CN117813141A - 用于分离流体混合物的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于分离流体混合物的设备，该设备配备有喷嘴(2，26，42)，喷嘴用于将由不同密度的多种组分组成的流体混合物供应至容积体(10)。喷嘴(2，26，42)具有布置在喷嘴外壳(4)的锥形内表面与导向锥(6，28，45)之间的、在导向锥的顶端处的喷嘴开口(9，31，46)处通向容积体(10)的锥形的环状间隙(7，27，44)以及切向地汇入锥形的环状间隙(7，27，44)的流体供应线路(5，29，43)。此外，该设备具有离析器(3，3a，3b，3c，3d，33，47)，该离析器具有布置在容积体中的、与导出管路(20，50)流动连接的分离区段(18a，18b，18c，18d，34，48)，该分离区段具有与喷嘴开口(9，31，46)同心布置的、且与之轴向间隔开布置的流入开口(19，19a，19b，19c，19d)。根据本发明的设备可以实现高效且无故障地分离流体混合物、尤其是从液体或悬浮液中分离溶解气体。

Description

用于分离流体混合物的设备和方法

本发明涉及一种用于分离流体混合物的设备及方法。

流体混合物的分离在许多工业领域中起着重要作用。例如，在各种应用领域中，工艺用水必须经过脱气处理，以减少腐蚀性和对系统的损害。为了在电解之前对水进行调节，必须去除溶解在水中的氩气。其他应用例如包括食品工业(尤其啤酒和葡萄酒生产)、医疗(如透析)、饮用水处理或油类或润滑剂的脱水或脱气。此外，经常存在将悬浮液、乳浊液或共沸混合物彼此分离的任务。

在对液体进行脱气时，使用不同的方法。例如，真空泵用于通过降低压力来降低溶解在液体中的气体的饱和浓度，由此可以将该气体从液体中排出且去除。然而，该方法至少在连续运行时是非常复杂的，因为除了真空泵外，还需要至少一个另外的泵来输送待脱气的液体。此外，尤其针对用于对含有大量固体的和/或具有腐蚀性的液体进行脱气的真空泵，维护成本非常高。

尤其在食品工业中使用填料塔，在填料塔中，使待脱气的液体与汽提气体(例如二氧化碳)进行接触，该汽提气体对于待脱气的液体而言是惰性的。例如在EP 3 624 914 A1中描述了一种这样的方法。在此，除了使用汽提气体之外，还可以升高温度来降低气体溶解性。然而，该方法在系统技术、维护和能量消耗方面也是非常复杂的。此外，必须以汽提气体的形式提供另一种物质，该物质的使用可能带来负面的副作用，例如该物质对于设施的部件具有腐蚀性或对于包含在液体中的微生物具有毒性。

例如，从WO 2017/080626 A1中已知一种用于从流体(如油类)中去除气体(如环境空气)的脱气设备。该设备具有可渗透膜，该可渗透膜允许要从流体中去除的气体通过并保留流体的液体部分。然而，这样的膜系统具有如下缺点，即，孔隙会随时间的推移而被污染(“膜堵塞”)并因此降低生产率。

此外，还使用超声波脱气机，其中使待脱气的液体暴露在超声波场中。超声波引起的密度波动会形成气穴气泡，这些气穴气泡可以凝结并从液体中分离出来。超声波脱气机尤其用于释放油类中的微气泡和溶解气体。例如，在EP 2 983 733 A1中提出了一种用于医疗领域的超声波脱气机。然而，超声波脱气机伴随着高投资成本和运行成本，并且持续的振动会导致对应构件的快速磨损。

脱气的另一种可行方法是向待脱气的液体供应适合的化学物质，以凝结或转化溶解在液体中的气体(如溶解在水中的氧气)，例如在US 4 348289A1中所阐述的那样。然而，在某些情况下，该脱气方法额外需要的化学物质是有毒的或对环境有害的物质，并且需要或多或少复杂的额外方法步骤以在脱气过程之后将反应产物从液体中分离出来。

例如在EP 1 429 858 A1中描述的热脱气中，加热待脱气的液体并且用不同方法排出其中包含的气体。然而，这样的方法无法用于热敏流体，例如某些食品。此外，加热伴随着大量的能量成本。

