CN109748410A - 一种增效气液传质的方法与实现该方法的装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增效气液传质的方法与实现该方法的装置及应用，其中，在气流通过散气组件进入液体之前，对气流进行控制，造成气流波动，并在进入液体时分流进入，这样，波动的气流在分流进入液体时会出现间歇性进气，缩短了孔口气泡形成的周期时长，降低气泡内入流体积、缩小生成气泡的尺寸，间歇波动行为亦能驱动气泡振荡破碎，进一步加剧生成气泡的微小化。

Description

一种增效气液传质的方法与实现该方法的装置及应用

技术领域

本发明涉及气液两相界面的传质，尤其涉及增效气液传质的方法，具体地，涉及一种基于散气式技术增效气液传质的方法、装置及应用。

背景技术

气液两相界面的传质与反应是化工、环保、医药等领域共同涉及的关键过程。如何提高液相含气率、增加气液界面面积及促进气液传质反应速率等一直是相关领域的研究热点，尤其是在工业及市政污水处理、污染(黑臭)河道与湖库治理中，提升水中溶解氧浓度是降低水体COD/BOD指标、促进好氧生物降解、提高水生生物活性的重要途径。目前，城市污水处理厂电耗约占总能耗的60-90％，其中曝气系统是污水处理系统的核心，其能耗在整个污水处理厂运行中的比例最大，高达全部耗电量的50-70％。因此，寻求适应当前污水处理系统需求、节能降耗的复氧技术、增效气液界面传质因而成为领域内的重大实践需求。

现阶段水体复氧多采用传统的定压定流量微孔曝气技术，空气压缩机供给空气经管道系统，送至分布于曝气池底部的管式或盘式曝气器，压缩空气经曝气器上的孔眼分散后形成气泡，气泡上升过程中被分布扩散到曝气池的水体中，与水充分接触，使氧气有效溶解到水中，供活性污泥中微生物新陈代谢、生化处理需要，达到水体净化的目的。受微孔孔口气泡形成过程本身的流体力学机制影响，所生成的气泡直径一般较大且远大于曝气器微孔大小，气泡越大上升越快因而向水体的有效传质系数越低，考虑到此过程中的气泡聚并等其他过程影响，传统曝气方法的总体氧传质转移效率较低，极大影响了这一技术的工程效率和经济效益。

发明内容

基于传统曝气技术，近年来，出现一些改进的技术方法，以实现气液界面的增效传质为目的，主要包括以下三大类：

(1)散气式技术：仍然沿用现有模式，利用空气压缩机定压定流量供气，气流通过微孔曝气器，将气体分散于水中。新兴的改进型技术包括：①纳米盘/管曝气，通过先进制造工艺，减小曝气器的微孔大小到微纳米尺寸，从而产生相对较小直径的气泡，提高气液接触传质面积，促进氧向水体转移。②柔性孔曝气，将传统的刚性孔曝气器改为具有一定回弹性能的柔性孔，利用柔性孔的弹性开合能力加速气泡剪断生成，从而缩小气泡尺寸，提高其氧传质效能。不足/限制性：曝气孔眼数量的增加、微孔孔径的减小均会加大微孔制造的成本、降低曝气器耐压强度同时显著加剧撕裂风险和微孔堵塞风险，柔性孔使用寿命较刚性孔明显要短、弹性恢复性能衰减也比较快。同时这两项技术都需要更换现有污水处理系统的曝气器，费用昂贵。

(2)溶气式技术：一些新兴技术构建气液泵混匀-加压溶气-释放器释气为基础的溶气式系统，这类新兴技术产生的气泡粒径小，含气率高，具有较高的氧传质系数，是目前微纳米曝气领域的主流技术。不足/限制性：溶气所需的压力常常较高、压能消耗高，且由于涉及加压过程，因而系统温度上升明显；气液泵混匀加压过程均需要气液两相同时循环流动、释气器存在非常显著的压降，因而总体能耗较高；气液二相循环剪切过程具有高速高压特点，对于水中的微生物有一定伤害，对涉及生物处理的水系统因而产生不利影响，限制了其实际应用。

(3)引气式技术：受野外环境供气条件的限制，一些新兴技术基于流体伯努利方程原理，采用提速减压方式，设置引气口吸入空气，与离心泵驱动的水相混合，继而形成射流空化泡复氧。此类技术构造简单，在大面积水体内形成紊流区，起到了良好的复氧和混合效果。不足/限制性：与溶气式复氧类似，需要驱动水相的循环高速流动，耗能巨大，且含气率低于溶气法，射流空化泡的生成与溃灭过程产生自由基，损害共存的功能微生物，降低水体生物自净能力。

