CN220257617U - 一种用于气体向液体扩散的装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种用于气体向液体扩散的装置，包括折叠滤芯和外壳，折叠滤芯置于外壳内，且与外壳之间形成储液腔，液体通过第二进料口进入储液腔，气体通过第一进料口进入折叠滤芯，气体透过折叠滤芯向储液腔扩散；外壳的进料端与出料端之间具有筒体；筒体的内壁与折叠滤芯轴向的外壁形成环形气体扩散区，环形气体扩散区的径向截面积由进料端向出料端的方向呈梯度递减，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度为0.2‑2mm²/mm；折叠滤芯的单位轴向长度的透气量为100‑500s/ml/mm。本申请采用折叠滤芯实现气体向液体的扩散及混合，提高气体和液体的混合效率；且使得由靠近进料端向靠近出料端的压力逐渐增大，溶液中的气体受压力作用不易从液体中挥发。

Description

一种用于气体向液体扩散的装置

技术领域

本申请涉及气液混合技术领域，特别是一种用于气体向液体扩散的装置。

背景技术

氨水应用广泛，氨水可用作农业肥料，且在化学工业中用于制造各种铵盐，有机合成的胺化剂，生产热固性酚醛树脂的催化剂，在纺织工业中用于毛纺、丝绸、印染行业，作洗涤羊毛、呢绒、坯布油污和助染、调整酸碱度等用；另外，还用于制药、制革、热水瓶胆(镀银液配制)、橡胶和油脂的碱化。但氨水具有挥发性，易挥发出氨气，随温度升高、浓度增大和放置时间延长而挥发率增加，影响氨水浓度的均匀性，进而影响氨水的使用效果。

申请公告号为CN100361729C，名称为用于形成气体传递膜的褶式结构，其中，一种用于实现气体通过薄膜从第一流体传递到第二流体的接触器装置，包括：一个位于外壳内的圆柱形褶式膜滤芯，所述外壳具有用于第一流体的第一入口和第一出口以及至少一个用于第二流体的第二出口，位于所述第一流体的第一流道中的挡板。该专利中通过设置挡板来实现将流体引入褶式滤芯各片之间的缝隙。若将该装置用于氨气与去离子水制备氨水，那么随着氨气溶解于去离子水中，该装置内溶液浓度逐渐增大，温度逐渐升高；由于氨水具有挥发性，氨水在高温高浓度的条件下易挥发出氨气，导致氨水浓度和均匀性的下降。

因此，本领域技术人员需设计一种用于气体向液体扩散的装置，以解决现有技术中，由于装置内溶液浓度逐渐增大，温度逐渐升高，而导致气体挥发，进而降低溶液浓度均匀的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本申请提供了一种用于气体向液体扩散的装置，解决了由于装置内溶液浓度逐渐增大，温度逐渐升高，而导致气体挥发，进而降低溶液浓度均匀性的问题。

为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：

一种用于气体向液体扩散的装置，包括折叠滤芯和外壳，所述折叠滤芯置于所述外壳内，且与所述外壳之间形成储液腔，所述外壳的一端为进料端且设有第一进料口和第二进料口，所述外壳的另一端为出料端且设有出料口，液体通过所述第二进料口进入所述储液腔，气体通过所述第一进料口进入所述折叠滤芯，气体透过所述折叠滤芯向所述储液腔扩散；所述外壳的所述进料端与出料端之间具有筒体；

所述筒体的内壁与所述折叠滤芯轴向的外壁形成环形气体扩散区，所述环形气体扩散区的径向截面积由所述进料端向所述出料端的方向呈梯度递减，所述环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度为0.2-2mm²/mm；所述折叠滤芯的单位轴向长度的透气量为100-500s/ml/cm。