此外，使用水力旋流器来分离流体混合物，其中将流体混合物在涡流室中置于快速环绕运动中，从而促成组分的分离：密度最小的流体在中心沿轴线旋转并通过竖直地伸入涡流室内部的浸入管被向上除去，而密度较大的成分(如包含在液体中的固体)在涡流室的外侧区域中聚集并经由底侧的出口开口流出。然而，在具有这样的含有大量固体的流体的运行过程中，可能导致涡流室过载并最终可能导致出口堵塞。如果在涡流室内设置用于产生涡流的附加静态装置，例如在WO 2014 192 896A1的主题的情况下，则更是如此。因此，这些系统在任何情况下都不适合或不易适合用于悬浮液，即具有固体杂质的液体。此外，水力旋流器不太适合用于分离均匀的多组分流体，例如溶液。

本发明所基于的目的在于，提供一种用于分离流体混合物、尤其用于对液体进行脱气的设备和方法，该设备或该方法克服了现有技术的缺点。

该目的通过具有专利权利要求1所述特征的设备以及通过具有专利权利要求12所述特征的方法来实现。在从属权利要求中给出了本发明的有利设计方案。

根据本发明的设备包括：喷嘴，用于将由多种组分组成的流体混合物供应至容积体；以及布置在容积体中的、位于喷嘴的喷嘴开口下游的离析器。

喷嘴具有：锥形的环状间隙，该环状间隙布置在喷嘴外壳的锥形内表面与导向锥之间且在导向锥的顶端处以喷嘴开口通向容积体；以及流体供应线路，该流体供应线路切向地、但与喷嘴开口轴向间隔开地通向锥形的环状间隙。进入环状间隙的切向入口迫使流体混合物进行旋转运动，该旋转运动的角速度朝向喷嘴开口急剧增大。由于较高的旋转速度，液体在喷嘴开口处以强烈扭转的流体射流排到容积体中。在此，容积体本身可以填充有相同的流体混合物或另一种可耐受的流体、尤其是惰性气体。容积体中的压力必须小于所供应的流体混合物的压力，但还可以低得多，例如在流体供应线路中的压力例如介于2巴与20巴之间的情况下，容积体中的压力介于0.01巴与1巴之间。

锥形的环状间隙的宽度(即，喷嘴外壳的内壁与导向锥的外壁之间的距离)在任何位置均不应大于流体供应线路在其进入环状间隙的汇入口处的内直径。环状间隙可以具有锐角或钝角的开口角度。例如，该开口角度介于30°与180°之间、优选地介于45°与170°之间、特别优选地介于60°与135°之间；然而，环状间隙的锥形界面不一定具有笔直的母线。喷嘴外壳的锥形内表面与导向锥的外表面之间的径向距离在流体供应线路的汇入口与导向锥的顶端之间是恒定的或朝喷嘴开口的方向不断减小；根据本发明，环状间隙的界面之间的距离在流体供应线路的汇入口与喷嘴开口之间不存在扩宽，例如目的是形成混合室。因此，环状间隙中可供液体使用的体积朝向喷嘴开口不断减小，这使得轴向速度以及旋转速度连续增加。尤其，与相同尺寸的空心锥形喷嘴体相比，由于液体被引导穿过环状间隙，因此旋转速度更高。

在喷嘴开口的下游在容积体中形成的强烈扭转的流体射流中，在径向方向上存在较大的压力梯度，其中靠近轴线区域中的压力远低于流体射流的边缘处的压力。由此，流体混合物的密度较低的组分聚集在流体射流的中心，而密度较高的组分聚集在其外侧区域。如果流体混合物尤其是其中溶解有气体的液体，则流体射流内部的压力会变得很低，以至于至少有一种气体排出。根据初始浓度和所产生的绝对压力和分压，还可以实现溶解在液体中的所有气体的排出。径向压力梯度以及因此流体射流中心的负压通过流体射流的旋转速度来确定，该旋转速度进而尤其通过施加在喷嘴的流体供应线路上的流体的压力、流体混合物的黏度以及喷嘴几何形状(尤其是锥形的环状间隙的宽度和开口角度以及喷嘴开口的宽度)来确定。

在容积体中，离析器以其分离区段浸入形成于喷嘴开口下游的流体射流中。分离区段被构造成，使其将流体混合物的位于流体射流径向内部的那部分与剩余的流体混合物分离并将该部分经由从分离区段引出发的导出管路导出。此外，如上所述，由于密度较低的流体组分聚集在流体射流的靠近轴线的区域中，因此流体混合物的已导出的部分更多地是由密度较低的流体组分构成。通过改变喷嘴开口与离析器的流入开口之间的距离以及通过改变流入开口的横截面积，可以设定离析器的分离选择性和分离性能。为了将密度较低的组分从分离区段中导出，在导出管路中，可以在分离区段的下游设置有泵。根据本发明的设备在喷嘴中或在其上不具有死角、可移动的构件或其他可产生堵塞的分离元件(如膜或过滤器)且因此特别适用于处理含有固体的液体。因此，该设备特别坚固且维护成本低。所产生的流体射流中的高径向压力差尤其可以实现从液体中去除溶解的或呈微气泡形式存在的气体。

