基脱有机VOC体系，他们的粘度系数差异较大，对仿生肺的填充密度会有不同的要求。例如本肺仿生体反应装置应用在在脱硫收尘体系中，则填充密实度以18-28％较为理想；如本肺仿生体反应装置应用在脱除收集VOC体系，则填充密实度在27-49％范围内时，反应效率较高。
由于气体反应时，对载体的持久蠕变强度有不同的影响，因此要实现在线自清洗，则需保证对填充空间留有冗余。
一种肺仿生气体反应装置的模型拓扑结构，如图3所示，包括多腔体结构的载体1，所述载体1内的腔体5数量由载体1的上部向中部呈几何倍数递增，并由该载体1的中部向下部呈几何倍数递减，各个腔体5内都填充有螺旋形填料件3。
需要说明的是，气体在各个腔体5内通过符合流体力学原理，每个腔体5中的反应总效率远大于单一大腔体的反应效率。
由载体1上部至中部逐级增多的腔体设计，由载体1中部至下部逐级减少的腔体设计，减少了粘滞阻力对气流分布的影响，减少了板塔效应，分区后的气体在每个空间内都能更高效的反应。
另需指出的是，可以通过设置导流板来控制每个腔体的开度，以调节不同的气体流量，气体流速流量与填料液膜间的相互作用有一个最适范围，可以保证气固液传质更充分。
本气体反应装置基于肺的解剖学和结构与功能的分析，模拟肺部腺体结构，使气体反应高效、稳定可靠，可实现自动化控制和自清洁。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种肺仿生气体反应装置，其特征在于：包括载体、以及载体内设置的若干层导流隔板；每两所述导流隔板之间都设有螺旋形填料件；所述导流隔板上设有若干气孔，且所述气孔的数量由处于所述载体上部的导流隔板向中部的导流隔板逐级递增，并由所述载体中部的导流隔板向下部的导流隔板逐级递减；所述螺旋形填料件的朝向沿三维空间随机分布。
2.根据权利要求1所述的一种肺仿生气体反应装置，其特征在于：所述导流隔板为瓦楞板结构或弯折成波纹状结构。
3.根据权利要求1所述的一种肺仿生气体反应装置，其特征在于：所述导流隔板为不锈钢板。
4.根据权利要求1所述的一种肺仿生气体反应装置，其特征在于：所述气孔随机布置成与重力方向呈0-359度的任意角度。
5.根据权利要求1所述的一种肺仿生气体反应装置，其特征在于：所述螺旋形填料件上端大、下端小，其螺距为2mm-20mm。
6.根据权利要求1所述的一种肺仿生气体反应装置，其特征在于：所述螺旋形填料件不规则的交叉填塞在所述导流隔板之间，填充密实度为20％-80％。
7.一种根据权利要求1所述的肺仿生气体反应装置的模型拓扑结构，其特征在于：包括多腔体结构的载体，所述载体内的腔体数量由载体的上部向中部呈几何倍数递增，并由该载体的中部向下部呈几何倍数递减，各个腔体内都填充有螺旋形填料件，各螺旋形填料件的朝向随机分布。
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