本申请用于气体向液体扩散的装置，利用折叠滤芯实现气体向液体的扩散及混合，折叠滤芯使气体在扩散过程中具有较大的有效透气面积，使气液混合的更加均匀。另外，整个滤芯轴向外壁均能够供气体透过与液体接触，使得更多的气体能够在单位时间内与更多的液体接触混合，提高气体和液体的混合效率，本申请将筒体的内壁与折叠滤芯轴向的外壁之间的空间定义为环形气体扩散区，在环形气体扩散区内，充斥着液体，气体透过折叠滤芯与液体接触，环形气体扩散区的截面为圆环，保证在折叠滤芯的单位截面上的周向压力基本一致，气体能够均匀地从折叠滤芯的轴向外壁透出。具体的，本申请中的气体为氨气，液体为去离子水。其中，储液腔为折叠滤芯与外壳内壁之间的腔体，筒体的内壁与折叠滤芯轴向的外壁之间的空间为环形气体扩散区，环形气体扩散区属于储液腔的一部分。

去离子水自进料端流向出料端的过程中不断混合并溶解氨气，因而氨水的浓度自进料端向出料端不断提高，由于氨气溶于水为放热反应，因此，氨水浓度的提高也意味着氨水温度的提高，而正如前述，氨水在高浓度、高温度条件下容易发生氨气解吸，一旦氨气在高浓度、高温的条件下大量解吸，大量解吸的氨气上升移动聚集在滤芯靠近进料端的区域，使滤芯靠近进料端的区域的压力过大，增大了滤芯靠近进料端区域气体的扩散阻力，进而降低了气体由滤芯内侧向外侧的扩散量，而导致氨水浓度的均匀性度降低，因此，本申请对环形气体扩散区做了改进，使得环形气体扩散区的径向截面积由所述进料端向所述出料端的方向呈梯度递减，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度为环形气体扩散区靠近进料端的径向截面积与环形气体扩散区靠近出料端的径向截面积的差和环形气体扩散区的轴向长度之间的比值。其中，环形气体扩散区的径向截面积梯度递减是指，环形气体扩散区的径向截面积以连续减小的方式变化，或以逐级减小的方式变化。其中，连续减小为环形气体扩散区从靠近进料端向靠近出料端的径向截面的面积连续性减小。逐级减小为环形气体扩散区从靠近进料端向靠近出料端的径向截面的面积像台阶一样一级一级的减小。另外，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度包括以下方式，但不仅限于以下方式：1、在轴向方向上滤芯外径不变、筒体内径梯度减小；2、在轴向方向上滤芯外径梯度递增、筒体内径不变；3、在轴向方向上滤芯的外径和筒体内径均发生变化，即滤芯的外径呈梯度递增、筒体内径呈梯度递减。具体实现方式包括但不限于以下方式：滤芯为柱状，筒体内径梯度递减，其中梯度递减包括连续减小和逐级减小等；或，滤芯外径梯度递增，筒体内径不变，其中梯度递增包括呈连续减小和逐级减小等，或者，滤芯的外径和筒体内径均发生变化，例如，滤芯的外径梯度递增，筒体内径连续减小。使得环形扩散区的径向截面积由靠近进料端向靠近出料端梯度减小；而环形气体扩散区内的液体流量不变，因此，环形气体扩散区内氨水的压力自进料端向靠近出料端梯度增大，而随着压力的增大，氨水的溶解度提高，即，本申请中环形气体扩散区截面积的变化梯度使氨水制备过程中不仅氨水的浓度、温度逐渐提高，氨水的压力也逐渐提高，以降低氨水由于浓度、温度提高而导致氨气解吸的可能性，从而确保制得的氨水具有更高的均匀性。

综上，在筒体内靠近进料端的压力向靠近出料端的压力梯度增大的作用下，避免由于外壳内温度逐渐升高以及氨水浓度梯度增大，导致氨水溶液中挥发出氨气，确保了制备溶液浓度的均匀度；同时避免了挥发的气体向进料端流动而导致进料端的压力过大，进而降低折叠滤芯靠近进料端一端的气体透出量。

环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度为0.2-2mm²/mm，使得环形气体扩散区在进料端和出料端的压力差在合理范围内，避免靠近出料端的压力过小而无法起到限制气体挥发的作用，也避免靠近出料端的压力过大导致折叠滤芯靠近出料端的一侧气体不易透出。若环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度过大，则靠近出料端附近的环形气体扩散区面积过小，降低溶液的流通量，易造成溶液在此处堆积，导致该处溶液存在不同的流动方向和不同的流速形成涡流，堵塞流道，反而导致氨水溶液因在装置内时间较长而增加气体挥发的概率。