关于锥形的环状间隙的轴线优选径向对称布置的分离区段优选地呈管状圆柱体、孔板(隔板)或喇叭口(即，管或其内横截面朝喷嘴开口的方向扩宽的锥形前部区段)的形式。如果分离区段呈管状圆柱体的形式，则套管可以在径向外侧配备有有利于分离的附加元件，例如在背离喷嘴开口的方向上锥形扩宽的外壳。

优选地，在流体供应线路中设置有用于将流体混合物输送至喷嘴的泵。泵在环状间隙的入口处产生限定的压力。在此，泵还可以被设计成其功率是可变的且可以根据测得的参数来调节，为此，根据本发明的设备可以配备有对应的(例如电子的)控制单元，该控制单元在本发明的范围内还可以承担其他控制任务。

优选地，将填充有相同的流体混合物或其他流体的、优选封闭的容器或引导液体的管路设置为容积体；然而，其在此可以是开放式容器、盆或水体。在引导液体的管路(如液体流过的管线)的情况下，喷嘴和分离区段优选地与管轴线同心地布置。根据本发明的设备尤其可以容易地安装在现有的管线中且可以实现对被引导通过管线的介质的连续处理。本发明的特别有利的设计方案提出：在导出管路中整合有相分离器、例如气相离析器，该相分离器经由回流管路与流体供应线路流动连接。在相分离器中，将分离装置接收到的、由密度较低的组分构成的流体混合物进一步分解成不同相的组分，其中密度较大的相经由回流管路返回至喷嘴的流体供应线路；例如，在相分离器中，将气相从富气液相中分离出来，并且随后将富气液相重新供应至根据本发明的设备，以进行分离。通过重复处理，可以对液体执行特别有效的脱气。

在根据本发明的设备的进一步的设计方案中，提供了不同的设定选项，以便能够使离析器的分离选择性与相应的要求相适配。其中尤其包括这样的器件，即，通过这些器件能够改变喷嘴开口与离析器的流入开口之间的轴向距离和/或改变喷嘴的导向锥相对于喷嘴外壳的锥形内表面的轴向位置。

便利地，在流体供应线路和/或喷嘴外壳和/或导向锥中设置有加热装置。通过在流体混合物通过喷嘴之前和/或在此期间对其进行加热，降低了流体混合物的黏度，由此尤其可以增加流体射流的旋转速度且因此进一步降低流体射流中心的压力。例如，在处理含有不期望物质的油类时，降低黏度是有利的。以此方式，还可以将溶解在熔点相对较高的物质(例如脂肪)中的气体释放出来。通常，较高温度会降低溶解在流体中的气体的溶解性且因此有利于排气。

本发明的同样有利的设计方案提出：有供应管道汇入流体供应线路，通过该供应管道将惰性气体导入流体混合物中。在此，“惰性气体”是指这样的气体，即，该气体不与流体混合物的组分发生化学反应且尤其不包含或仅少量包含要从流体混合物中去除的气体的组分。在本发明的范围内，由于该组分的分压降低，因此惰性气体可以用作“起泡气体”，以便对包含、尤其溶解在流体混合物中的气体的脱气进行辅助。此外，额外导入的惰性气体会降低流体混合物的黏度且因此降低流体混合物在喷嘴开口处的旋转速度。

优选地，离析器配备有用于主动辅助流体混合物的组分分离的器件。在此，“主动”器件应被理解为利用附加的外部驱动装置(如马达)进行运动的器件。这样的器件例如是布置在分离区段的流入开口处的或分离区段内的、装有叶片或类似器件的孔板，该孔板可旋转地得到支承或可以与作为整体可旋转地得到支承的分离区段一起运动，并且该孔板可以借助于马达而被置于快速旋转，其转速还超过流体射流中的转速。通过这样的板，将围绕流体射流的轴线的狭窄区域外的流体混合物向外甩出，由此进一步增大了流体射流中心的负压。