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，在气流通过散气组件进入水中之前，对气流进行控制，造成气流波动，并在进入水中时分流进入，这样，波动的气流在分流进入水中时会出现间歇性进气，缩短了孔口气泡形成的周期时长，降低气泡内入流体积、缩小生成气泡的尺寸，间歇波动行为亦能驱动气泡振荡破碎，进一步加剧生成气泡的微小化，从而完成本发明。

本发明一方面提供了一种增效气液传质的方法，具体体现在以下几方面：

(1)一种增效气液传质的方法，其中，所述方法包括：将气流引入内径变化的流道进行流动控制，增强气流的波动性。

(2)根据上述(1)所述的方法，其中，

在流动控制之前还进行步骤1：步骤1、供给气流，并对气流进行过滤处理；

和/或

所述流动控制如下进行：

步骤2.1、先对气流进行稳流处理，优选将气流引入内径逐渐变大的腔体；

步骤2.2、对稳流处理后的气流进行增速处理，优选引入内径变小的腔体，使气流增速；

步骤2.3、进行初步自激脉冲处理，优选将增速后的气流引入内径突然变大的腔体，进行初步自激脉冲；

步骤2.4、将初步自激脉冲后的气流引出后进行过渡处理，优选引入内径变大的腔体进行过渡；

步骤2.5、将气流引入两个或多个射流管形成两条或多条射流，然后对射流进行终极自激脉冲处理，优选将射流引入内径变大的腔体。

(3)根据上述(1)所述的方法，其中，在流动控制之后进行步骤3：步骤3、对气流进行分流处理，通入水中，并进行散气处理，增效气液传质；

在步骤3中，将气流分流为两股或多股气流。

本发明另一方面提供了一种实现本发明第一方面所述基于散气式技术增效气液传质的方法的装置，具体体现在以下几个方面：

(4)一种实现上述(1)至(3)之一所述方法的装置，其中，

所述装置包括依次相互连接的供气源1、控制阀2、调压过滤组件3、流量计4、流控组件5和气液两相池6，优选相互通过引流管8连接；

在所述气液两相池6的底部、与流控组件5连通处设置有散气组件7。

(5)根据上述(4)所述装置，其中，所述流控组件具有中空内腔，用于气流流动；

沿气流流动方向，所述中空内腔依次包括进气段51、稳流段52、增速引入段53、初步自激脉冲段54和初步自激脉冲引出段55和缓冲过渡段56；和/或

沿气流流动方向，在缓冲过渡段56之后，所述中空内腔还依次包括射流段57、终极自激脉冲段58和脉冲分流段59。

(6)根据上述(5)所述的装置，其中，

所述进气段51、增速引入段53、初步自激脉冲段54、初步自激脉冲引出段55、缓冲过渡段56和射流段57均为圆柱形内腔；和/或

所述稳流段52为梭形内腔；和/或

所述终极自激脉冲段58为截面呈梯形的内腔。

(7)根据上述(5)或(6)所述的装置，其中，

进气段51的内径与稳流段52的最大内径之比为(0.4～0.6)：1；和/或

增速引入段53的内径与稳流段52的内径之比为(0.2～0.3)：

1。和/或

增速引入段53的内径与初步自激脉冲段的内径之比1:(3.5～5)；和/或

初步自激脉冲引出段55和增速引入段53的内径之比(1.2～1.5):1；和/或

所述初步自激脉冲段54与缓冲过渡段56的内径比为(1：1)。

(8)根据上述(5)或(6)所述的装置，其中，

所述射流段57包括两个或多个射流管；

所述射流管的内径与缓冲过渡段56的内径之比为(0.03～0.05)：1；和/或

所述射流管的内径与终极自激脉冲段58的内径之比为(0.03～0.06)：1。

(9)根据上述(5)至(8)之一所述的装置，其中，

所述脉冲分流段59包括两个或多个出口管591；

所述出口管591通过引流管8与散气组件7联通。

本发明第三方面提供本发明第二方面所述装置用于强化气液两相界面的传质与反应的用途。

附图说明

图1示出本发明所述装置的示意图，其中，箭头表示气流流动方向；

图2示出图1中流控组件的轴向剖视图；

图3示出实验例中对比例1使用的装置示意图；

图4示出实验例1的溶氧结果；