另外，本申请还通过限制折叠滤芯的单位轴向长度的透气量，使折叠滤芯具有合适的气体扩散量，以确保气体与液体混合形成合适浓度的溶液。若单位轴向长度的透气量过大，则气体在液体中瞬时达到饱和，部分还未溶于液体的气体形成大量气泡，一方面气泡会堵塞在折叠滤芯的气体扩散通道，进而降低气体的扩散，使溶液浓度的均匀性降低；另一方面，环形气体扩散区靠近滤芯侧的液体瞬时达到饱和，继续扩散的气体在饱和溶液中以气泡的形式存在，并向进料端扩散，降低了气体向外壳内壁侧扩散的驱动力，导致靠近外壳内壁侧溶液的浓度过小，进而降低了溶液混合的均匀度。若单位轴向长度的透气量过小，进而导致气液混合效率过低，溶液的浓度无法满足要求。

优选地，所述筒体内腔轴向的锥度为0.004-0.024mm/mm，所述折叠滤芯为柱状，其外壁为柱形面，所述环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度为0.5-1.8mm²/mm。

在实际应用场景中，本申请的折叠滤芯为柱体，其轴向外壁为柱形面，即上下端的外径保持一致，因此，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度主要依靠筒体内腔轴向的锥度实现。筒体内腔轴向的锥度指的是，筒体靠近进料端对应的半径和筒体靠近出料端对应的半径之间的差值与筒体的轴向长度的比值，筒体靠近进料端对应的半径大于筒体靠近出料端对应的半径，通过限制筒体内腔轴向的锥度来控制环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度，使其优选值为0.5-1.8mm²/mm，确保环形气体扩散区在靠近进料端和靠近出料端各处的压力，能够抑制随着氨水浓度的增大以及外壳内温度的升高，氨水中氨气不易挥发。

优选地，所述折叠滤芯包括具有孔洞结构的中心杆以及环设于所述中心杆周向的膜体；所述折叠滤芯的外壁与所述筒体的内壁的最大径向距离为H1；所述中心杆的内径为R1，R1与H1之间满足以下关系，R1：H1＝1.1-3.1。

由上可知，气体穿过折叠滤芯向储液腔扩散，因此折叠滤芯的外壁与所述筒体的内壁的最大径向距离H1与所述中心杆的内径R1之间的比值，对气体向液体径向扩散的距离有较大影响，气体进入环形气体扩散区后，先与环形气体扩散区靠近折叠滤芯的一侧的液体接触混合，且环形气体扩散区的径向截面积由进料端向出料端的方向呈梯度递减，对应的，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最大径向距离对应的位置在环形气体扩散区靠近进料端的位置，在该位置，若H1的值过大，则气体到达环形气体扩散区靠近筒体内壁的一侧的时间过长，且随着气体扩散距离的增加，扩散阻力也随之增大，只有少量气体到达靠近筒体内壁的一侧，导致环形气体扩散区靠近筒体内壁的一侧的溶液浓度过低，外壳内的溶液混合不均匀，因此，需要控制R1与H1之间满足以下关系，R1：H1＝1.1-3.1，使得折叠滤芯内的储气量以及折叠滤芯的透气量保证有足量的气体能够到达环形气体扩散区靠近筒体内壁的一侧并与液体混合，使得环形气体扩散区靠近进料端的区域中形成的溶液浓度基本均匀。

优选地，所述进料端的内壁设有连接管，所述连接管的一端与所述第一进料口连通，所述折叠滤芯的进气端设有与所述中心杆连通的中心管，所述连接管的另一端套设于所述中心管外周与所述中心管连通；所述中心杆的内径R1、所述中心管的内径R2、所述连接管的内径R3和所述第一进料口的内径R4满足以下关系：R3＞R2＞R1＞R4。