在本发明的同样有利的变体中，喷嘴在导向锥的顶端与喷嘴开口之间配备有脱混室。脱混室是关于锥形的环状间隙轴对称地布置在导向锥的喷嘴顶端前方的圆柱形腔室，其长度例如相当于导向锥的0.5至2倍并且其导向锥侧的入口开口大于布置在其相反的端侧的出口开口。在这种情况下，离析器布置在下游且与脱混室的出口开口间隔开。

为了辅助流体混合物中不同相的分离(例如将气相与液相分离)，设备有利地配备有超声波装置。超声波装置可以被构造成，使得导向锥和/或喷嘴作为整体和/或离析器和/或其中布置有本设备的管路和/或容器可以被置于由超声波引起的快速振动。在振动过程中，在流体混合物中形成具有不同压力的分区，这些分区有利于产生气穴。在气穴中，例如形成溶解在流体混合物中的气体的气泡。气泡彼此凝结，并且可以随后借助于离析器从流体混合物中被去除。

为了实现期望的分离效果，例如从液体中去除溶解气体，为本发明设备的用户提供了可根据所提出的任务来设定的多种参数。其中尤其包括喷嘴开口的横截面积、导向锥在喷嘴中的位置、流体管路中的压力，容积体中的喷嘴开口与离析器之间的距离、离析器的入口开口的横截面积、离析器的形状、喷嘴开口的横截面积、导向锥在喷嘴中的位置或流体管路中的压力。

本发明的目的还通过具有专利权利要求12所述特征的方法来实现。

在根据本发明的方法中，以如下方式进行对流体混合物的分离：首先，例如使用泵将由多种组分组成的流体混合物供应至喷嘴，该喷嘴具有锥形的环状间隙(即，由两个锥形面界定的容积)，其中将流体混合物经由切向地汇入环状间隙的流体供应线路馈送到锥形的环状间隙中。迫使流体混合物在锥形的环状间隙中进入螺旋变窄的路径，并且在布置于锥形的环状间隙的顶端处的喷嘴开口处，将流体混合物以扭转的(流体)射流的形式排到填充有流体的容积体中。由此，在扭转的射流中形成压力降低的分区，该分区确保流体混合物中的不同密度的组分在径向方向上至少部分地脱混，其中密度较低的组分聚集在扭转的射流的中心，而密度较高的组分聚集在扭转的射流的边缘。最后，借助于离析器将扭转的射流的位于压力降低的分区中的流体混合物除去并使其与剩余的流体混合物分离。在此，扭转的射流中的流体混合物的动态压力足以在离析器中实现密度较低的组分的分离；然而，任选地，离析器还可以配备有用于施加负压的器件(如泵或管路系统)，其中被除去的流体的重量用于产生负压，以便能够更好地除去流体混合物的处于扭转的射流的中心的组分。

以此方式，根据本发明的方法可以实现从流体混合物中连续地分离不同密度的组分。根据本发明的方法尤其可以实现对液体流或悬浮液进行连续脱气。

在此，容积体可以填充有与要根据本方法处理的流体混合物相同的流体混合物或其组分。在该方法的有利变体中，容积体填充有惰性气体。惰性气体是这样的气体，即，该气体与待处理的流体混合物的组分不发生反应或仅发生轻微反应，并且该气体不会溶解在流体混合物或流体混合物的组分中，即这样的溶液不会对方法成果产生负面影响。例如，惰性气体可以是二氧化碳、氮气或稀有气体。由于从喷嘴开口中流出的流体混合物在气氛中的摩擦阻力小于在液体中的摩擦阻力，因此生效的离心力更大，并且在流出的扭转的流体射流中形成的、压力降低的分区具有更低的压力值，从而提高了分离性能。

本发明的优选设计方案提出，喷嘴和离析器整合在用于流体混合物的部分回路中。在通过离析器后，将分离出来的流体混合物再次进行分离，并且将流体供应线路的在此过程中产生的密度相对较大的介质重新供应至喷嘴。例如，在离析器中将富气液体相从流体混合物中分离出来。将富气液相供应至相分离器，在该相分离器中分离出所产生的气相。余留的富气液相经由回流管路返回至喷嘴的出发点。优选地，在回流管路中布置有输送装置(例如电动泵)，借助于该输送装置从液体容积体中连续提取液体并将其馈送到喷嘴上游的流体供应管道中。

