CN114699870B - 一种气液强化混合交换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型气液强化混合交换装置及方法，属于除尘净化、化工传热传质、气体吸收与净化技术领域，新型气液强化混合交换装置包括壳体件，包括强化接触腔，所述强化接触腔两端分别安装有混合腔和减速脱水腔，所述强化接触腔的内径小于混合腔和减速脱水腔的内径；混合件，安装在所述混合腔内；强化接触件，安装在所述强化接触腔内；减速脱水件，安装在所述减速脱水腔内；集流箱，安装在所述减速脱水腔外部并与其相连，用于收集废液。本发明通过多级处理配合，强化了气液交换效率，提升了粒径小于2.5μm微细粉尘的净化效率，对化工传热传质效率也有提升，对可溶性气体的吸收与净化效率也有提升效果。

Description

一种气液强化混合交换装置及方法

技术领域

本发明涉及除尘净化、化工传热传质、气体吸收与净化技术领域，具体是一种气液强化混合交换装置及方法。

背景技术

除尘器广泛应用于日常生活及工业作业场所中，对于一些高浓度粉尘作业场所，除尘器更是必不可少。一些类似煤矿掘进、隧道爆破、矿业、建材加工等过程中粉尘浓度达500-8000mg/m³不等，几乎是重度污染空气中粉尘浓度的500倍以上（空气的粉尘浓度大约在0.25-4mg/m³），严重影响工人的正常工作与健康。这些场所中，对作业人员危害最大的是粒度小于5μm的呼吸性粉尘，而呼吸性粉尘中，粒度小于2.5μm的微细粉尘是最难净化的一部分，这部分粉尘采用现有的除尘技术都较难达到较高的除尘效率或者经济性较低。

现有除尘器从用材来看主要分为两大类，干式除尘器和湿式除尘器。在能耗和体积相同时，湿式除尘器对空气的处理量和效率比干式除尘器高。对于干式除尘器主要包括滤袋、滤筒等类型，主要利用滤袋或滤筒形成的孔隙来阻挡粉尘的通过。对于湿式除尘器，它是利用液滴和粉尘的接触，将粉尘捕集于液滴的表面，在将液滴进行回收达到含尘气流与粉尘的分离，实现粉尘净化。

湿式除尘器有喷雾、泡沫、湿式洗涤器、旋流除尘器等多种形式，不同形式的除尘器原理不同，但关键核心是提高粉尘和除尘器的接触或混合，达到提高粉尘净化的目的。对于喷雾除尘，由于喷淋液滴离散度高、喷淋空间开放，除尘效率一般较低，不足60%，对于粒度小于2.5μm的微细粉尘净化难度更大。泡沫除尘通过增加表面液膜，增加了除尘效率，但仍然是离散状态，效率提升度有限。湿式洗涤器将粉尘局限于设备内部进行气、尘、液间的强化交换，效率显著提升，但是现有的洗涤器，针对最难去除的PM2.5而言，去除效率也不高，主要是因为PM2.5跟随气流的能力较强，容易从气液混合过程中形成的间隙空间逃逸，这是现有除尘器存在的最大技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气液强化混合交换装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气液强化混合交换装置，包括：