本申请中，气体进入第一进料口后，通过连接管以及中心管进入中心杆中，充斥在中心杆内的气体透过中心杆外周的膜体向环形气体扩散区扩散，控制第一进料口的内径最小，则气体进入第一进料口后，在内径较大的连接管内聚集并向中心管流动，使气体流动速度降低，流动方向均匀，再依次进入中心管和中心杆，且R3＞R2＞R1，使气体的扩散速度逐级增大，以避免气体之间由于流动方向不同和瞬时增大流速而增大气体发生碰撞的机率，造成气体的涡流，进而降低气体的扩散量。

优选地，所述折叠滤芯的底部与所述出料口之间的轴向距离为D1，所述折叠滤芯的外壁与所述筒体的内壁的最小径向距离为H2，D1与H2之间满足以下关系，D1：H2＝4-12。

本申请的折叠滤芯的底部与出料口之间设置有混合区，D1即为混合区的轴向高度。若D1过大，则气液混合后在装置内停留时间过长，易增加氨水中氨气蒸发的几率；而气液混合后需要一定时间的缓冲混合才能使溶液更加稳定、浓度更加均匀，若D1过小，则缓冲时间不足，气体在液体中还未稳定溶解就被排出外壳，容易在排出管道内造成气液分离，降低溶液浓度的均匀性。限制折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最小径向距离，确保该区域的压力避免氨气从氨水中挥发，同时确保氨气在去离子水中溶解的稳定性，满足氨水在流出出料口之前氨水中不会挥发出氨气的需求；若H2过大，则该位置的压力过小，无法满足抑制氨水中氨气挥发的需求；若H2过小，则该位置供液体流通的通道较窄，易造成液体在此处堆积，降低此处液体的通过量，延长液体在装置内的停留时间，增大氨气从氨水中挥发的机率。D1与H2合适的比值，气液混合后的溶液在H2位置获得的压力满足氨水在流出出料口之前氨水中不会挥发出氨气的需求。若D1：H2的比值过大，则D1相对较大，即相对延长了氨水在装置内的停留时间，增大了氨水中挥发出氨气的几率；若D1：H2的比值过小，则H2相对较大，则易造成液体在此处堆积，降低此处液体的通过量，延长液体在装置内的停留时间，增大氨气从氨水中挥发的机率。

优选地，所述折叠滤芯底部与所述出料端底部内壁的最大距离D2为50-150mm，且D2与D1之间满足以下关系，D2：D1＝1.05-1.3。

本申请的出料口偏心设置在外壳的出料端的底部，使得出料口的最高处高于出料端的底部内壁的最低处，避免溶液直接冲击出料口，在出料口处产生漩涡导致溶液反流至外壳内部，控制D2：D1的比值即为控制出料口在轴向上的开口高度和出料口的出料面积，以保证外壳的出液量符合要求，进而确保溶液具有合适的浓度。

优选地，所述出料端的内壁设有若干凸块，若干所述凸块围绕所述出料端的中心轴线布置。

储液腔中的溶液向出料口流动时，流体之间相互碰撞，导致溶液流动方向和流速不断发生改变，容易形成漩涡，易造成出料口堵塞，导致溶液无法流出，设置凸块能够将外壳底部的流体产生的漩涡打散，出料口周围的流体压力均匀，气液混合更加均匀。

优选地，所述凸块轴向的最大高度为10-40mm。

控制凸块的轴向最大高度的目的在于，若凸块的轴向高度过大，则会对流体产生阻挡作用，影响外壳底部的气液混合均匀度，进而影响制备溶液浓度的均匀度；若凸块的轴向高度过小，则凸块不具备打散漩涡的效果。

优选地，所述出料端的底部为凹弧面，所述出料口位于所述出料端的侧壁，所述出料口与所述凹弧面上凹点的轴向距离为3-20mm。

外壳的出料端的底部为凹弧面结构，凹弧面对流入出料口之前的流体具有引流和缓冲作用，凹弧面的最高点与筒体靠近出料端的一侧相接，使得其内的流体经过凹弧面的引导具有相同的流动方向和相同的流动速度，避免了流体在流入出料口时产生漩涡，进而避免了出料口堵塞，液体无法排出。而控制出料口与所述凹弧面上凹点的轴向距离指的是，出料口的最高点与凹弧面的最低的轴向距离，若该轴向距离过大，则液体不易向出料口流动，引流效果丧失；若该距离过小，则易导致流体在流入出料口时产生漩涡。

