CN115177963B - 一种双分散气液传质装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双分散气液传质装置，包括塔体，所述塔体的上端设有气相出口，下端设有液相出口；所述塔体侧面上方设有液相入口，侧面下方设有气相入口；所述塔体内部从下至上依次设有第一轮盘、上层防涡格栅以及第一喷头；所述第一喷头通过管道与所述液相入口相连通，所述轮盘中的进气孔通过管道与所述气相入口相连接；所述上层防涡格栅位于液相界面之下，所述第一喷头位于液相界面之上。本发明提供的双分散气液传质装置，气液接触面积大，接触时间长，传质效果好，通过采用液相喷淋、气相破碎的方法，形成双分散气液接触形式，能大幅增加气液传质面积和气液接触时间，且气液界面更新快，有利于强化气液传质。

Description

一种双分散气液传质装置

技术领域

本发明属于气液混合与传质技术领域，具体涉及一种双分散气液传质装置。

背景技术

塔器作为一种重要的传质与分离设备，在石油、化工、医药等领域有着广泛应用，如蒸馏、气体净化、吸收等都需要塔设备的参与，塔器性能优劣直接影响着生产能力、产品质量、节能减排等诸多环节。

目前，相关研究主要集中在塔板内件结构优化和适用体系的针对性开发，较少涉及到流型。这是由于气液接触方式主要是错流、逆流和并流三种，而错流塔板与另外两种流型塔板相比具有操作弹性大、操作稳定、气液通量大等优点，泡罩、浮阀、筛板等传统错流接触塔板具有气液通量大、结构简单、操作弹性大等特点，在工业生产工占据主导地位。在错流塔板上，液相横穿塔板时需要一定液位差，会造成气液分布不均，影响传质效率，且随着塔器设备逐步趋于大型化，气液在塔板上的径向分布会越来越不均匀，严重影响塔板效率。且在塔板上，气体作为分散相以气泡形式穿过板上液体，气泡尺寸较大，气泡上升速度快、气液接触时间短、传质效率不高。

减小气泡直径、提高气液接触时间能有效提高气液接触时间和气液传质效率。专利201521107453.0公开了一种微气泡塔盘气液传质塔板，通过在筛板上安装筛网破除塔板上的大气泡，增大气液间接触面积，提高气液接触时间，从而提高传质效率，降低塔高，但仍未解决塔板液体在径向分布不均的问题。专利200710055816.4公开了一种高效气-液传质装置，气相通过气泡再分布器实现破碎，但仍是通过过孔的方式降低气泡粒径，与传统塔板破碎气泡的方法无本质区别；且气液交换机构之间存在降液管，导致塔内有效传质高度大幅降低；此外，挡板、降液管和排气孔的结构组合，导致该装置在处理含有固体颗粒的气液体系时会造成塔内堵塞甚至停工。

喷淋塔具有结构简单、不易堵塞、气体阻力小等优点，常用于易结晶、易堵塞的吸收、洗涤领域，尤其在烟气脱硫领域应用广泛。喷淋塔中气液两相的传质过程发生在液滴表面，即液相作为分散相，气体作为连续相，相比于气相分散，液相分散能更好的降低分散相粒径、增大接触面积。

在喷淋塔中，液滴在向下运动时还具有向塔壁运动的速度，降落一定高度后会接触塔壁并沿壁面向下流动，减少气液接触面积，并导致液相分布不均，气液接触效果受到影响。设置集液箱收集液相并再次喷淋液体，以多层喷淋的形式能有效增大气液接触面积、强化液相表面更新速度，促进气液接触传质。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双分散气液传质装置，该装置采用液相分散和气相分散相结合的方式，组成下部气相分散、上部液相分散的双分散气液传质装置，能有效提高气液接触面积，增加气液接触时间，从而强化气液传质。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双分散气液传质装置，包括塔体，所述塔体的上端设有气相出口，下端设有液相出口；所述塔体的侧面上方设有液相入口，侧面下方设有气相入口；所述塔体的内部从下至上依次设有第一轮盘、上层防涡格栅以及第一喷头；所述第一喷头通过管道与所述液相入口相连通，所述第一轮盘中的进气孔通过管道与所述气相入口相连通；所述上层防涡格栅位于液相界面之下，所述第一喷头位于液相界面之上。