根据本发明的设备和根据本发明的方法尤其适用于对均匀或非均匀的多组分流体(如溶液、液体或悬浮液)进行脱气。液体例如是水、尤其工艺用水、废水或冷却水，或者是溶液或悬浮液。要分离的气体例如是空气、氧气、氮气、二氧化碳或至少部分地以溶解的形式存在于液体中的其他气体或多种气体。尤其，本发明适用于在处理用于电解的水的过程中将溶解的氩气从水中分离出来。此外，根据本发明的设备和根据本发明的方法适用于对油类进行处理，尤其是初榨油或液压油。初榨油在压榨后受到湿气和/或空气中的氧气的严重污染，这在很大程度上会导致其老化。通过本发明，能够以简单且温和的方式去除这样的不期望的成分。液压油必须脱气，以防止因气穴而造成系统故障。此外，本发明可以用于石油化工中的重馏分和轻馏分的分离。本发明不限于在此给出的示例，而是可以用于许多其他应用。

相较于现有技术中已知的方法，本发明使用相对较少的能量、不需要额外的物质来执行分离并且对待处理的液体以及所使用的材料比较温和。然而，其还适用于分离其他的流体混合物(如溶液、悬浮液、乳浊液或共沸混合物)，只需要在流体混合物中存在不同密度的两种组分。

应借助于附图更详细地阐释本发明的实施例。在示意性视图中：

图1a：以纵截面示出根据本发明的设备的第一实施方式，

图1b：以沿图1a中的截线B-B的横截面示出图1a的设备，

图2a至图2d：示出根据本发明的设备的离析器的不同设计方案，

图3a：以纵截面示出根据本发明的设备的另一实施方式，

图3b：以沿图3a中的截线B-B的横截面示出图3a的设备，

图4示出根据本发明的设备的另一实施方式。

在图1a和图1b中示出的设备1包括喷嘴2和与喷嘴间隔布置的离析器3。喷嘴2包括具有锥形内表面的喷嘴外壳4，流体供应线路5切向地汇入该喷嘴外壳。

在喷嘴外壳4内布置有同样锥形成形的导向锥6，使得在喷嘴外壳4的内壁与导向锥6的外壁之间空出锥形的环状间隙7，并且优选地使得导向锥6的圆锥顶点8大体上与喷嘴2的喷嘴开口9齐平。喷嘴开口9、环状间隙7和流体供应线路5的流动横截面优选地被选择成具有大体上相同的尺寸。在此，锥形的喷嘴外壳4的内表面和导向锥6的外表面可以具有相同的开口角度，然而，还可以设想的是：导向锥6的外表面的开口角度比喷嘴外壳4的内表面的开口角度更尖锐；喷嘴外壳4与导向锥体6的距离朝喷嘴开口9的方向减小，如图1a所示。

喷嘴2和离析器3被接纳在容积体10内，该容积体例如是容器或管路。在此示出的实施例中，容积体10填充有与经由喷嘴3引入的介质相同的介质。该介质是由多种组分组成的流体混合物，如悬浮液、两种液体的混合物或溶液。其例如是液体(如水)，在该液体中溶解有气体(如氧气)，借助于根据本发明的设备应至少部分地将该气体从液体中分离出来。

为了确保引入喷嘴3的介质具有尽可能有效的旋转加速度，还可以在环状间隙7中设置有在此未示出的斜坡，由于该斜坡的存在，环状间隙7的基面描述的不是平面的圆环，而是描述朝喷嘴开口9的方向上升的螺旋面的回旋，该螺旋面以对应于流体供应线路5的直径的高度朝喷嘴开口9的方向终止于其斜坡端部处。以此方式，介质在通过斜坡之后不会与同时经由流体供应线路5导入的介质流侧向相遇，而是朝喷嘴开口9的方向偏移地绕过该介质流，由此避免了对介质的加速度具有反作用的湍流。

导向锥6可以以固定的方式装配在喷嘴外壳4内，或者可以如图所示借助于手动或马达驱动的移位装置11可轴向移动地被接纳在其中，从而使设备1与所处理的介质的特性和/或相应的工作任务相适配。在喷嘴2的运行过程中，待处理的流体混合物(例如待脱气的液体)以例如2至5巴的压力经由流体供应线路5沿箭头12的方向被导入环状间隙7中。在环状间隙7中，使流体混合物置于快速旋转运动，该旋转运动的角速度由于环状间隙7的沿流动方向变小的半径而增大，直至喷嘴开口9。出于相同的原因，指向喷嘴开口9的方向的线性速度分量也增大。流体混合物在喷嘴开口9处离开喷嘴2且以较大的转矩和较高的轴向速度沿箭头14的方向作为强烈扭转的射流13被引入容积体10中。由于较高的旋转速度，沿射流13的中央轴线15(其同时是环状间隙7的对称轴线)产生压力大幅降低的分区16。流体混合物中的密度较低的组分聚集在分区16中。例如，溶解在液体中的气体排出且以大量小气泡或单个气泡的形式聚集在分区16中。