图5～图6示出实验例2的流控特征测试实验结果。

附图标记说明

1-供气源；2-控制阀；3-调压过滤组件；4-流量计；5-流控组件；51-进口段；52-稳流段；53-增速引入段；54-初步自激脉冲段；55-初步自激脉冲引出段；56-缓冲过渡段；57-射流段；571-射流管；58-终极自激脉冲段；59-脉冲分流段；591-出口管；5’-固定架；6-气液两相池；7-散气组件；8-引流管。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明一方面提供了一种基于散气式技术增效气液传质的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、供给气流，并对气流进行稳压过滤处理；

其中，过滤去除掉气流中的水分和颗粒粉尘；

步骤2、将气流引入内径变化的流道进行流动控制，增强气流的波动性；

步骤3、对气流进行分流处理后通入液相(水)，并在水中进行散气处理。

其中，散气处理的目的是在液相(例如水)中进行微泡曝气。而波动导致引出的气流不稳定，进而使压力呈现非水平状态、出现波动，将波动的气流进行分流后通入液相中，这样，通入液相中的多股气流之间为间歇式进气，缩短了孔口气泡形成的周期时长，降低气泡内入流体积、缩小生成气泡的尺寸，间歇波动行为亦能驱动气泡振荡破碎，进一步加剧生成气泡的微小化。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1、先对气流进行稳流处理，优选将气流引入内径逐渐变大的腔体；

其中，气流进入内径变大的腔体，相当于气流进入了比之前更大的空间，这样，气流会在一定程度被稳定，实现稳流控制。

步骤2.2、对稳流处理后的气流进行增速处理，优选引入内径变小的腔体，使气流增速；

其中，将气流引入内径变小的腔体，气流的流速会迅速变大，实现对气流的增速处理。

步骤2.3、进行初步自激脉冲处理，优选将增速后的气流引入内径突然变大的腔体，进行初步自激脉冲；

其中，增速后的气流射入自激腔室，与腔内流体发生动量交换，形成一定厚度的不稳定剪切层，剪切层被射流夹带产生漩涡，向下游传播。当具有初始振荡的射流与不断生产的漩涡一起到达下游碰撞壁时，在碰撞区诱发出一定频率的压力扰动波，该扰动波又以高速向上反射至腔室入口，此过程不断重复、最终初步自激脉冲段出口处形成迭加放大的振荡射流。

步骤2.4、将初步自激脉冲后的气流引出后进行过渡处理，优选引入内径变大的腔体进行过渡；

其中，过渡处理的目的在于将初步自激脉冲段出口的压力波动传导给终极脉冲段的射流管，构成压力脉冲的边界条件，有利于强化终极脉冲段的腔体气流的紊动。

步骤2.5、将气流引入两个或多个射流管形成两条或多条射流，然后对射流进行终极自激脉冲处理，优选将射流引入内径变大的腔体。

其中，具有一定压强的射流射出进入体积变大的腔体内，流束两侧的腔内原静止流体介质被高速射流带动,形成卷吸现象，由于两个或多个射流管已经经过初步自激脉冲干预、流动特征必然存在差异，还因为腔体尺寸微观尺度上的不严格均一性，同一入口主射流两侧、不同入口射流之间在同一时间卷吸到的外界流体不相等，基于维持射流平衡所产生的附壁效应也存在差异，进而各射流两侧的压力差必然使射流产生偏转，在此过程中气流亦碰撞腔体内壁然后返回、不断震荡，综合形成两侧附壁的及各入口射流间的涡流湍动，造成出口气流持续的周期性偏转波动，因而终极自激脉冲腔出口射流管的压力流量均呈现充分紊动的脉冲特性。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤3中，将气流分流为两股或多股气流。

在进一步优选的实施方式中，在步骤3中，将气流分流为两股气流。

其中，当分为两股气流引出时，由于步骤2的控制，使流体具有波动性，因此，当将两股引出至一个腔体(气液两相池)内时，两个出气口的气流呈现间歇紊动式出气，有利于降低气泡内入流体积、缩小生成气泡的尺寸，同时，间歇波动行为亦能驱动气泡振荡破碎，进一步加剧生成气泡的微小化。

