CN202555120U - 一种气液交换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气液交换装置，具有液体的腔室，所述腔室具有进气口和出气口；所述腔室为一级气液交换腔室，或由相互连通的多级气液交换腔室组成;每级所述气液交换腔室内设置一个或多个节流板；还设置有紊流板，所述紊流板的一端与所述节流板靠近液面的一端相连接，另一端朝向所述气体的流动方向或者朝向与气体的流动方向相反的方向延伸设置；所述紊流板、液面以及所述腔室的内壁形成紊流交换空间，气体在所述紊流交换空间内被压缩并完成紊流交换；所述紊流板的长度L大于或等于50mm。相比于现有技术中的气液交换装置来说，增加了紊流交换，将紊流交换和节流交换相结合，并实现了气液两相的多次交换，达到了较好的气液交换效果。

Description

一种气液交换装置

技术领域

本实用新型涉及一种气液交换装置，属于气液交换技术领域。

背景技术

气液交换是工业生产的一项常用技术，气液交换的充分性、能耗大小、结构合理性都是衡量气液交换技术全面性的重要指标。目前常用的气液交换技术主要有喷淋交换技术、冲击交换技术、离心交换技术、绕流交换技术、文丘里管交换技术等。

其中，喷淋交换技术是指将液体通过喷淋设备得以充分、均匀的释放，在液体释放过程中，携带有尘粒的气体经过液体喷洒区域，与液体进行气液交换，从而将气体中的尘粒交换到液体内并排出，实现对气体的净化。该气液交换技术由于气液交换接触时间很短，所以交换效果有限，而且设置喷淋装置需要进一步占据空间，从整体上看该气液交换装置的体积大、结构复杂。

冲击交换技术，主要利用的是气体进入气液交换装置中的速度，其要求气体在进入气液交换装置后具有足够的速度可以冲击液面，从而使气体进入液体内与液体进行充分的气液交换，对气体进行净化。由于该交换技术对于气体的动力性有比较高的要求，所以实现该气液交换的能耗较大。

离心交换技术，由动力装置连接一筒体旋转，筒体内部装有轴向导液装置，使液体能自动吸入到筒体中，筒体的上部周面有出液孔，使吸入的液体通过出液孔喷射到气体中，与气体进行传递交换。离心交换装置需要由动力装置保持筒体的旋转，所以实现该气液交换的能耗同样较大。

绕流交换技术，对于气液交换装置的设置有一定的要求，即在该装置内部需要设置多个挡板，所述多个挡板之间分别形成多个气体流动通道，从而使得气体可以在上述气体流动通道中迂回运动，在迂回的过程中，气体通过对液面的冲击来实现气液交换。在对液面进行冲击实现交换的过程中，随着迂回的不断进行，气体的动力性越来越低，气体流动速度明显降低，这样没有动力性的气体在绕流至液面时无法对液面形成冲击，所以在很大程度上影响了气液交换的效果。

文丘里管交换技术，从实现文丘里管交换技术的气液交换装置的结构上来看由收缩管、喉管和扩大管组成，文丘里管气液交换原理是，沿气流的流动方向，含尘气体首先进入收缩管，气体流速沿管逐渐增大，水从喉管处喷发，被高速气流撞击而雾化，此时气体穿过被喷发的液滴和被雾化的液滴，在穿过的过程中，气体中的尘粒与液滴接触而被润滑，气体进入扩大管后流速逐渐减小，经润滑后的尘粒极易粘合成为较大的颗粒而更易被去除。文丘里管气液交换是一个通过超音速作用原理实现液体激发达到气液交换目的的方法，也正是由于其超音速作用原理，所以文丘里管气液交换的噪声很大，而且必须在经过收缩管对气体进行逐渐压缩后才可以利用喉管实现液体的喷发，实现气液交换，因此，文丘里喉两端必须维持一个非常高的压差，一般在数万帕，能耗水平远远高于目前常用的各种交换技术，使用范围十分有限。