例如，在对应于设备1的实验设施中，在流体供应线路中的压力为5巴、水溶液的体积流量为1.2l/h且喷嘴开口9的开口横截面为7mm的情况下，在喷嘴开口9的前方，容积体10中所测得的压力为350毫巴及以下。由于不同的输送压力、体积流量和喷嘴尺寸，所产生的负压可以在很大范围内发生变化。

离析器3以分离区段18浸入分区16中。在图1a中示出的实施例中，分离区段18是管状圆柱体，该管状圆柱体关于轴线15径向对称地布置在容积体10中并且其前流入开口19与喷嘴开口8轴向间隔开。在实施例中，流入开口19的横截面积约等于喷嘴开口9的横截面积，但还可以被选择得更大或更小。分离区段18与导出管路20流动连接，进入分离区段18中的流体混合物经由该导出管路从容积体10中被除去。在此已多次提及的、含有溶解气体的液体作为流体混合物的示例中，气体或富气部分聚集在分区16中，该气体此前是溶解在经由喷嘴2引入的液体中。在距离轴线15较远的径向距离处，存在密度较高的流体成分，例如液相或气体含量较低的相。所有流体成分均在轴向方向上高速运动且对应地具有较高的动能。由于在分区16中存在相当大的负压，因此从该分区中提取流体成分通常在分离区段18的下游需要更强的负压，该负压例如由布置在导出管路20中的(在此未示出的)真空泵产生。如果大体上只想从扭转的射流13的中心除去气体，则通常需要这样的真空泵。

然而，在某些情况下可以省去真空泵。如果增大分离区段18的直径，则密度较高的流体成分会越来越多地进入分离区段18，从而增大总体上引入分离区段18中的流体成分的动能密度以及因此驻点压力。如果驻点压力超过分离区段18中的负压，则不需要额外的器件来除去位于分离区段中的流体成分。

存在于分离区段18中的流体成分通过导出管路20除去，而剩余的流体成分保留在容积体10中且被供应给其他用途。

如果图1a、图1b的组件用于对液体或悬浮液进行脱气，则该组件还优选地竖直布置，准确来说是该组件具有其顶端向上指向的喷嘴2以及布置在喷嘴上方的离析器3。通过竖直的布置方式，可以在(在图1a中未示出的)连接在导出管路20的下游的气相分离器中，使分离出来的气体向上逸出，而余留在气相分离器中的液体或剩余的悬浮液可以返回至流体供应线路5。

在图2a至图2d中示出了可用于本发明的离析器的不同实施方式。

在图2a中再次展示了图1a所示离析器3类型的离析器3a。离析器3a具有管状的分离区段18a，该分离区段绕与(在图2a至图2d中仅指示的)喷嘴2共用的轴线15旋转对称地布置且被布置成以流入开口19a与喷嘴开口9间隔开。

在图2b中示出的离析器3b具有分离区段18b，该分离区段在其流入开口19b的区域中具有朝喷嘴开口9的方向锥形扩宽的外壳21。锥形外壳21使从喷嘴开口9流出的物流径向向外偏转，从而在流入开口19b处进一步减小靠近轴线15的区域中的压力。

在图2c中，离析器3c的分离区段18c具有垂直于轴线15布置的隔板，该隔板为呈圆形绕流入开口19c布置的孔板22的形式。孔板22使从喷嘴开口9流出的介质径向偏转，而只有相对较小一部分介质通过流入开口19c进入分离区段18c的内部。此外，该变体有助于增加靠近轴线15的区域与位于该区域径向外侧的区域之间的压力差。

在图2d中示出了离析器3d，该离析器在其分离区段18d的流入开口19d处具有喇叭口23。相较于图2a所示的实施方式，与在外侧绕过分离区段19d的比例相比，喇叭口23增加了从喷嘴开口9流出的、导入分离区段18d的内部的介质的比例，但这牺牲了相对于其余区域在轴线15的区域中存在于容积体10中的负压。