本发明另一方面提供了一种实现本发明第一方面所述基于散气式技术增效气液传质的方法的装置。

根据本发明一种优选的实施方式，如图1所示，所述装置包括依次相互连接的供气源1、调压过滤组件3、流控组件5和气液两相池6，优选相互通过引流管8连接。

其中，所述供气源1用于提供气流供给；所述调压过滤组件3用于对气流进行过滤，去除气流中的水分和颗粒粉尘；所述流控组件5用于控制气流的流速，进行波动处理。

在进一步优选的实施方式中，在所述气液两相池6的底部、与流控组件5连通处设置有散气组件7。

其中，所述散气组件7用于在气液两相池中形成气泡。所述散气组件可以是市场上常见的曝气盘、散气管、细化器、微孔片等，需注意前端进气调压阀压力应不超过散气组件的耐受压力。

根据本发明一种优选的实施方式，在所述供气源以及调压过滤组件之间设置有控制阀，用于控制供给气流的大小。

其中，供气源要求能够提供不小于1bar的进气压力，由防漏损安全控制阀控制启动和关闭。

根据本发明一种优选的实施方式，在所述调压过滤组件3与流控组件5之间设置有流量计4。

其中，所述流量计4用于根据实际曝气量需要调控气体的流量。

根据本发明一种优选的实施方式，如图2所示，所述流控组件具有中空内腔，用于气流流动。

其中，所述中空内腔的内径大小变化，用于对流过的气流进行控制。

在进一步优选的实施方式中，如图2所示，沿气流流动方向，所述中空内腔依次包括进气段51、稳流段52、增速引入段53、初步自激脉冲段54和初步自激脉冲引出段55和缓冲过渡段56。

其中，进气段51用于导入气流；稳流段52用于稳定气流；增速引入段53用于提高气流的速度；初步自激脉冲段54是初步自激脉冲发生的腔体空间；其中，增速引入段53、初步自激脉冲段54及初步自激脉冲引出段55共同作用形成初步脉冲紊动条件；缓冲过渡段56作用在于将初步自激脉冲段出口的压力波动传导给终极脉冲段的射流管，构成压力脉冲的边界条件，有利于强化终极脉冲段的腔体气流的紊动。

在更进一步优选的实施方式中，如图2所示，沿气流流动方向，在缓冲过渡段56之后，所述中空内腔还依次包括射流段57、终极自激脉冲段58和脉冲分流段59。

其中，射流段57将带有初始脉动特性的气流进一步提速，形成高速射流进入终极自激脉冲段58的腔体，在腔体内通过卷吸、附壁、碰撞反馈等过程形成涡流和气流偏转，周期脉动的偏转气流通过分流段59经出口流出，与散气组件相连。

根据本发明一种优选的实施方式，如图2所示，所述进气段51、增速引入段53、初步自激脉冲段54、初步自激脉冲引出段55、缓冲过渡段56和射流段57均为圆柱形内腔。

在进一步优选的实施方式中，如图2所示，所述稳流段52为梭形内腔。

在更进一步优选的实施方式中，如图2所示，所述终极自激脉冲段58为截面呈梯形的内腔。

其中，终极自激脉冲段58的腔体设置为梯形，是为了形成稳定的紊动脉冲射流，腔体深度不宜过深，对深度有限制，腔深(终极自激脉冲段58的腔体的腔体深度)与射流管入口宽比为(0.5-3)：1。

在本发明中，优选所述流控组件由不锈钢材料组成，当供气为特殊气体时需考虑其他材质。

根据本发明一种优选的实施方式，自进气段51至稳流段52，所述中空内腔的内径逐渐增大。

在进一步优选的实施方式中，进气段51的内径与稳流段52的最大内径之比为(0.4～0.6)：1。

在更进一步优选的实施方式中，进气段51的内径与稳流段52的最大内径之比为0.5：1。

其中，气流由进气段进入稳流段，由小空间进入大空间，气流逐渐稳定，进行稳流控制。其中，若内径比例过大则突扩管压力损失增加，若比例过小则起不到稳定均匀布流的作用。

根据本发明一种优选的实施方式，自稳流段52至增速引入段53，所述中空内腔的内径逐渐减小。

在进一步优选的实施方式中，增速引入段53的内径与稳流段52的最大内径之比为(0.2～0.3)：1。

其中，增速引入段53的内径主要与初步自激脉腔体54及其引出段55匹配，初步自激脉段54的腔体内径与稳流段52的内径相同，按照初步自激脉段特点，设置增速引入段53的内径与稳流段52的最大内径之比为(0.2～0.3)：1条件下压力振幅差较高、振荡特性较好。

