CN107570029A - 用于气液混合的供气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于气液混合的供气装置，具有产生气泡的曝气头、与曝气头相连而通入气体的输气管道，所述的曝气头上开设有孔径为0.1μm～0.1m的气体通道，所述曝气头外部设有用于流过液相流体而将曝气头产生的气泡快速分散的导流筒，所述导流筒与曝气头的曝气面之间的间隙为0.5mm～0.5m，气体通道产生的气泡排出方向与导流筒内液相流体的流动方向垂直或近垂直。本发明通过导流筒内液相流体在曝气头表面产生的错流作用，将曝气头表面产生的气泡迅速分散，通过曝气头孔径大小可有效控制曝入气体的尺寸，从而提高气体在液相中的分散效果。

Description

用于气液混合的供气装置

技术领域

本发明涉及一种用于气液混合的供气装置。

背景技术

在加氢、氯化、氧化、吸收、吹脱等需要气液混合的多相流混合过程中，为了提高传质速率和增大气液相接触表面积，往往需要采用曝气的方法以提高气液分散效果。

多相流中的气相一般由曝气头曝入，由于液相表面张力的作用，曝气头所曝出气泡的大小会受到曝气孔孔径的影响。在曝气过程中，曝气孔处首先会形成气泡，该气泡半径会经历大→小→大的变化过程，最后脱离曝气头。该气泡在形成过程中的最小半径为曝气孔半径，在缓慢鼓泡情况下，该半径也可由拉普拉斯方程r＝2σ/Δp计算得到；同时，根据拉普拉斯方程，由曝气孔半径也可计算出泡压差。

在实际曝气过程中，由于曝气速率比较快，曝气孔所曝出的气泡半径比曝气孔半径要大。气泡最终会脱离曝气孔，成为多相流中的游离气泡，此时其气泡的脱离直径可由下式计算：

D⁽ⁿ⁾:气泡脱离直径的n次迭代值，m；d₀:曝气孔直径，m；σ:表面张力，N·m^-1；

ω₀:曝气孔气流速度，m·s^-1；v:液体运动粘度，m²·s^-1；ρ_L:液体密度，kg·m^-3；

g:重力加速度，m·s^-2

由上式可以看出，对于水等料液，由于其粘度小，即使在大流量下，也可忽略粘度影响，对于高粘度流体(比水大500～800倍)，则粘性项不仅不能忽略，而且可以成为决定气泡尺寸的重要因素；当气速大，如4m·s-1时，惯性项已占主要地位，不可忽略；高气速下气泡尺寸与表面张力无关，但气速小时表面张力将占主导；在小气流量下摩擦阻力小，可以忽略。

显然，在特定料液体系、曝气孔道和操作条件基础上，曝出的气泡直径将会因为聚并而变大。例如在2.5m·s^-1气速下，曝气孔孔径在0.4mm(毛细孔)到6.0mm(曝气管)之间时，脱离气泡直径为0.16cm到1.1cm。当曝气孔的间距较小时，相邻曝气孔曝出的气泡会因为相互挤压而进一步聚并变大。单一减小曝气孔径在减小气泡尺寸同时，会增大曝气压力；增大气孔间距，又会减小曝气器表面的空隙率，导致气体曝气量变小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种能够有效减小曝入气泡的平均尺寸，提高气体在液相中的分散效果的用气液混合的供气装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于气液混合的供气装置，具有产生气泡的曝气头、与曝气头相连而通入气体的输气管道，所述的曝气头上开设有孔径为0.1μm～0.1m的气体通道，所述曝气头外部设有用于流过液相流体而将曝气头产生的气泡快速分散的导流筒，所述导流筒与曝气头的曝气面之间的间隙为0.5mm～0.5m，气体通道产生的气泡排出方向与导流筒内液相流体的流动方向垂直或近垂直。

所述的导流筒可以是直筒、弯筒或变径筒，以满足多范围使用要求。

还可以，在导流筒内位于液相流流过曝气头后部位置设置有可促进气泡进一步分散的挡板、变径板或搅拌器；相应地，在导流筒内位于液相流流过曝气头前部位置设置有可提高曝气头表面错流效果的液流推进器，从而达到最佳的分散效果，促进气液充分混合。

本发明的有益效果是：本发明通过导流筒内液相流体在曝气头表面产生的错流作用，将曝气头表面产生的气泡迅速分散，通过曝气头孔径大小可有效控制曝入气体的尺寸，从而提高气体在液相中的分散效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构原理示意图。

图中：1.曝气头 2.输气管道 3.导流筒

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的一种用于气液混合的供气装置，具有产生气泡的曝气头1、与曝气头1相连而通入气体的输气管道2，所述的曝气头1四角端圆弧过渡，曝气头1上开设有孔径为0.1μm～0.1m的气体通道，所述曝气头1外部设有用于流过液相流体而将曝气头1产生的气泡快速分散的导流筒3，所述导流筒3与曝气头1的曝气面之间的间隙为0.5mm～0.5m，所述气体通道所产生的气泡垂直于导流筒3内液相流体的流动方向、或接近垂直于导流筒3内液相流体的流动方向。