优选的，所述第一轮盘上方设有第一固定结构，所述第一固定结构上方固定连接有第一电机，所述第一电机的转轴穿过所述固定结构与所述第一轮盘的上挡板固定连接。

优选的，所述第一轮盘包括上挡板和下挡板，所述上挡板为圆形板，所述下挡板为多孔圆形板；所述上挡板与下挡板的边缘处固定连接有多孔筛板；所述进气孔位于所述下挡板的圆心，所述进气孔外侧设有多个进液孔；所述上挡板、多孔筛板与下挡板形成的空腔内还装有填料。

优选的，所述第一轮盘下方设有下层防涡格栅；所述第一喷头上方设有丝网除沫器。

优选的，所述第一电机与所述上层防涡格栅之间设有气相分散装置；所述第一喷头与所述液相界面之间设有液相分散装置。

优选的，所述液相分散装置包括集液箱、液相泵和第二喷头，所述集液箱位于所述第一喷头的下方，所述第二喷头位于所述集液箱下方；所述液相泵通过管道与所述集液箱和所述第二喷头相连接。

优选的，所述气相分散装置包括气罩、第二轮盘、第二固定结构和第二电机，所述气罩位于所述第一电机的上方，所述第二轮盘位于所述气罩的上方并通过进气孔与气罩连通；所述第二固定结构位于所述第二轮盘上方，所述第二固定结构上方固定连接有第二电机，所述第二电机的转轴穿过所述第二固定结构与所述第二轮盘的上挡板固定连接。

优选的，所述气相分散装置和所述液相分散装置均至少设置一组。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明提供的双分散气液传质装置，气液界面更新快，传质面积大、接触时间长，传质效果好。液相在塔中自上而下流动、气相在塔中自下而上流动，气液整体逆流；在塔上部，液相经喷淋形成大量细小液滴，作为分散相与气相接触传质；在塔下部，气相经轮盘切割破碎成大量微气泡，作为分散相与液相接触传质，极大提高了传质推动力、强化接触传质效果；液相多层喷淋有利于液相表面更新，同时增大液相比表面积；气相多次切割破碎有利于气相表面更新，同时增大气相比表面积；气液接触面积大，接触时间长，传质效果好，通过采用液相喷淋、气相破碎的方法，形成双分散气液接触形式，能大幅增加气液传质面积和气液接触时间，且气液界面更新快，有利于强化气液传质。

(2)塔截面利用率高。与板式塔相比，无降液盘、受液盘结构，增大了塔截面利用率；同时气液在塔截面上分布均匀，也能够提高塔截面利用率。

(3)设备高度降低，材料消耗少。由于气液传质效果好，能大幅降低塔高，从而减少材料消耗。

(4)适用于含固体颗粒体系。轮盘高速旋转，固体颗粒无法在其内部停留，不会造成轮盘堵塞，且塔内无其他积存固体颗粒的构件。

附图说明

图1是本发明双分散气液传质装置的结构示意图；

图2是本发明轮盘的结构示意图。

其中，1、塔体；2、液相入口；3、第一喷头；4、液相界面；5、第一轮盘；6、第一固定结构；7、第一电机；8、气相入口；9、下层防涡格栅；10、液相出口；11、气罩；12、第二轮盘；13、第二固定结构；14、第二电机；15、上层防涡格栅；16、第二喷头；17、液相泵；18、集液箱；19、丝网除沫器；20、气相出口；51、下挡板；52、上挡板；53、填料；54、多孔筛板；55、进气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