但是，从前述衡量气液交换技术全面性的重要指标来看，上述传统的气液交换技术普遍存在能耗大、体积大、结构复杂、气液交换效果差的缺陷。

相对于上述传统气液交换技术而言，本申请人实用新型了一种基于气体节流的气液交换装置（见图1），所述气液交换装置包括一个注有液体的腔室1，所述腔室1具有进气口2和出气口3；所述气液交换腔室为直形腔室，且内部固定设置一个节流板4，所述节流板4的下沿与所述节流板4所在气液交换腔室的液面5之间形成高度为H的通道；所述高度H为20－200mm，气体流量强度为2000－10000m³/ h/m。上述气液交换装置的工作原理是（见图2）：气体经进气口2进入所述腔室内部，进气口2一侧的压强为P1，之后经出气口3将经气液交换后的气体排出，在出气口3一侧的压强为P2，P2<P1。由于气体压差的存在，出气口3一侧会形成一个曲线的过渡液面，液面高度差为h。气流通过通道时，由于节流板4的节流作用，流速急剧增大，并沿过渡液面急剧地变换方向，完成一次气液交换。

上述气液交换装置通过节流板的设置，实现节流交换，大大降低了气液交换的能耗，但是该气液交换装置中，仅仅在气液交换腔室内设置节流板4，通过节流板4的节流作用实现气体在经过节流板4后的瞬间快速激发，同时带动液体激发，从而实现气液交换；也正是由于上述节流作用，使得气体带动液体的激发是一个极其快速的过程，从而降低了气体和液体进行充分接触和交换的时间，使得气液交换效率降低；另外，也由于在上述节流板4的节流作用下形成的对气体的激发是一个非常迅速的过程，降低了单位时间内进行气液交换的气体的量，从而使得气体和液体的接触更加不充分，进而使得气液交换的效率进一步降低。

实用新型内容

因此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中的气液交换装置气液交换效率低的缺陷，进而提供一种具有良好的气液交换效率的气液交换装置。

为此，本实用新型提供了一种气液交换装置，包括具有液体的腔室，所述腔室具有进气口和出气口；所述腔室为一级气液交换腔室，或由相互连通的多级气液交换腔室组成; 每级所述气液交换腔室内设置一个或多个节流板；还设置有紊流板，所述紊流板的一端与所述节流板靠近液面的一端相连接，另一端朝向所述气体的流动方向或者朝向与所述气体的流动方向相反的方向延伸设置；所述紊流板、液面以及所述腔室的内壁形成紊流交换空间，气体在所述紊流交换空间内被压缩并完成紊流交换；所述紊流板的长度L为大于或等于50mm。

所述紊流板为一字型平板，所述紊流板平行于所述液面。

所述节流板垂直于所述液面。

所述节流板与所述紊流板一体成型。

所述紊流交换空间的高度H为所述紊流板的下沿到所述液面的距离，所述高度H为30-400mm。

所述腔室上设置有补液口。

所述补液口设置在所述出气口一侧。

所述腔室包括连接所述出气口的出气腔和连接所述进气口的进气腔。

所述出气腔垂直于所述液面设置。

所述出气腔内设置有至少一个挡板。

所述挡板为两个，分别为第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板横向、交错设置。

所述挡板由平行于所述紊流板的第一平板和垂直于所述第一平板的第二平板组成。

本实用新型提供的气液交换装置及气液交换方法具有以下优点：

1.    本实用新型提供的气液交换装置，包括具有液体的腔室，所述腔室具有进气口和出气口；所述腔室为一级气液交换腔室，或由相互连通的多级气液交换腔室组成; 每级所述气液交换腔室内设置一个或多个节流板；还设置有紊流板，所述紊流板的一端与所述节流板靠近液面的一端相连接，另一端朝向所述气体的流动方向或者朝向与所述气体的流动方向相反的方向延伸设置；所述紊流板、液面以及所述腔室的内壁形成紊流交换空间，气体在所述紊流交换空间内被压缩并完成紊流交换；所述紊流板的长度为大于或等于50mm。利用本实用新型提供的气液交换装置进行气液交换时，气体非常迅速地进行气液交换后，进入到所述紊流交换空间，在所述紊流交换空间内，所述气体被压缩，压强增大，设置所述紊流板的长度L为大于或等于50mm，是因为气流经节流作用被压缩进入所述紊流交换空间一定距离后，才可以利用压缩作用通过转换而实现气液之间的紊流交换，在紊流交换过程中，气体流速快，惯性碰撞与布朗运动剧烈，相对于节流交换来说气液两相较为充分地接触，交换效率高。气体经过所述紊流交换空间时，气体的流速经历了一个逐渐加速的过程，而同时，由于所述紊流交换空间内的压强大于所述紊流交换空间出口处的压强，在所述紊流交换空间的出口处形成一个过渡液面，气体在所述紊流交换空间与液体进行紊流交换后，在所述过渡液面处被释放，进而对液体进行激发，从而发生气液交换，由于气体经过长时间的紊流交换后，速度得到很大的提高，因此，此处的气液交换很剧烈，从而进一步提高了气液交换的效率。