所述的导流筒3结构可以采用直筒状、弯筒状或变径筒状。

同时为促进气泡进一步分散，可以在导流筒3内位于液相流流过曝气头1后部位置设置挡板、变径板或搅拌器；而为了提高曝气头1表面的错流效果，同时可以在导流筒3内位于液相流流过曝气头1前部位置设置液流推进器。

实施例1

所述曝气头1呈圆柱形由陶瓷制作，其平均孔径为5μm、孔隙率为25％，在曝气头1底部连接输气管道2，将曝气头1同心平行置于材质为的不锈钢的导流筒3下端，导流筒3内径为35mm、壁厚2mm、总长150mm，曝气头1的圆柱形外壁面与导流筒3内壁面之间的间隙为5mm，曝气头1入口端与导流筒3的端面齐平，构成供气装置。将该装置垂直浸没在装有碱性吸收液的罐(罐内径50mm，液深1m)中，导流筒3距离罐底30mm，然后将含有H₂S的工业废气经输气管道2通入曝气头1，最后以气泡形式从导流筒3上端的气体通道出口进入吸收罐，废气中的H₂S被碱液吸收。在该曝气过程中，由于密度差原因，导流筒3内上升液流在流经曝气头1表面时，通过剪切作用，把曝气头1气体通道的微孔内曝出的气体剪切为平均尺寸为6μm的微气泡，从而有效地提高了总传质表面积，经检测，吸收罐废气吸收过程的吸收率可达到95％以上。

实施例2

所述曝气头1采用圆柱形不锈钢筛管(顶部密封)制作，其平均孔径为50μm、开孔率为40％，曝气头1底部连接输气管道2，然后将曝气头1同心平行置于作为导流筒3的不锈钢管道中间，不锈钢管道的内径为80mm、壁厚5mm、长度1500mm，曝气头1的圆柱形外壁面与导流筒3的管道内壁面之间的间隙为15mm。将该装置水平铺设，一端连接混合催化剂的油脂供料泵出口，另一端连接加氢塔底部，氢气经加氢塔的侧管通过输气管道2单独连通至曝气头1。在快速流动的油脂流体剪切作用下，曝气头1曝出的氢气被分散为直径1mm左右的小气泡，从而有效地提高了总传质表面积，同时也在扰动作用下延长了微气泡在塔内的平均停留时间，与直接3cm直径的曝气管进气相比，加氢设备的工作效率提高了约30％。

实施例3

所述曝气头1采用正方形截面钛材质筛管(截面积边长50mm,管长100mm，顶部密封)制作，其平均孔径为1mm、开孔率30％，曝气头1底部连接输气管道2，将该曝气头1垂直放置于采用不锈钢管制作的导流筒3内，该导流筒3截面为边长90mm、壁厚1mm的正方形，长度为200mm，曝气头1外壁面与导流筒3管道内壁面平行，它们之间的间隙为20mm，在制作导流筒3的不锈钢管下端设轴流泵，轴流泵出口与不锈钢管下端法兰密封连接，轴流泵入口法兰连接100mm长的圆锥形支撑管道，在支撑管道的圆锥壁面开2mm孔，开孔率20％，不锈钢管上端设桨式搅拌器，支撑管道、桨式搅拌器与曝气头1、导流筒3共同构成供气装置。将该装置垂直布置于氨吹脱池内(池深2m)，池底空气经输气管道2通入曝气头1。在轴流泵推动下，快速流动的流体将曝气头1曝出的气泡剪切为2～3mm的小气泡，经桨式搅拌器进一步分散后进入水池。相同气量情况下，较无导流筒3的曝气过程，氨吹脱速率可提升1倍。

本发明通过导流筒3内液相流体在曝气头1表面产生的错流作用，将曝气头1表面产生的气泡迅速分散，通过曝气头1孔径大小可有效控制曝入气体的尺寸，从而提高气体在液相中的分散效果。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种用于气液混合的供气装置，具有产生气泡的曝气头、与曝气头相连而通入气体的输气管道，其特征是：所述的曝气头上开设有孔径为0.1μm～0.1m的气体通道，所述曝气头外部设有用于流过液相流体而将曝气头产生的气泡快速分散的导流筒，所述导流筒与曝气头的曝气面之间的间隙为0.5mm～0.5m，气体通道产生的气泡排出方向与导流筒内液相流体的流动方向垂直或近垂直。

2.如权利要求1所述的用于气液混合的供气装置，其特征是：所述的导流筒可以是直筒、弯筒或变径筒。

3.如权利要求2所述的用于气液混合的供气装置，其特征是：所述的导流筒内位于液相流流过曝气头后部位置设置有可促进气泡进一步分散的挡板、变径板或搅拌器。

4.如权利要求3所述的用于气液混合的供气装置，其特征是：所述的导流筒内位于液相流流过曝气头前部位置设置有可提高曝气头表面错流效果的液流推进器。