参见图1，一种双分散气液传质装置，包括塔体1，所述塔体1的上端设有气相出口20，下端设有液相出口10；所述塔体1的侧面上方设有液相入口2，侧面下方设有气相入口8；所述塔体1的内部从下至上依次设有第一轮盘5、上层防涡格栅15和第一喷头3；所述第一喷头3通过管道与所述液相入口2相连通，所述第一轮盘5中的进气孔55通过管道与所述气相入口8相连通；所述上层防涡格栅15位于液相界面4之下，所述第一喷头3位于液相界面4之上。

优选的，所述第一轮盘5上方设有第一固定结构6，所述第一固定结构6上方固定连接有第一电机7，所述第一电机7的转轴穿过所述第一固定结构6与所述第一轮盘5的上挡板52固定连接。

参见图2，所述第一轮盘5包括上挡板52和下挡板51，所述上挡板52为圆形板，所述下挡板51为多孔圆形板；所述上挡板52与下挡板51之间的边缘处固定连接有多孔筛板54；所述进气孔55位于所述下挡板51的圆心，所述进气孔55外侧设有多个进液孔；所述上挡板52、多孔筛板54与下挡板51形成的空腔内还装有填料53。

优选的，所述填料53的类型不设限制，可以是多孔蜂窝填料或格栅填料。

具体地，第一轮盘浸入在液相中，在第一电机的驱动下高速旋转，气相通过进气孔进入第一轮盘，在第一轮盘中被填料切割成无数细微气泡，从第一轮盘侧面多孔筛板处喷出，与液相充分混合接触，并向上运动，完成气液传质。

具体地，采用轮盘破碎气泡具有以下优点：

1、气泡粒径小。由于轮盘高速旋转，气泡在轮盘内被填料切割破碎形成微米级气泡，传统过孔气泡粒径为毫米级，而采用轮盘破碎后气泡粒径为微米级。

2、低压降。传统塔板上，气泡过孔需要克服阻力，存在气相压降，且压降随孔径的降低而急剧增加，采用轮盘破碎气泡的方法压降低。

3、能处理含固体颗粒体系。由于轮盘高速旋转，固体颗粒无法在其内部停留，不会造成轮盘堵塞。

继续参见图1，所述第一轮盘5下方设有下层防涡格栅9；所述第一喷头3上方设有丝网除沫器19。

具体地，所述第一轮盘5上方的下层防涡格栅9和上方的上层防涡格栅15是为了为防止轮盘转动带动液相形成涡流。

优选的，所述第一电机7与所述上层防涡格栅15之间设有气相分散装置；所述第一喷头3与所述液相界面4之间设有液相分散装置。

优选的，所述液相分散装置包括集液箱18、液相泵17和第二喷头16，所述集液箱18位于所述第一喷头3的下方，所述第二喷头16位于所述集液箱18下方；所述液相泵17通过管道与所述集液箱18和所述第二喷头16相连接。

具体地，液相从液相入口2进入塔体1内，经第一喷头3喷淋成大量细小液滴，并落入液相分散装置中的集液箱18，集液箱18中的液相经管道被液相泵17抽出并再次打入塔体1内，随后通过第二喷头16的再次喷淋，形成大量的细小液滴，最后落入液相界面4，形成塔下部的连续相，最终从液相出口10排出。

优选的，所述气相分散装置包括气罩11、第二轮盘12、第二固定结构13和第二电机14，所述气罩11位于所述第一电机7的上方，所述第二轮盘12位于所述气罩11的上方并通过进气孔55与气罩11连通；所述第二固定结构13位于所述第二轮盘12上方，所述第二固定结构13上方固定连接有第二电机14，所述第二电机14的转轴穿过所述第二固定结构13与所述第二轮盘12的上挡板固定连接。

具体地，气相从气相入口8进入塔体1内第一轮盘5，在第一轮盘5的高速旋转下，气相被填料切割破碎，与液相连续相接触传质并向外喷出，在液相连续相中形成大量微气泡，微气泡以一定的速度向上运动，部分进入气相分散装置的气罩11中，气罩11与第二轮盘12的进气口55相连，气相进入第二轮盘12再次被切割破碎，与液相连续相进一步进行传质，最后穿过液相界面4进入塔体1上方的气相连续相，随后穿过丝网除沫器19最终从气相出口20排出。