图3a示出根据本发明的设备25的另一实施方式。以类似于设备1的方式，在图3a中示出的设备25具有：喷嘴26，该喷嘴具有可轴向移动地布置以形成环状间隙27的导向锥28；以及汇入环状间隙27的流体供应管道29。在流体供应线路29中，在设备25中还布置有加热元件30、例如电加热装置，借助于该电加热装置对流体混合物进行加热且因此可以降低其黏度。此外，在喷嘴26的喷嘴开口31的下游布置有管状的脱混室32，该脱混室有利于将从喷嘴26流出的流体混合物分离。在此，可以改变脱混室32的长度和横截面，以便实现针对相应流体混合物的良好分离效果。

设备25还具有带呈管状圆柱体的分离区段34的离析器33，离析器在与喷嘴27相对的端侧具有流入开口35。在该端侧，孔板36绕纵向轴线37可旋转地得到支承，孔板可以借助于在此未示出的驱动设备而被置于快速旋转。在孔板36的朝向喷嘴26的一侧布置有叶片38。

在设备25的运行过程中，使孔板36绕纵向轴线37旋转运动，其旋转速度还超过形成于脱混室32前方的流体射流的旋转速度。由此，在所处理的流体混合物中实现对不同密度组分的额外分离。

此外，设备25配备有超声波发生器39，借助于该超声波发生器，例如可以将导向锥28置于非常高频率的振动(超声波振动)中。由此，在喷嘴开口31的下游，在待处理的流体混合物中产生气穴，溶解在流体混合物中的气体可以排到这些气穴中。由此，进一步提高了设备25的效率。此外，例如还可以将整个喷嘴25或包围导向锥28的喷嘴外壳置于超声波振动中，而不是导向锥28。

图4示出的本发明设备40整合在管线41中且例如被确定为用于对通过管线41引导的液体连续进行脱气。设备40包括：喷嘴42，该喷嘴具有流体供应线路43、环状间隙44、导向锥45和喷嘴开口46；以及离析器47，该离析器在管线41内以分离区段48布置在喷嘴开口46的下游且具有与喷嘴开口46轴向间隔开的流入开口49。分离区段48藉由导出管路50与气相离析器51相连接。

在设备40的运行过程中，借助于泵52将含有气体的液体(例如，溶解有氧气的工艺用水)通过管线41的上游区段53引导至喷嘴42。在喷嘴42中，将液体置于强烈旋转，并且液体从喷嘴开口46在形成强烈扭转的液体射流的情况下以较高的轴向速度流入管线41的下游区段54。由于这种强烈的旋转运动，在扭转的液体射流的中心产生负压，该负压足以使溶解在液体中的气体在形成气泡55的情况下排出。离析器47的布置在管线41的区段54的中心的分离区段48在其流入开口49处浸入强烈扭转的液体射流的中心，并且由此将富气相从液体中分离出来。由于分离区段48中的高驻点压力，液体的富气相经由导出管路50被供应至气相离析器51，在气相离析器中，将已经脱气的相与剩余的富气液体分离并经由气体排放管路56导出。余留的富气液体经由液体排放管路57导出且可以任选地返回到泵52上游的管线区段53或被供应给其他用途。余留在管线区段54中的液体流所具有的气体含量大大减少。此外，本发明并不局限于所示出的实施例。而是，设备1、25、40的各种特征可以任意相互组合，或者可以为设备1、25、40补充另外的特征。例如，还可以在设备1、40中设置有加热装置或超声波发生器，或者在此未示出的气体供应管道汇入流体供应线路5、29、43，以便利用所供应的起泡气体来降低待处理的流体混合物的黏度。此外，可以借助于在此未示出的电子控制装置、根据连续测得的参数(如流体混合物的温度或黏度)来调节根据本发明的设备的各种运行参数，例如：加热元件30的加热功率；环状间隙7、27、44的宽度；离析器3、3a、3b、3c、3d、33、47距喷嘴2、26、42的距离；或者将待处理的流体混合物输送至喷嘴2、26、42的泵的压力。

附图标记清单

1 设备 30 加热元件

2 喷嘴 31 喷嘴开口

3，3a，3b，3c，3d 离析器 32 脱混室

4 喷嘴外壳 33 离析器

5 流体供应线路 34 分离区段

6 导向锥 35 流入开口

7 环状间隙 36 孔板

8 圆锥顶点 37 纵向轴线

9 喷嘴开口 38 叶片

10 容积体 39 超声波发生器

11 移位装置 40 设备

12 箭头 41 管线

13 射流 42 喷嘴

14 箭头 43 流体供应线路

15 轴线 44 环状间隙

16 分区 45 导向锥

17- 46 喷嘴开口

18，18a，18b，18c，18d 分离区段 47 离析器

19，19a，19b，19c，19d 流入开口 48 分离区段

20 导出管路 49 流入开口

21 外壳 50 导出管路

22 孔板 51 气相离析器

23 喇叭口 52 泵

24- 53 (管线的)区段

25 设备 54 (管线的)区段

26 喷嘴 55 气泡

27 环状间隙 56 气体排放管路

28 导向锥 57 液体排放管路

29 流体供应线路

Claims (15)

