CN108722095A - 一种具有管式分形结构的非均相分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有分形结构的非均相分离装置。包括分离室、电机和分形组件，所述分离室为柱体，柱体上端封口，侧面设置非均相流体入口，下端设置沉降室，沉降室底端为凝聚相出口；所述分形组件设置在分离室上部，呈中心对称地插入在流体通道管壁上并连通；所述流体通道一端与电机相连并作为旋转轴，由设置在分离室外部侧面的电机带动旋转，另一端伸出分离室形成连续相流体出口。本发明减少了分离装置的堵塞，显著提高分离装置的连续运行时间，通过外加电机使分形结构单元的转动或在流体推动下使分形结构单元转动，使得气流湍动增加，可使支管管壁积累的固体减少90％以上，分离装置的连续运行时间提高2～5倍。
Description
技术领域
本发明属于非均相分离技术领域，具体涉及一种带分形结构的非均相分离装置。
背景技术
非均相分离是包括固液分离、固气分离或液气分离三种体系。这三种类型的分离过程均是非常重要的单元操作，在国民经济各部门如化工、轻工、制药、矿山、冶金、能源、环境保护等应用非常广泛。在许多生产过程中，分离技术水平的高低，质量的优劣直接影响到许多过程实现工业化规模生产的可能性、工艺过程的先进性和可靠性、制品质量和能耗、环境保护等经济和社会效益。
如燃烧过程产生的烟尘和工业生产、加工工序产生的各种粉尘是大气中危害最久、最严重的一种污染物。随排放的气体进入大气中的粉尘是造成雾霾现象的主要因素，也直接威胁着人们的生命，尤其身处粉尘污染的环境会引起多种心血管、呼吸道疾病等。传统的固气分离装备多采用电除尘器或布袋除尘器，若在现有技术上进行改造实现超低排放，因投资、运营、维护成本过高，导致实施时有一定的阻力。
非均相固液分离可分为沉降和过滤两个过程。在实际应用中，为了提高固液分离的效果，需要从多方面考虑，确定合理的固液分离工艺，主要有以下几种措施：①采用联合流程，即把两种或两种以上的固液分离手段合理搭配，优化配置，如沉降与过滤的组合，旋流器与过滤及沉降分离的组合等，这种方式在矿物加工中应用非常广泛；②利用凝聚与絮凝等手段及助剂以提高沉降速度及过滤速度；③利用预涂层、助滤剂等改善过滤性能，提高过滤速度；④利用电场、磁场等辅助手段促进过滤分离。
分形结构是自然界中普遍存在的一种结构，具有以非整数维形式充填空间的形态特征。通常被定义为“一个粗糙或零碎的几何形状，可以分成数个部分，且每一部分都(至少近似地)是整体缩小后的形状”，即具有自相似的性质。自相似原则和迭代生成原则是分形理论的重要原则。分形形体中的自相似性可以是完全相同，也可以是统计意义上的相似。标准的自相似分形是数学上的抽象，迭代生成无限精细的结构，如科赫曲线(Kochsnowflake)、谢尔宾斯基地毯(Sierpinski carpet)等。这种有规分形只是少数，绝大部分分形是统计意义上的无规分形，如宏观天体结构与微观分子原子结构具有典型的自相似性、大树的整体形状与树枝、人体血管分布等。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有分形结构的非均相分离装置，同时也提供了一种新的非均相分离方法。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
具有分形结构的非均相流体分离装置，包括分离室、沉降室、电机和分形组件；
所述分离室为柱体，柱体上端封口，侧面设置非均相流体入口，下端连通锥体沉降室，锥体沉降室底部尖端为凝聚相出口；所述沉降室与分离室之间设置有挡板，减小连通面积；
所述分形组件设置在分离室上部，呈中心对称地插入在流体通道管壁上并连通；所述流体通道一端与电机相连并作为旋转轴，由设置在分离室外部侧面的电机带动旋转，另一端伸出分离室形成连续相流体出口；
其中，所述分形组件的基本单元包括一根主管和若干跟支管，所述支管一端密封，另一端开口穿过主管管壁密封连接，且所述支管管壁设置有微孔；所述基本单元通过并联形成分形组件。
按上述方案，所述主管为PE、PP、PVC、ABS、PC、PA、不锈钢管道、铜管、铝管、活性炭烧结管或由柔性材料缠绕而成的管道。
按上述方案，所述支管为中空纤维膜、有机管式膜、无机管式膜、金属粉末烧结管、活性炭烧结管。
按上述方案，所述支管管壁微孔孔径在0.01um～20um之间，支管内径0.3mm～10mm，外径在0.5mm～20mm之间。
按上述方案，所述主管内径在5mm～20mm之间，外径在10mm～50mm之间。
按上述方案，所述的非均相流体包括连续相和凝聚相；其中，连续相为气体，凝聚相为固体颗粒或者液体颗粒；或者连续相为液体，凝聚相为固体颗粒。
按上述方案，所述主管管壁上所有支管截面积之和大于主管截面积，但不超过200％。
按上述方案，所述支管管壁上所有微孔面积之和大于支管截面积，但不超过200％。
具有分形结构的非均相流体分离装置对，将两个上述非均相流体分离装置去除电机后采用上下两根管道将分离室连通；所述上下两根管道同时或者单个设置流体泵使得两个分离室中的流体循环流动；所述上下两根管道与流体通道垂直。
本发明的有益效果是：
1、本发明提高了分离效率。该装置采用分形结构，使得在相同塔体直径的条件下，非均相分离装置的分离面积增加2～5倍以上，大大提高了分离效率。