并且，自稳流段至增速引入段，内径减小，尤其增速引入段的内径非常小，这样气流由大空间进入极小空间，速度增大实现气流加速。

根据本发明一种优选的实施方式，稳流段52与增速引入段53的长度之比为(2～3)：1。

其中，稳流段两侧渐变段及中间固定内径段设置略长、减小突扩角度可以使进入气体形成渐变流过渡到恒定流，有利于气体的稳定流动。

在进一步优选的实施方式中，稳流段52与增速引入段53的长度之比为(2.4～2.8)：1。

其中，增速引入段如果太短，局部突缩形变较大，则不能从渐变流转变为恒定流，影响气流分布和增速效果。

根据本发明一种优选的实施方式，自增速引入段53至初步自激脉冲段54，所述中空内腔的内径突然变大。

在进一步优选的实施方式中，增速引入段53的内径与初步自激脉冲段54的内径之比1:(3.5～5)。

其中，自增速引入段至初步自激脉冲段，腔体的内径突然增大，增速后的气流射入自激腔室，与腔内流体发生动量交换，形成一定厚度的不稳定剪切层，剪切层被射流夹带产生漩涡，向下游传播。当具有初始振荡的射流与不断生产的漩涡一起到达下游碰撞壁时，在碰撞区诱发出一定频率的压力扰动波，该扰动波又以高速向上反射至腔室入口，此过程不断重复、最终初步自激脉冲段出口处形成迭加放大的振荡射流增速引入段。

在更进一步优选的实施方式中，增速引入段53的内径与初步自激脉冲段54的内径之比1:(4～4.5)。

按照初步自激脉段特点以及发明人的大量实验发现，此条件下压力振幅差较高、振荡特性较好。

根据本发明一种优选的实施方式，初步自激脉冲段54与增速引入段53的长度之比为(0.3～0.8)：1。

在进一步优选的实施方式中，初步自激脉冲段54与增速引入段53的长度之比为(0.5～0.6)：1。

其中，增速引入段53的长度一般为内径的3～4倍以上，以保证由突缩渐变流过渡为恒定流；初步自激脉冲段长度宜为增速引入段直径的3～5倍以形成较好的自激振荡效果。

根据本发明一种优选的实施方式，初步自激脉冲引出段55和增速引入段53的内径之比(1.1～1.8):1。

在进一步优选的实施方式中，初步自激脉冲引出段55和增速引入段53的内径之比(1.2～1.5):1。

根据本发明一种优选的实施方式，所述初步自激脉冲段54与缓冲过渡段56的内径比为(0.8～1.2)：1。

在进一步优选的实施方式中，所述初步自激脉冲段54与缓冲过渡段56的内径比为1：1。

根据本发明一种优选的实施方式，所述初步自激脉冲段54、初步自激脉冲引出段55和缓冲过渡段56的内径比为1:(0.2～0.5):1。

在进一步优选的实施方式中，所述初步自激脉冲段54、初步自激脉冲引出段55和缓冲过渡段56的内径比为1:(0.2～0.3):1。

在本发明中，增速引入段53、初步自激脉冲段54和初步自激脉冲引出段55共同构成自激脉冲组件，设置增速引入段53形成高速进入射流、初步自激脉冲引出段55导出初步脉动射流，缓冲过渡段56作用在于将初步自激脉冲段出口的压力波动传导给终极脉冲段的射流管，构成压力脉冲的边界条件，有利于强化终极脉冲段的腔体气流的紊动。初步自激脉冲引出段55内径与增速引入段53内径比值宜在1.2:1左右。