1.一种用于分离流体混合物的设备，所述设备具有：喷嘴(2，26，42)，用于将由多种组分组成的流体混合物供应至容积体(10)，所述喷嘴具有布置在喷嘴外壳(4)的锥形内表面与导向锥(6，28，45)之间的、在所述导向锥的顶端处的喷嘴开口(9，31，46)处通向所述容积体(10)的锥形的环状间隙(7，27，44)以及切向地汇入锥形的所述环状间隙(7，27，44)的流体供应线路(5，29，43)；以及离析器(3，3a，3b，3c，3d，33，47)，所述离析器具有布置在所述容积体(10)中的、与导出管路(20，50)流动连接的分离区段(18，18a，18b，18c，18d，34，48)，所述分离区段具有与所述喷嘴开口(9，31，46)同心布置的、且与之轴向间隔开布置的流入开口(19，19a，19b，19c，19d)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分离区段(18，18a，18b，18c，18d，34，48)具有朝向所述喷嘴(2，26，42)的端部区段，所述端部区段呈管状圆柱体、孔板或喇叭口的形式。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在所述流体供应线路(5，29，43)中整合有用于将所述流体混合物输送至所述喷嘴(2，26，42)的泵(52)。

4.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，将填充有流体的容器或引导流体的管路设置为容积体(10)。

5.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，在所述离析器(3，3a，3b，3c，3d，33，47)的导出管路(20，50)中整合有相分离器(51)，所述相分离器经由回流管路与所述流体供应线路(5，29，43)流动连接。

6.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，喷嘴开口(9，31，46)与所述离析器(3，3a，3b，3c，3d，33，47)的流入开口(19，19a，19b，19c，19d)之间的轴向距离和/或所述喷嘴(2，26，42)的导向锥(6，28，45)相对于所述喷嘴外壳(4)的锥形内表面的轴向位置是可调节的。

7.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，在所述流体供应线路(5，29，43)、所述喷嘴外壳(4)和/或所述导向锥(6，28，45)中设置有加热装置(30)。

8.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，用于起泡气体的供应管道汇入所述流体供应线路(5，29，43)和/或所述环状间隙(7，27，44)。

9.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述离析器(3，3a，3b，3c，3d，33，47)配备有用于主动加强对流体混合物中不同密度组分的径向分离的器件。

10.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述喷嘴(2，26，42)在所述导向锥(6，28，45)的顶端与喷嘴开口(9，31，46)之间配备有脱混室(32)。

11.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于超声波装置(39)，所述超声波装置用于在所述流体混合物中产生短时间的局部压力差。

12.一种用于分离流体混合物的方法，其中

a.将由多种组分组成的流体混合物供应至喷嘴(2，26，42)，所述喷嘴具有锥形的环状间隙(7，27，44)，其中将所述流体混合物经由切向地汇入所述环状间隙(7，27，44)的流体供应线路(5，29，43)馈送到锥形的所述环状间隙(7，27，44)中，

b.迫使所述流体混合物在锥形的所述环状间隙(7，27，44)中进入螺旋变窄的路径，并且在布置于锥形的所述环状间隙(7，27，44)的顶端处的喷嘴开口(9，31，46)处，将所述流体混合物以扭转的射流(13)的形式排到容积体(10)中，其中在扭转的射流中形成压力降低的分区(16)，并且所述流体混合物中的不同密度的组分在径向方向上至少部分地脱混，

c.借助于在所述容积体中布置在所述喷嘴开口(9，31，46)的前方的离析器(3，3a，3b，3c，3d，33，47)，将压力降低的所述分区(16)中的流体混合物除去并使其与剩余的流体混合物分离。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述容积体(10)在引入所述流体混合物之前或在此期间填充有相同的流体混合物或惰性气体。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，对从所述分区(16)中除去的所述流体混合物进行相分离并将在此过程中分离出来的密度较大的相重新供应至所述喷嘴(2，26，42)。

15.根据权利要求12至14之一所述的方法或根据权利要求1至11之一所述的设备用于对液体或悬浮液进行脱气的用途。