优选的，所述第一轮盘5与所述第二轮盘12的转动方向相反。

具体地，为防止轮盘转动带动液相形成涡流，相邻轮盘转动方向相反，以抵消部分涡流能量。

优选的，所述气相分散装置和所述液相分散装置均至少设置一组。

实施例1

一种双分散气液传质装置，包括塔体1，所述塔体1的上端设有气相出口20，下端设有液相出口10；所述塔体1的侧面上方设有液相入口2，侧面下方设有气相入口8；所述塔体1的内部从下至上依次设有第一轮盘5、上层防涡格栅15和第一喷头3；所述第一喷头3通过管道与所述液相入口2相连通，所述第一轮盘5中的进气孔55通过管道与所述气相入口8相连通；所述上层防涡格栅15位于液相界面4之下，所述第一喷头3位于液相界面4之上。

在本实施例中，所述第一轮盘5上方设有第一固定结构6，所述第一固定结构6上方固定连接有第一电机7，所述第一电机7的转轴穿过所述第一固定结构6与所述第一轮盘5的上挡板52固定连接。

在本实施例中，所述第一轮盘5包括上挡板52和下挡板51，所述上挡板52为圆形板，所述下挡板51为多孔圆形板；所述上挡板52与下挡板51之间的边缘处固定连接有多孔筛板54；所述进气孔55位于所述下挡板51的圆心，所述进气孔外侧设有多个进液孔；所述上挡板52、多孔筛板54与下挡板51形成的空腔内还装有填料53。

在本实施例中，所述填料53为多孔蜂窝填料，所述多孔蜂窝填料上分布大量小孔，开孔率为45.7％。

在本实施例中，所述第一轮盘5下方设有下层防涡格栅9；所述第一喷头3上方设有丝网除沫器19。

在本实施例中，所述第一电机7与所述上层防涡格栅15之间设有气相分散装置；所述第一喷头3与所述液相界面4之间设有液相分散装置。

在本实施例中，所述液相分散装置包括集液箱18、液相泵17和第二喷头16，所述集液箱18位于所述第一喷头3的下方，所述第二喷头16位于所述集液箱18下方；所述液相泵17通过管道与所述集液箱18和所述第二喷头16相连接。

在本实施例中，所述气相分散装置包括气罩11、第二轮盘12、第二固定结构13和第二电机14，所述气罩11位于所述第一电机7的上方，所述第二轮盘12位于所述气罩11的上方并通过进气孔55与气罩11连通；所述第二固定结构13位于所述第二轮盘12上方，所述第二固定结构13上方固定连接有第二电机14，所述第二电机14的转轴穿过所述第二固定结构13与所述第二轮盘12的上挡板固定连接。

在本实施例中，所述第一轮盘5与所述第二轮盘12的转动方向相反。

在本实施例中，所述气相分散装置和所述液相分散装置均设置一组。

本发明的双分散气液传质装置具体工作过程如下：

在塔体1上部，液相从液相入口2进入塔体1内，经第一喷头3喷淋形成大量细小液滴，分散的液滴在向下运动时与自下而上的气相逆流接触传质，一部分落入集液箱18，集液箱18中的液相经管道被液相泵17抽出并再次打入塔体1内，经过第二喷头16喷淋再次形成大量细小液滴，与气相逆流接触传质，最后落入液相界面4，从塔体1上部的分散相变为塔体1下部的连续相，并在塔体1下部以连续相向下运动，最终从液相出口8排出。