根据本发明一种优选的实施方式，所述射流段57包括两个或多个射流管571。

其中，通过射流管将气流分为两股或多股射流。

在进一步优选的实施方式中，所述射流管的内径与缓冲过渡段56的内径之比为(0.03～0.05)：1。

其中，通过设置小内径的射流管导出初步紊动的气流，并进一步提高射流速度，使其便于达到较高的雷诺数(～10⁵)。

根据本发明一种优选的实施方式，自射流管571至终极自激脉冲段58，所述中空内腔的内径变大。

所述射流管571的内径与终极自激脉冲段58的内径之比为(0.03～0.06)：1。

在进一步优选的实施方式中，所述射流管的内径与终极自激脉冲段58的梯形截面的上底宽、终极自激脉冲段58的梯形截面的下底宽之比为1:(12～22):(28～35)。

在更进一步优选的实施方式中，终极自激脉冲段58的梯形截面的下底宽与所述梯形截面的高之比为(1～1.3):1，例如1.125:1。

其中，终极自激脉冲段58设置为梯形，是为了形成稳定的紊动脉冲射流，腔体深度不宜过深，对深度有限制，腔深与射流管入口宽比一般在(0.5-3)：1。

在本发明中，增速后的气流射入自激腔室，与腔内流体发生动量交换，形成一定厚度的不稳定剪切层，剪切层被射流夹带产生漩涡，向下游传播。当具有初始振荡的射流与不断生产的漩涡一起到达下游碰撞壁时，在碰撞区诱发出一定频率的压力扰动波，该扰动波又以高速向上反射至腔室入口，此过程不断重复、最终初步自激脉冲段出口处形成迭加放大的振荡射流。

根据本发明一种优选的实施方式，所述脉冲分流段59包括两个或多个出口管591。

在进一步优选的实施方式中，所述脉冲分流段59包括两个出口管591。

在更进一步优选的实施方式中，所述出口管591通过引流管8与散气组件7联通。

这样，将气流在出口处分为两股，由于步骤2的流动控制，使流体具有波动性，因此，当将两股引出至一个腔体(气液两相池)内时，两个出气口的气流呈现间歇紊动式出气，有利于降低气泡内入流体积、缩小生成气泡的尺寸，同时，间歇波动行为亦能驱动气泡振荡破碎，进一步加剧生成气泡的微小化。

传统气液传质系统直接从流量计接入散气组件，流控组件作为可加入设备、通过两端接头连接，设置于流量计和散气组件之间，易于安装、不破坏现有系统的连接方式，无需额外的安装成本。

本发明第三方面提供了本发明第二方面所述装置用于强化气液两相界面的传质与反应的用途。

主要应用于化工气液反应、挥发性物质分离、水体曝气复氧等领域。

本发明所具有的有益效果：

(1)本发明所述方法或装置是基于散气式技术，与溶气式与引气式技术不同，本发明所述方法或装置无需驱动水相流动，因而不对目标水体产生不利扰动；

(2)与溶气式与引气式技术不同，本发明所述方法或装置仅需分散水相，故不需要消耗水相流动与压力耗散过程的能量；

(3)与传统散气式技术相比，本发明所述方法或装置能够缩小所形成的气泡大小，增加气泡在水中的驻留时间与气液接触面积，从而提高复氧效能；

(4)与其他间歇式气动情境的营造技术相比，本发明所述方法或装置不需要额外的弹簧式膜片形成振动气流，间歇气流的形成也不需要通过电磁阀或外部压力反馈形成外激励控制；

(5)现有间歇式射流技术主旨在于通过射流振荡形成充分紊动效果使得液流中的溶解性气体充分扩散及均匀分布，本发明所述方法或装置则基于对气泡生长、膨胀与脱离行为的控制，实现气泡大小的源头控制。

实施例与对比例

实施例1的结构如图1～2所示；

对比例1的结构与实施例1类似，如图3所示，区别在于未设置流控组件；

对比例2的结构与实施例1类似，区别在于：在所述流控组件内，未设置初步自激脉冲段54和初步自激脉冲引出段55，即增速引入段53直接与过渡段56连接，直接进行终极自激脉冲处理；

对比例3的结构与实施例1类似，区别在于：在所述流控组件内，未设置射流段57和终极自激脉冲段58，即过渡段56直接与脉冲分流段59连接(只进行初始脉冲处理无终极脉冲处理)。

实验例

实验例1溶氧实验

以图1所述装置为实施例1，图3所示装置为对比例1，以空气为气源，以水为液相环境，利用亚硫酸钠去掉水中溶解氧、营造实验起始状态(初始溶解氧<1mg/L)，以水中溶解氧浓度为指标来衡量传质效率。

在固定压力(1bar)和流量(1VVM)的情景下，分析实施例1和对比例1的溶氧效能，通过对比试验来说明本发明所述装置的增效传质能力。结果如图5所示。

结果如图5所示，相对于对比例1，实施例的复氧效能有了大幅提升。具体地，相对于对比例1(无流控组件)，实施例的溶解氧从0.8mg/L提升至9mg/L所需的时间从5.07min减少到了1.70min，复氧速率提高了2.98倍。