2、本发明减少了分离装置的堵塞，显著提高分离装置的连续运行时间。通过外加电机使分形结构单元的转动或在流体推动下使分形结构单元转动，使得气流湍动增加，类似对非均相体系的进行旋风分离，可使支管管壁积累的固体减少90％以上，分离装置的连续运行时间提高2～5倍。
3、本发明节约了装置的占地面积。分形结构的采用利用了空塔内60～90％的剩余面积，使得在达到相同分离效率时，占地面积显著减少。
附图说明
图1：本发明分形组件基本单元结构示意图；
图2：本发明分形组件结构示意图；
图3：本发明非均相流体分离装置结构示意图；
图4：本发明非均相流体分离装置对结构示意图；
其中，1—非均相流体入口；2—连续相流体出口；3—凝聚相出口；4—分形组件；5—分离室；6—挡板；7—沉降室；8—电机。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明具有分形结构的非均相流体分离装置如图3所示，包括分离室5、电机8和分形组件4；
所述分离室5为柱体，柱体上端封口，侧面设置非均相流体入口1，下端设置圆锥体沉降室7，沉降室底端为凝聚相出口3；圆锥体沉降室7与分离室5之间设置有挡板6，减小二者连通面积。
所述分形组件4设置在分离室上部，呈中心对称地插入在流体通道管壁上并连通；所述流体通道一端与电机8相连并作为旋转轴，由设置在分离室外部侧面的电机带动旋转，另一端伸出分离室形成连续相流体出口2；
其中，所述分形组件基本单元如图1所示，包括一根主管和若干跟支管，所述支管一端密封，另一端开口穿过主管管壁密封连接，且所述支管管壁设置有微孔。主管为PE、PP、PVC、ABS、PC、PA、不锈钢管道、铜管、铝管、活性炭烧结管或由柔性材料缠绕而成的管道。支管为中空纤维膜、有机管式膜、无机管式膜、金属粉末烧结管、活性炭烧结管；
所述分形组件基本单元通过按照整体和局部相似的分形原理组装形成分形组件如图2所示。
所述的非均相流体包括连续相和凝聚相；其中，连续相为气体，凝聚相为固体颗粒或者液体颗粒，如固气分离和液气分离；或者连续相为液体，凝聚相为固体颗粒，即固液分离。
本发明还可将两个上述非均相流体分离装置并联使用作为一个装置对，如图4所示，去除电机后将两个分离装置的分离室采用两个通道连通，其中的通道之一设置有流体泵。非均相流体自第一个装置的入口进入，通过其中之一通道进入第二个装置中流体分为两路，一路经过分离后通过出口流出；一路含有凝聚相的流体用流体泵通过另一通道回到第一个装置，形成流体回路。这样需要分离的流体在分离过程中一直处于运动状态，最大限度的避免凝聚相堵塞过滤膜孔，达到自净目的。
本发明非均相流体分离装置可以通过入口处加压或者出口负压实现流体的分离过程；同时还能够通过出口加压或者入口处负压进行反吹，实现分形组件的净化过程。
Claims (10)
1.具有分形结构的非均相流体分离装置，其特征在于包括分离室、沉降室、电机和分形组件；
所述分离室为柱体，柱体上端封口，侧面设置非均相流体入口，下端连通锥体沉降室，锥体沉降室底部尖端为凝聚相出口；所述沉降室与分离室之间设置有挡板，减小连通面积；
所述分形组件设置在分离室上部，呈中心对称地插入在流体通道管壁上并连通；所述流体通道一端与电机相连并作为旋转轴，由设置在分离室外部侧面的电机带动旋转，另一端伸出分离室形成连续相流体出口；
其中，所述分形组件的基本单元包括一根主管和若干跟支管，所述支管一端密封，另一端开口穿过主管管壁密封连接，且所述支管管壁设置有微孔；所述基本单元通过并联形成分形组件。
2.如权1所述具有分形结构的非均相流体分离装置，其特征在于所述沉降室与分离室之间设置有挡板，减小连通面积。
3.如权1所述具有分形结构的非均相流体分离装置，其特征在于所述主管为PE、PP、PVC、ABS、PC、PA、不锈钢管道、铜管、铝管、活性炭烧结管或由柔性材料缠绕而成的管道。
4.如权1所述具有分形结构的非均相流体分离装置，其特征在于所述支管为中空纤维膜、有机管式膜、无机管式膜、金属粉末烧结管、活性炭烧结管。
5.如权1所述具有分形结构的非均相流体分离装置，其特征在于所述支管管壁微孔孔径在0.01um～20um之间，支管内径0.3mm～10mm，外径在0.5mm～20mm之间。
6.如权1所述具有分形结构的非均相流体分离装置，其特征在于所述主管内径在5mm～20mm之间，外径在10mm～50mm之间。
7.如权1所述具有分形结构的非均相流体分离装置，其特征在于所述的非均相流体包括连续相和凝聚相；其中，连续相为气体，凝聚相为固体颗粒或者液体颗粒；或者连续相为液体，凝聚相为固体颗粒。
8.如权1所述具有分形结构的非均相流体分离装置，其特征在于所述主管管壁上所有支管截面积之和大于主管截面积，但不超过200％。
9.如权1所述具有分形结构的非均相流体分离装置，其特征在于所述支管管壁上所有微孔面积之和大于支管截面积，但不超过200％。
10.具有分形结构的非均相流体分离装置对，其特征在于将两个权利要求1所述非均相流体分离装置去除电机后采用上下两根管道将分离室连通；所述上下两根管道同时或者单个设置流体泵使得两个分离室中的流体循环流动；所述上下两根管道与流体通道垂直，且分别在流体通道水平高度之上和之下。
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