优选地，所述中心管的外壁环设有至少两个密封槽，用于与所述连接管密封，所述密封槽内设置有弹性密封圈；

所述弹性密封圈的高度为H3，所述密封槽的槽壁高度为H4，△H＝H3-H4，为0.4-1.2mm；

所述密封槽槽底的宽度L3，所述弹性密封圈的宽度L4，△L＝L4-L3；

所述弹性密封圈的密封度＝△L/△H为0.6-1.2。

上述参数使得弹性密封圈在密封槽中具有合适的密封度，弹性密封圈产生合适的弹性形变，使中心管与连接管的具有足够的密封性，以避免气体发生泄露，降低中心杆内部的气压，进而降低气体单位时间内的气体透过量。

综上所述，与现有技术相比，本申请的装置中，筒体的内壁与折叠滤芯轴向的外壁形成环形气体扩散区，环形气体扩散区的径向截面积由进料端向出料端的方向呈梯度递减，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度为0.2-2mm²/mm；折叠滤芯的单位轴向长度的透气量为100-500s/ml/mm，可有效避免由于装置内温度的升高，氨水浓度的增加，使制备的氨水溶液中挥发出氨气。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的用于气体向液体扩散的装置的剖面示意图。

图2为图1中的A处放大图。

图3为图1中的B处放大图。

图4为本申请实施例的用于气体向液体扩散的装置的内部示意图。

图5为图4中的C处放大图。

附图标记说明

1、外壳；11、环形气体扩散区；12、进料端；121、第一进料口；122、第二进料口；123、连接管；13、出料端；131、出料口；132、凹弧面；133、凸块；14、筒体；

2、折叠滤芯；21、中心杆；22、膜体；23、中心管；231、密封槽；232、弹性密封圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如附图1和附图4所示，本申请实施例提供一种用于气体向液体扩散的装置，包括折叠滤芯2和外壳1，折叠滤芯2置于外壳1内，且与外壳1之间形成储液腔，外壳1的一端为进料端12且设有第一进料口121和第二进料口122，外壳1的另一端为出料端13且设有出料口131，液体通过第二进料口122进入储液腔，气体通过第一进料口121进入折叠滤芯2，气体透过折叠滤芯2向储液腔扩散，折叠滤芯使气体在扩散过程中具有较大的有效透气面积，使气液混合的更加均匀。另外，气体在透过折叠滤芯2的过程中被均匀分散，在透过折叠滤芯2后，小体积的气体能够及时与液体接触并混合，液体吸收气体后形成溶液，由于折叠滤芯2的整个轴向外壁均能够供气体透过与液体接触，更多的气体能够在单位时间内与更多的液体接触混合，提高气体和液体的混合效率。本实施例中的气体为氨气，液体为去离子水。

外壳1的进料端12与出料端13之间具有筒体14，筒体14的横截面为圆形，折叠滤芯2的横截面也为圆形，且折叠滤芯2的轴线与筒体14的轴线基本重合，因此，在筒体14的内壁与折叠滤芯2的轴向外壁之间形成环形气体扩散区11，环形气体扩散区11与储液腔至少部分重叠，环形气体扩散区11的截面为圆环，使折叠滤芯2的单位截面的周向压力基本一致，使折叠滤芯2的外壁周向扩散出的气体量较均匀。值得注意的是，折叠滤芯2的轴线与筒体14的轴线基本重合包括轴线完全重合以及两根轴线有少量偏移的情况，且少量偏移为正常的装配误差，不影响折叠滤芯2的正常使用。