  2. 本实用新型提供的气液交换装置，所述紊流板为一字型板，所述紊流板沿着平行于所述液面的方向设置；所述节流板沿着垂直于所述液面的方向设置。本实用新型提供的气液交换装置，所述紊流板的形状及所述紊流板的设置方式是多样的，上述实施方式是一种优选的设置方式。所述紊流板为一字型板，所述紊流板沿着平行于所述液面的方向设置；所述节流板沿着垂直于所述液面的方向设置，这样，所述节流板和所述紊流板相互垂直连接。该种设置方式简单，易于安装，且能耗低且节约成本；更重要的是，所述紊流板沿着平行于所述液面的方向设置，使得所述紊流交换空间的高度均匀，使得紊流交换彻底。

  3. 本实用新型提供的气液交换装置，所述节流板与所述紊流板一体成型。一体成型使得所述节流板和所述紊流板的过渡更加自然且结合更加牢固，保证了两者的性能，从而确保了节流交换和紊流交换的顺利进行。

4.本实用新型提供的气液交换装置，优选地，所述紊流交换空间的高度为H，所述高度H为30-400mm。所述紊流交换空间的高度H影响到气液交换的效果，所述高度H越小，所述过渡液面越长，气液的效果越好；但是，如果高度过小，将会影响气液交换的效率，因此需要设置一个合理的范围，本实用新型优选将所述紊流交换空间的高度H设置为30-400mm。

5.本实用新型提供一种气液交换装置，优选地，所述腔室上设置一个补液口。随着气液交换程度的不断加深，所述腔室内的液面的高度会不断降低，为了保证后续气体能与液体进行有效的交换，本实用新型优选设置一个补液口，从而可以根据需要进行补水，保证液面始终在所需要的高度上，进而后续气液交换的效果也较好。

6.本实用新型提供一种气液交换装置，优选地，所述腔室包括连接所述出气口的出气腔和连接所述进气口的进气腔，该种设置方式使得从所述进气口进来的气体能够在所述进气腔中进行缓冲，从而保证气体不会产生激流，确保整体气液交换效果较好。从所述紊流交换空间出来的气体中很可能带有一些液珠，随着气体的运动，所述液珠将逐渐通过自重落回液面，通过设置所述出气腔，等于增大了所述气体的运动行程，从而便于保证液珠全部落回到腔室中，确保了出气口的干燥性。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据本实用新型的具体实施方式并结合附图，对本实用新型内容作进一步详细的说明，其中，

图1是现有技术提供的气液交换装置的结构示意图；

图2是现有技术提供的气液交换装置的工作原理图；

图3是实施例1的气液交换装置的结构和原理示意图；

图4是实施例2的气液交换装置的结构和原理示意图；

图5是实施例3的气液交换装置的结构和原理示意图；

图6是实施例4的气液交换装置的结构和原理示意图；

图7是实施例5的改进装置的结构和原理示意图；

图8是实施例6的气液交换装置的结构和原理示意图；

图9是实施例1中所述紊流板采用另一种设置方式时气液交换装置的结构和原理示意图；

图中附图标记表示为：1-腔室；11-第一气液交换空间11； 12-紊流交换空间；13-第二气液交换空间； 2-进气口；3-出气口；4-节流板；4`-紊流板；41-第一挡板；42-第二挡板；43-第一平板；44-第二平板 ；5-液面；51-过渡液面；6-补液口；61-补液管；7-出气腔；8-进气腔； 101-沉降池；102-出液口。