在塔体1下部，气相从气相入口8进入到塔体1内的第一轮盘5，在第一轮盘5的高速旋转下，经填料53切割破碎，与液相连续相接触传质并向外喷出，在液相中形成大量微气泡进一步气液接触，微气泡以一定速度向上运动，部分气泡进入气罩11中，气罩11与第二轮盘12的进气口55连通，气相进入第二轮盘12再次被切割破碎形成大量微气泡，同时完成气相界面更新，从第二轮盘12的多孔筛板54喷出后与液相进一步接触传质并向上运动，最后穿过液相界面4进入塔体1上方的气相连续相，进一步与分散相的细小液滴再次形成气液逆流接触，进一步传质，并最终穿过丝网除沫器16，从气相出口15排出。

同时，为防止轮盘转动带动液相形成涡流，在第一轮盘5的下方设有下层防涡格栅9，在第二轮盘12的上方设有上层防涡格栅15，同时相邻轮盘转动方向相反，以抵消部分涡流能量，通过设置丝网除沫器19能有效去除气相中夹带的液滴。

此外，第一轮盘5在高速旋转时，由于下挡板51开有进气孔55和进液孔，气相从塔外管道经进气孔55进入，液相从进液孔进入。在第一轮盘5腔内气液两相充分混合接触传质，并完成对气相的切割破碎，液相从第一轮盘5的下挡板51进入腔内，从第一轮盘5侧面的多孔筛板54排出。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种双分散气液传质装置，包括塔体（1），其特征在于，所述塔体（1）的上端设有气相出口（20），下端设有液相出口（10）；所述塔体（1）的侧面上方设有液相入口（2），侧面下方设有气相入口（8）；所述塔体（1）的内部从下至上依次设有第一轮盘（5）、上层防涡格栅（15）和第一喷头（3）；所述第一喷头（3）通过管道与所述液相入口（2）相连通，所述第一轮盘（5）中的进气孔（55）通过管道与所述气相入口（8）相连通；所述上层防涡格栅（15）位于液相界面（4）之下，所述第一喷头（3）位于液相界面（4）之上；

所述第一轮盘（5）上方设有第一固定结构（6），所述第一固定结构（6）上方固定连接有第一电机（7），所述第一电机（7）的转轴穿过所述第一固定结构（6）与所述第一轮盘（5）的上挡板（52）固定连接；

所述第一轮盘（5）包括上挡板（52）和下挡板（51），所述上挡板（52）为圆形板，所述下挡板（51）为多孔圆形板；所述上挡板（52）与下挡板（51）的边缘固定连接有多孔筛板（54）；所述进气孔（55）位于所述下挡板（51）的圆心，所述进气孔（55）外侧设有多个进液孔；所述上挡板（52）、多孔筛板（54）与下挡板（51）形成的空腔内还装有填料（53）；

所述第一电机（7）与所述上层防涡格栅（15）之间设有气相分散装置；所述第一喷头（3）与所述液相界面（4）之间设有液相分散装置；

所述液相分散装置包括集液箱（18）、液相泵（17）和第二喷头（16），所述集液箱（18）位于所述第一喷头（3）的下方，所述第二喷头（16）位于所述集液箱（18）下方；所述液相泵（17）通过管道与所述集液箱（18）和所述第二喷头（16）相连接；

所述气相分散装置包括气罩（11）、第二轮盘（12）、第二固定结构（13）和第二电机（14），所述气罩（11）位于所述第一电机（7）的上方，所述第二轮盘（12）位于所述气罩（11）的上方并通过进气孔（55）与气罩（11）连通；所述第二固定结构（13）位于所述第二轮盘（12）上方，所述第二固定结构（13）上方固定连接有第二电机（14），所述第二电机（14）的转轴穿过所述第二固定结构（13）与所述第二轮盘（12）的上挡板固定连接；

所述第一轮盘（5）与所述第二轮盘（12）的转动方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种双分散气液传质装置，其特征在于，所述第一轮盘（5）下方设有下层防涡格栅（9）；所述第一喷头（3）上方设有丝网除沫器（19）。

3.根据权利要求1所述的一种双分散气液传质装置，其特征在于，所述气相分散装置和所述液相分散装置均至少设置一组。