壳体件，包括强化接触腔，所述强化接触腔两端分别安装有混合腔和减速脱水腔，所述强化接触腔的内径小于混合腔和减速脱水腔的内径；

混合件，安装在所述混合腔内，用于向混合腔喷入雾化除尘液并使得含尘气流初步净化；

强化接触件，安装在所述强化接触腔内，用于使雾化除尘液和含尘气流加速并充分接触来净化PM2.5以下的微细粉尘；

减速脱水件，安装在所述减速脱水腔内，用于使雾化除尘液和含尘气流减速并将气液分流；

集流箱，安装在所述减速脱水腔外部并与其相连，用于收集废液。

作为本发明的进一步技术方案，所述混合件包括：

喷嘴，一端贯穿所述混合腔并延伸至内部，用于连接供给泵并向混合腔喷出雾化除尘液；

曲形通道叶轮，安装在所述喷嘴内侧，用于使气流在进行涡旋前进。

作为本发明的更进一步技术方案，所述喷嘴设置有多个，多个所述喷嘴均匀分布在混合腔上。

作为本发明的再进一步技术方案，所述曲形通道叶轮包括：

薄片环，与所述混合腔固定连接；

圆柱体，外部通过多个曲形折流板与所述薄片环固定连接；

圆锥，固定安装在所述圆柱体靠近喷嘴的一端。

作为本发明的再进一步技术方案，所述强化接触件包括：

电机，通过电机支架与所述强化接触腔相连；

轴流叶轮，固定安装在所述电机的输出端。

作为本发明的再进一步技术方案，所述轴流叶轮包括：

中心盘，套设在所述电机输出端外部并与其固定连接；

多个斜流式板型叶片，均匀分布在所述中心盘外侧。

作为本发明的再进一步技术方案，所述减速脱水件包括：

法兰遮挡环，固定安装在所述减速脱水腔内，用于阻挡强化接触腔产生的废液；

气流脱水结构，安装在所述法兰遮挡环外侧并与减速脱水腔固定连接，用于对通过的气流进行折流脱水。

作为本发明的再进一步技术方案，所述气流脱水结构包括：

折流环，与所述减速脱水腔内壁固定连接；

多个折流板，固定安装在所述折流环内，所述折流板的截面为折线形。

一种气液强化混合交换方法，所述方法使用如上述所述的气液强化混合交换装置，所述方法包括以下步骤：

I级混合：将含尘气体送入混合腔，喷嘴喷出雾化除尘液，与含尘气体在混合腔接触，除尘液扩散到整个曲形折流板所在区域，除尘液随气流到达曲形折流板后，进入曲形通道叶轮，气流在曲形叶轮通道里面涡旋前进，在通道内壁形成液膜，部分大颗粒粉尘粘附在液膜上，累积后掉落，粉尘得到初步处理；

II级强化接触：经I级混合后的气流进入强化接触腔后，由于面积的减小，气流的速度得到提高，在轴流叶轮的高速旋转作用下，气液尘发生强制接触，部分粉尘附着于斜流式板型叶片上，在电机驱动轴流叶轮的高速旋转作用下落入腔体底部，完成对PM2.5以下的微细粉尘进行净化，废液流入集流箱；

III级减速脱水：经II级强化接触后的气流进入减速脱水腔后，由于面积的增大，气流速度降低，气流经法兰遮挡环后进入气流脱水结构，由于气流速度的降低，气流在通道内进行折流脱水降尘处理；最后经过除尘和脱水后的干净气流通过出气口排出，废液流入集流箱。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置混合腔、强化接触腔和减速脱水腔，并设置相应的混合件、强化接触件和减速脱水件配合，通过多级处理配合，从而强化了气液交换效率，提升了粒径小于2.5μm微细粉尘的净化效率，对化工传热传质效率也有提升，对可溶性气体的吸收与净化效率也有提升效果。

附图说明

图1为气液强化混合交换装置的结构示意图；

图2为图1中A-A处的剖视图；

图3为气液强化混合交换装置的爆炸图；

图4为气液强化混合交换装置的主视图；

图5为图4中B-B处的剖视图。

图中：1-壳体件、11-强化接触腔、12-混合腔、13-减速脱水腔、14-喷嘴、15-气流出口、2-集流箱、3-曲形通道叶轮、4-电机、5-轴流叶轮、6-法兰遮挡环、7-气流脱水结构。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例是这样实现的，如图1至图3所示的气液强化混合交换装置，包括:

壳体件1，包括强化接触腔11，所述强化接触腔11两端分别安装有混合腔12和减速脱水腔13，所述强化接触腔11的内径小于混合腔12和减速脱水腔13的内径；

混合件，安装在所述混合腔12内，用于向混合腔12喷入雾化除尘液并使得含尘气流初步净化；

强化接触件，安装在所述强化接触腔11内，用于使雾化除尘液和含尘气流加速并充分接触来净化PM2.5以下的微细粉尘；

减速脱水件，安装在所述减速脱水腔13内，用于使雾化除尘液和含尘气流减速并将气液分流；

集流箱2，安装在所述减速脱水腔13外部并与其相连，用于收集废液。

本发明在实际应用时，含尘空气从气流入口通入混合腔，与混合件喷出的雾化除尘液混合后完成初步净化；初步净化后的含尘气流进入强化接触腔11内后，由于面积减小，气流速度提高，在强化接触件的配合下，使含尘气流与雾化除尘液充分接触，进而实现净化PM2.5以下的微细粉尘；当气流进入减速脱水腔13后，由于面积增加，流速降低，最终在减速脱水件的配合下实现气液分流，将处理后的废液收集在集流箱2，然后干净的气流从减速脱水腔13的气流出口15放出，即通过多级处理配合，从而强化气液交换效率，提升小于2.5μm微细粉尘的净化效率。