具体实施方式

本实用新型在核心技术方案中提供一种气液交换装置，包括具有液体的腔室1，所述腔室具有进气口2和出气口3；所述腔室1为一级气液交换腔室，或由相互连通的多级气液交换腔室组成; 每级所述气液交换腔室内设置一个或多个节流板4；还设置有紊流板4`，所述紊流板4`的一端与所述节流板4靠近液面5的一端相连接，另一端朝向所述气体的流动方向或者朝向与所述气体的流动方向相反的方向延伸设置；所述紊流板4`、液面5以及所述腔室1的内壁形成紊流交换空间12，气体在所述紊流交换空间12内被压缩并完成紊流交换，所述紊流板4`的长度L大于或等于50mm。在此核心技术方案的基础上，本实用新型可以有多种变形。

 下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的核心技术方案、扩展方案及变形方案进行详细地说明。

实施例1

如图3所示，本实施例提供一种卧式气液交换装置，包括具有液体的腔室1，所述腔室1为一级气液交换腔室，所述一级气液交换腔室为一个矩形腔室，所述腔室1具有进气口2和出气口3，还包括与所述进气口2连接的进气腔8以及与所述出气口3连接的出气腔7；所述腔室1上沿着垂直于液面5的方向设置一个节流板4；所述腔室1还包括一个紊流板4`，所述节流板4靠近所述液面5的一端与紊流板4`的一端固定连接，所述紊流板4`的另一端朝向气体的流动方向延伸；所述紊流板4`、所述腔室1的侧壁以及液面5形成高度为H的紊流交换空间12，所述紊流交换空间12的长度L（即所述紊流板4`的长度L）大于50mm；所述节流板4 、所述腔室1的侧壁以及所述液面5同时在所述节流板4的两侧形成第一气液交换空间11和第二气液交换空间13。

利用本实施例提供的气液交换装置进行气液交换的方法，气体先后经进气口2、进气腔8进入所述腔室1内部，首先进入所述第一气液交换空间11，在所述第一气液交换空间11内首先与液面5接触，进行气液交换，但该气液交换并不彻底；而后气体经过所述节流板4并进入所述紊流交换空间12内，由于经过所述节流板4的节流作用，气体的流速增大，并被压缩进入所述紊流交换空间12，在此，设置所述紊流板的长度大于50mm，这使得气流经所述节流板4节流后被压缩进入所述紊流交换空间12一定距离后，利用压缩的节流作用并通过转换而实现了气液之间的紊流交换，在紊流交换过程中，气体流速快，惯性碰撞与布朗运动剧烈，相对于节流交换来说气液两相较为充分地接触，交换效率高；气体经过所述紊流交换空间时，气体的流速经历了一个逐渐加速的过程，而同时，由于所述紊流交换空间12内的压强大于所述紊流交换空间出口处的压强，在所述紊流交换空间12的出口处形成一个过渡液面51，气体在所述紊流交换空间12与液体进行紊流交换后，在所述过渡液面51处被释放，进而对液体进行激发，从而发生气液交换，由于气体经过长时间的紊流交换后，速度得到很大的提高，因此，此处的气液交换很剧烈，从而进一步提高了气液交换的效率；最后气体沿着所述出气腔7从出气口3排出。在上述过程中，紊流交换与节流交换相结合，气体与液体充分接触，交换效果好。 

需要说明的是，通过对所述气液交换装置的上述合理设计，既增加了气液交换的次数，也增加了气液交换的方式，实现了紊流交换与节流交换的结合，保证了所述气液交换具有较好的效果。

为了进一步提高气液交换效果，在本实施例中，对所述紊流交换空间12的高度H进行优选设计。所述紊流交换空间12的高度H影响到气液交换的效果，所述高度H越小，所述过渡液面51越长，节流交换的效果越好，但是，如果高度过小，将会影响节流交换的效率，因此需要设置一个合理的范围。优选地，所述紊流交换空间12的高度H设置为30-400mm，在本实施例中，所述紊流交换空间12的高度H进一步优选设置为100mm。