同样采用对比例2～3的装置进行溶氧实验：(1)在对比例2中，溶解氧从0.80mg/L提升至9.00mg/L所需的时间为2.70min，(2)在对比例3中，溶解氧从0.80mg/L提升至9.00mg/L所需的时间为3.98min。可见，采用对比例2～3所述流控组件的装置，其提升溶解氧的时间明显长于实施例所述装置的时长。

因此，本发明所述装置能够有效强化气液两相界面的传质与反应，应用于化工气液反应、挥发性物质分离、水体曝气复氧等领域。

实验例2流控特征(频率)测试实验

对嵌入流控组件的散气系统(即图1所示)进行压力计压力波动频率监测，以检验所构建的脉冲进气情境。在流控组件出气口及散气组件间连接的引流管设置三通压力探头，采用NI设备记录压力数据并进行频率分析，(1)如图5所示，15L/min流量及1Bar压力情境下，经流控组件调控后，压力呈周期性波动变化，说明，通入液相中的多股气流之间为间歇式进气，这样，就可以缩短孔口气泡形成的周期时长，降低气泡内入流体积、缩小生成气泡的尺寸；(2)同时，如图6可知，波动主频率为26Hz。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种增效气液传质的方法，其特征在于，所述方法包括：将气流引入内径变化的流道进行流动控制，增强气流的波动性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流动控制如下进行：

步骤2.1、将气流引入内径逐渐变大的腔体进行稳流处理；

步骤2.2、将稳流处理后的气流引入内径变小的腔体，使气流增速；

步骤2.3、将增速后的气流引入内径突然变大的腔体，进行初步自激脉冲处理；

步骤2.4、将初步自激脉冲后的气流引至内径变大的腔体进行过渡处理；

步骤2.5、将过渡后的气流引入两个或多个射流管，形成两条或多条射流，然后将射流引入内径变大的腔体，进行终极自激脉冲处理，形成波动气流。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在流动控制之前进行步骤1：步骤1、供给气流，并对气流进行过滤处理；

和/或

在流动控制之后进行步骤3：步骤3、对气流进行分流处理，通入液相中，并进行散气处理，增效气液传质；

在步骤3中，将气流分流为两股或多股气流。

4.一种用于实现权利要求1至3之一所述方法的装置，其特征在于，

所述装置包括通过引流管(8)依次相互连接的供气源(1)、控制阀(2)、调压过滤组件(3)、流量计(4)、流控组件(5)和气液两相池(6)，连接；

在所述气液两相池(6)的底部、与流控组件(5)连通处设置有散气组件(7)。

5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述流控组件(5)具有中空内腔，用于气流流动；

沿气流流动方向，所述中空内腔依次包括进气段(51)、稳流段(52)、增速引入段(53)、初步自激脉冲段(54)和初步自激脉冲引出段(55)和缓冲过渡段(56)；和/或

沿气流流动方向，在缓冲过渡段(56)之后，所述中空内腔还依次包括射流段(57)、终极自激脉冲段(58)和脉冲分流段(59)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述进气段(51)、增速引入段(53)、初步自激脉冲段(54)、初步自激脉冲引出段(55)、缓冲过渡段(56)和射流段(57)均为圆柱形内腔；和/或

所述稳流段(52)为梭形内腔；和/或

所述终极自激脉冲段(58)为截面呈梯形的内腔。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，

进气段(51)的内径与稳流段(52)的最大内径之比为(0.4～0.6)：1；和/或

增速引入段(53)的内径与稳流段(52)的最大内径之比为(0.2～0.3)：1。和/或

增速引入段(53)的内径与初步自激脉冲段(54)的内径之比1:(3.5～5)；和/或

初步自激脉冲引出段(55)和增速引入段(53)的内径之比(1.1～1.8):1；和/或

所述初步自激脉冲段(54)与缓冲过渡段(56)的内径比为(0.8～1.2)：1。

8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，

所述射流段(57)包括两个或多个射流管；

所述射流管的内径与缓冲过渡段(56)的内径之比为(0.03～0.05)：1；和/或

所述射流管的内径与终极自激脉冲段(58)的内径之比为(0.03～0.06)：1。

9.根据权利要求5至8之一所述的装置，其特征在于，

所述脉冲分流段(59)包括两个或多个出口管(591)；

所述出口管(591)通过引流管(8)与散气组件(7)联通。

10.权利要求4至9之一所述装置用于强化气液两相界面的传质与反应的用途。