如图3至图5所示，作为本发明一个优选的实施例，所述混合件包括：

喷嘴14，一端贯穿所述混合腔12并延伸至内部，用于连接供给泵并向混合腔12喷出雾化除尘液；

曲形通道叶轮3，安装在所述喷嘴14内侧，用于使气流在进行涡旋前进。

在本实施例的一种情况中，所述喷嘴14设置有多个，多个所述喷嘴14均匀分布在混合腔12上，从而保证雾化的除尘液更加均匀地与含尘气流接触，优选的，单个喷嘴14的供水压力不低于0.1MPa，具体根据不同规格除尘器不同处理风量来选择孔径和供水流量；此外，所述曲形通道叶轮3包括：薄片环，与所述混合腔12固定连接；圆柱体，外部通过多个曲形折流板与所述薄片环固定连接；圆锥，固定安装在所述圆柱体靠近喷嘴14的一端；即中心部分为圆锥和圆柱体的组合体，前端的圆锥便于气流更好的进入曲形折流通道，圆锥截面θ为45度，圆锥高10cm，周围遍布如图3所示的曲形折流板，外侧加一圈厚度为1cm薄片环，上面均匀开孔，与腔体进行螺栓连接，优选的，曲形通道叶轮3布置在距离喷嘴14之后（右侧）50cm处；相邻曲形折流板之间形成气液交换通道，通道长35cm，气流在通道内进行涡旋前进，气液充分混合，通道内壁形成液膜，部分大颗粒粉尘粘附在液膜上，优选的，通道内壁材料采用亲水性涂料（如纳米亲水涂料XZ-GT01）。

如图2、图3所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述强化接触件包括：

电机4，通过电机支架与所述强化接触腔11相连；

轴流叶轮5，固定安装在所述电机4的输出端。

在本实施例的一种情况中，电机4通过支架与强化接触腔11内壁焊接固定，强化接触腔11内部安装电机4与电机4保护罩，气流通道面积减小，经混合腔12作用后的气流进入强化接触腔11后，由于通道面积的减小，气流的速度得到提高，在轴流叶轮5的高速旋转作用下，气液尘发生强制接触，通道内水流被充分破碎、雾化，部分粉尘附着于轴流叶轮5上，在高速旋转作用下落入腔体底部，随着废液流入集流箱27；强化接触腔11主要用于净化PM2.5以下的微细粉尘，风机保护壳外壁采用疏水性材料（如SFS-110纳米陶瓷涂料），优选的，所述轴流叶轮5包括：中心盘，套设在所述电机4输出端外部并与其固定连接；多个斜流式板型叶片，均匀分布在所述中心盘外侧；即选用普通闭式叶轮，旋转轴直径为10cm，轴流叶轮5中心圆盘直径为700 mm，叶轮叶片采用斜流式板型叶片，叶片具有刀刃状的迎风边，设计成单板带刃的叶片，减小叶片阻力。

如图2至图5所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述减速脱水件包括：

法兰遮挡环6，固定安装在所述减速脱水腔13内，用于阻挡强化接触腔11产生的废液；

气流脱水结构7，安装在所述法兰遮挡环6外侧并与减速脱水腔13固定连接，用于对通过的气流进行折流脱水。

在本实施例的一种情况中，经强化接触腔11作用后的气流进入减速脱水腔13后，由于通道面积的增大，气流速度降低，气流经法兰遮挡环6后进入气流脱水结构7，由于气流速度的降低，气流在通道内进行充分脱水降尘处理，结构内壁也均采用亲水性涂料（如纳米亲水涂料XZ-T01），最后经过除尘和脱水后的干净气流通过气流出口15排出，废液流入集流箱2；法兰遮挡环6在此处设置的作用是，防止在强化接触腔11产生的废液在气流的持续作用下又流入减速脱水腔13，污染下一级气流，降低除尘器的净化效率，因此在此直接将强化接触腔11产生的废液拦截并流入集流箱2，为方便流入，可设置相应的连接开口，法兰遮挡环6与腔体内壁焊接固定，内环直径为1.1倍的气流入口直径，固定在电机支架10cm处；优选的，所述气流脱水结构7包括：折流环，与所述减速脱水腔13内壁固定连接；多个折流板，固定安装在所述折流环内，所述折流板的截面为折线形；气流脱水结构7由一组折流板构成，气流在通道内进行折流脱水，粘附在通道上的液体经重力作用流入腔体底部；通道长30cm，两折流板之间间距为10cm，此处作用是将气流充分脱水降尘处理，因此结构内壁也均采用亲水性涂料（如纳米亲水涂料XZ-GT01），与减速脱水腔13内壁焊接固定在距离气流出口1540cm处。