为了保证将气液交换后进入液体中的杂质顺利地排除，本实施例中在所述腔室1的一侧设置一个V形沉降池101。

在本实施例中，交换液体为水。

需要进一步说明的是，本实施例中，所述紊流板4`的另一端也可以朝向与所述气体的流动方向相反的方向延伸设置，见图9,采用该种设置方式时，气体从所述进气口2进入所述腔室1后，进行气液交换，而后气体经过所述紊流板4`并被压缩进入所述紊流交换空间12内一定距离后，利用压缩的节流作用并通过转换而实现了气液之间的紊流交换，最后从所述紊流交换空间12出去后在所述节流板4的作用下进行节流交换。该种设置方法也可以实现紊流交换与节流交换的结合，气液交换的效率高。

实施例2

如图4所示，本实施例提供的气液交换装置在实施例1的基础上进行了改进。在所述腔室1上进一步设置有出液口102，所述出液口102设置在靠近所述出气口3的一侧。所述节流板4垂直于所述液面5设置，所述节流板4的下端一体成型一个一字形的紊流板4`,所述紊流板4`的长度L优选设置为60mm，所述紊流板4`、液面5以及腔室1的侧壁形成紊流交换空间12，所述紊流交换空间12的高度为H，优选地，所述高度H在30-400mm之间，本实施例中，所述高度H进一步优选设置为200mm。

本实施例中，在靠近所述出气口3的一侧设置出液口102。这样，在气液交换过程中，当所述过渡液面51的最大高度高于所述出液口102时，多余的液体就从所述出液口102排出，便于形成稳定的过渡液面51，提高了气液交换的效率；也可以在所述进气口2的一侧设置一个出液口102，以便于形成稳定的液面5，从而进一步提高气液交换的效率。

实施例3

如图5所示，本实施例提供的气液交换装置是在实施例2的基础上在所述腔室1上进一步设置补液口6，所述补液口6设置在靠近所述出气口3的一侧。

本实施例中，所述高度H优选设置在30-400mm之间，进一步优选地，所述高度H设置为30mm；所述紊流交换空间12的长度为L优选设置为50mm。

随着气液交换程度的加深，所述液面5和所述过渡液面51会不断降低，很容易造成供液量不足的问题，通过补液口6的设置可以保证气液交换的稳定进行。

实施例4

本实施例提供一种气液交换装置，其结构如图6 所示，包括具有液体的腔室1，所述腔室1为矩形的一级气液交换腔室，所述腔室1包括进气口2和出气口3，还包括与出气口3连接的出气腔7，所述出气腔7垂直于液面5设置；所述腔室1上沿着垂直于液面5的方向设置节流板4，所述节流板4靠近液面5的一端与紊流板4`的一端固定连接，所述紊流板4`的另一端朝着气体的流向方向延伸。所述紊流板4`、所述腔室1的侧壁以及液面5形成高度为H的紊流交换空间12，所述紊流交换空间12的长度L（即所述紊流板4`的长度L）大于50mm，进一步优选地，所述长度L为65mm，所述紊流交换空间12的高度H优选设置为400mm；所述节流板4 、所述腔室1的侧壁以及所述液面5同时在所述节流板4的两侧形成第一气液交换空间11和第二气液交换空间13。

在本实施例中，所述腔室1上进一步设置补液管61，通过补液管61连接所述补液口6，所述补液管61插入所述液面5下。利用本实施例提供的气液交换装置进行气液交换的方法，通过设置补液管61，并将所述补液管61插入液面5下，可以避免补液时产生液溅，有利于形成稳定的液面5，进一步提高了气液交换的效率。

实施例5

如图7所示，本实施例提供的气液交换装置是在实施例4基础上在所述出气腔7内进一步设置有横向、交错分布的挡板，所述挡板包括第一挡板41和第二挡板42，所述第一挡板41和所述第二挡板42分别由平行于所述紊流板4`的第一平板43和垂直于所述第一平板43的第二平板44组成。 

利用本实施例提供的气液交换装置进行气液交换的方法，从所述第二气液交换空间13内被气体带出来的液体，在所述第一挡板41和所述第二挡板42的阻挡及其自身重力的作用下落回所述液面5，所述气体从所述出气口3排出。

在本实施例中，所述紊流交换空间12的长度L（即所述紊流板4`的长度L）优选设置为70mm，所述紊流交换空间12的高度H优选设置为300mm。

在所述腔室1上设置沉降池101。

实施例6

如图8所示，本实施例提供的气液交换装置是二级气液交换腔室，在所述二级气液腔室的一端设置进气口2，另一端设置出气口3；所述二级气液腔室具有连通设置的两个腔室1，每级所述腔室1上沿着垂直于液面5的方向设置节流板4，所述节流板4垂直于所述液面5，每级所述腔室1还包括一个紊流板4`，所述紊流板4`平行于所述液面5，所述紊流板4`的一端与所述节流板4靠近所述液面5的一端固定连接，所述紊流板4`的另一端向着气体的流动方向延伸；所述紊流板4`、所述腔室1的侧壁以及液面5形成高度为H的紊流交换空间12；所述节流板4、所述腔室1的侧壁以及所述液面5同时在所述节流板4的两侧形成第一气液交换空间11和第二气液交换空间13。

在本实施例中所述紊流交换空间12的长度L（即所述紊流板4`的长度L）优选设置为80mm，所述紊流交换空间12的高度H优选设置为400mm。

本实施例提供的气液交换装置的每级腔室的气液交换原理与实施例1相同。利用本实施例提供的气液交换装置进行气液交换的方法，每级腔室都能实现实施例1中所述气液交换的效果，更为重要是的，二级气液交换装置具有更高的气液交换效率。

需要说明的是，本实用新型的其他实施例中所示的气液交换装置也可以形成二级以上的多级气液交换装置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型权利要求的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种气液交换装置，包括

具有液体的腔室（1），所述腔室具有进气口（2）和出气口（3）；所述腔室（1）为一级

气液交换腔室，或由相互连通的多级气液交换腔室组成; 每级所述气液交换腔室内设置一个或多个节流板（4）； 

其特征在于：

还设置有紊流板（4`），所述紊流板（4`）的一端与所述节流板（4）靠近液面（5）的一端相连接，另一端朝向所述气体的流动方向或者朝向与所述气体的流动方向相反的方向延伸设置；所述紊流板（4`）、液面（5）以及所述腔室（1）的内壁形成紊流交换空间（12），气体在所述紊流交换空间（12）内被压缩并完成紊流交换；

所述紊流板（4`）的长度L大于或等于50mm。

2.根据权利要求1所述的气液交换装置，其特征在于：所述紊流板（4`）为一字型板，所述紊流板（4`）平行于所述液面（5）。

3.根据权利要求1或2所述的气液交换装置，其特征在于：所述节流板（4）垂直于所述液面（5）。

4.根据权利要求3所述的气液交换装置，其特征在于：所述节流板（4）与所述紊流板（4`）一体成型。

5.根据权利要求4所述的气液交换装置，其特征在于：所述紊流交换空间（12）的高度H为所述紊流板（4`）的下沿到所述液面（5）的距离，所述高度H为30-400mm。

6.根据权利要求5所述的气液交换装置，其特征在于：所述腔室（1）上设置有补液口（6）。

7.根据权利要求6所述的气液交换装置，其特征在于：所述补液口（6）设置在所述出气口（3）一侧。

8.根据权利要求7所述的气液交换装置，其特征在于：所述腔室（1）包括连接所述出气口（3）的出气腔（7）和连接所述进气口（2）的进气腔（8）。

9.根据权利要求8所述的气液交换装置，其特征在于：所述出气腔（7）垂直于所述液面（5）设置。

10.根据权利要求9所述的气液交换装置，其特征在于：所述出气腔（7）内设置有至少一个挡板。

11.根据权利要求10所述的气液交换装置，其特征在于：所述挡板为两个，分别为第一挡板（41）和第二挡板（42），所述第一挡板（41）和所述第二挡板（42）横向、交错设置。

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