本实施例提供了一种气液强化混合交换方法，所述方法使用如上述实施例所述的气液强化混合交换装置，所述方法包括以下步骤：

I级混合：将含尘气体送入混合腔12，喷嘴14喷出雾化除尘液，与含尘气体在混合腔12接触，除尘液扩散到整个曲形折流板所在区域，除尘液随气流到达曲形折流板后，进入曲形通道叶轮3，气流在曲形叶轮通道里面涡旋前进，在通道内壁形成液膜，部分大颗粒粉尘粘附在液膜上，累积后掉落，粉尘得到初步处理；

II级强化接触：经I级混合后的气流进入强化接触腔11后，由于面积的减小，气流的速度得到提高，在轴流叶轮5的高速旋转作用下，气液尘发生强制接触，部分粉尘附着于斜流式板型叶片上，在电机4驱动轴流叶轮5的高速旋转作用下落入腔体底部，完成对PM2.5以下的微细粉尘进行净化，废液流入集流箱2；

III级减速脱水：经II级强化接触后的气流进入减速脱水腔13后，由于面积的增大，气流速度降低，气流经法兰遮挡环6后进入气流脱水结构7，由于气流速度的降低，气流在通道内进行折流脱水降尘处理；最后经过除尘和脱水后的干净气流通过出气口排出，废液流入集流箱2。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种气液强化混合交换装置，其特征在于，包括：

壳体件，包括强化接触腔，所述强化接触腔两端分别安装有混合腔和减速脱水腔，所述强化接触腔的内径小于混合腔和减速脱水腔的内径；

混合件，安装在所述混合腔内，用于向混合腔喷入雾化除尘液并使得含尘气流初步净化；

强化接触件，安装在所述强化接触腔内，用于使雾化除尘液和含尘气流加速并充分接触来净化PM2.5以下的微细粉尘；

减速脱水件，安装在所述减速脱水腔内，用于使雾化除尘液和含尘气流减速并将气液分流；

集流箱，安装在所述减速脱水腔外部并与其相连，用于收集废液；

所述混合件包括：

喷嘴，一端贯穿所述混合腔并延伸至内部，用于连接供给泵并向混合腔喷出雾化除尘液，所述喷嘴设置有多个，多个所述喷嘴均匀分布在混合腔上；

曲形通道叶轮，安装在所述喷嘴内侧，用于使气流在进行涡旋前进，所述曲形通道叶轮包括：

薄片环，与所述混合腔固定连接；

圆柱体，外部通过多个曲形折流板与所述薄片环固定连接；

圆锥，固定安装在所述圆柱体靠近喷嘴的一端；

所述强化接触件包括：

电机，通过电机支架与所述强化接触腔相连；

轴流叶轮，固定安装在所述电机的输出端，所述轴流叶轮包括：

中心盘，套设在所述电机输出端外部并与其固定连接；

多个斜流式板型叶片，均匀分布在所述中心盘外侧；

所述减速脱水件包括：

法兰遮挡环，固定安装在所述减速脱水腔内，用于阻挡强化接触腔产生的废液；

气流脱水结构，安装在所述法兰遮挡环外侧并与减速脱水腔固定连接，用于对通过的气流进行折流脱水，所述气流脱水结构包括：

折流环，与所述减速脱水腔内壁固定连接；

多个折流板，固定安装在所述折流环内，所述折流板的截面为折线形；

强化接触腔内部安装电机与电机保护罩，气流通道面积减小，经混合腔作用后的气流进入强化接触腔后，由于通道面积的减小，气流的速度得到提高，在轴流叶轮的高速旋转作用下，气液尘发生强制接触。

2.一种气液强化混合交换方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1所述的气液强化混合交换装置，所述方法包括以下步骤：

I级混合：将含尘气体送入混合腔，喷嘴喷出雾化除尘液，与含尘气体在混合腔接触，除尘液扩散到整个曲形折流板所在区域，除尘液随气流到达曲形折流板后，进入曲形通道叶轮，气流在曲形叶轮通道里面涡旋前进，在通道内壁形成液膜，部分大颗粒粉尘粘附在液膜上，累积后掉落，粉尘得到初步处理；

II级强化接触：经I级混合后的气流进入强化接触腔后，由于面积的减小，气流的速度得到提高，在轴流叶轮的高速旋转作用下，气液尘发生强制接触，部分粉尘附着于斜流式板型叶片上，在电机驱动轴流叶轮的高速旋转作用下落入腔体底部，完成对PM2.5以下的微细粉尘进行净化，废液流入集流箱；

III级减速脱水：经II级强化接触后的气流进入减速脱水腔后，由于面积的增大，气流速度降低，气流经法兰遮挡环后进入气流脱水结构，由于气流速度的降低，气流在通道内进行折流脱水降尘处理；最后经过除尘和脱水后的干净气流通过出气口排出，废液流入集流箱。

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