本申请实施例的装置在使用时一般为竖直放置，外壳1的进料端12位于顶部，出料端13位于底部，折叠滤芯2轴向设置在外壳1内，环形气体扩散区11沿轴向延伸，由于折叠滤芯2的整个周向外壁均能够供气体透过与液体接触，从折叠滤芯2的上部透出的气体与液体也混合形成溶液，并由进料端12向出料端13流动，在此过程中，折叠滤芯2的外壁持续透出气体，因此，越靠近出料端13，氨水的浓度越大，且氨气和水制备氨水为放热反应，外壳1内的温度逐渐升高，由于氨水浓度逐渐增加，以及外壳1内温度逐渐升高，氨气容易从溶液中挥发。且氨水放置时间延长会使氨气挥发率增加，且随氨水浓度的增大，氨气挥发量也会增加。本申请实施例的装置中，由进料端12向出料端13氨水浓度逐渐增大，且此反应为放热反应外壳1内的温度逐渐升高，易导致氨水中挥发出氨气，而为了避免这种情况发生，环形气体扩散区11的径向截面积由进料端12向出料端13的方向呈梯度递减，靠近出料端13的环形气体扩散区11的径向截面积小于靠近进料端12的环形气体扩散区11，而环形气体扩散区11内的液体流量不变，使得外壳1靠近出料端13向靠近进料端12的压力逐渐增大，溶液中的气体受压力作用不易从液体中挥发，由此避免了挥发的气体向进料端12流动而导致进料端12的压力过大，影响了折叠滤芯2靠近进料端12一侧的气体透出量。

且意外发现，环形气体扩散区11的径向截面积的变化梯度为0.2-2mm²/mm时，环形气体扩散区11在进料端12和出料端13的压力差在合理范围内，避免靠近出料端13的压力过小而无法起到限制气体挥发的作用，也避免靠近出料端13的压力过大导致折叠滤芯2靠近出料端13的一侧气体不易透出；同时，若环形气体扩散区11的径向截面积的变化梯度过大，则与出料端13对应的环形气体扩散区11面积过小，溶液在此处堆积易造成涡流，延长了溶液在装置内的时间，反而导致溶液因放置时间延长而气体挥发率增加。

其中，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度包括以下方式，但不仅限于以下方式：1、在轴向方向上滤芯外径不变、筒体内径梯度减小；2、在轴向方向上滤芯外径梯度递增、筒体内径不变；3、在轴向方向上滤芯的外径和筒体内径均发生变化，即滤芯的外径层梯度递增、筒体内径呈梯度递减。具体实现方式包括但不限于以下方式：1、滤芯为柱状，筒体内径梯度递减，其中梯度递减包括连续减小和逐级减小等；2、滤芯外径梯度递增，筒体内径不变，其中梯度递增包括连续减小和逐渐减小等；3、滤芯的外径和筒体内径均发生变化，例如，滤芯的外径梯度递增，筒体内径逐渐递减，上述几种情况均可实现环形扩散区的径向截面积的变化梯度的效果，为了便于说明，本申请以实现方式中的3为例，如附图1所示，本实施例的折叠滤芯2为柱体，其轴向外壁为柱形面，即上下端的外径保持一致，环形气体扩散区11的径向截面积的变化梯度主要依靠筒体14内壁的锥度实现，筒体14靠近进料端12的一侧内径为L1；筒体14靠近出料端13的一侧内径为L2，即筒体14与折叠滤芯2底部相对应位置的内径；筒体的轴向长度为S2；筒体底部的内径为L5；筒体的锥度J＝(L1-L5)/S2，J的取值范围为0.004-0.024mm/mm，由于折叠滤芯2的上下端外径基本一致，误差可忽略不计，环形气体扩散区11的径向截面积的变化梯度T与L1、L2以及S1相关，T＝(L1²-L2²)π/4S1，其中，S1是折叠滤芯2褶的轴向长度，经测算，环形气体扩散区11的径向截面积的变化梯度T的优选范围为0.5-1.8mm²/mm，使得环形气体扩散区11在进料端12和出料端13的压力差在更合适的范围内，在保证气体不易挥发。本实施例的折叠滤芯2的单位轴向长度的透气量为100-500s/ml/mm，使折叠滤芯2具有合适的透气量，其中，单位轴向长度的透气量为在一定的轴向长度上，通过一定量的气体，所需要的时间。

如附图1、附图2和附图5所示，折叠滤芯2的外壁与筒体14的内壁的最大径向距离为H1，对应的位置在环形气体扩散区11靠近进料端12的位置，折叠滤芯2的外壁与筒体14的内壁的最小径向距离为H2，对应的位置在环形气体扩散区11靠近出料端13的位置。若H1的值过大，则气体到达环形气体扩散区11靠近筒体14内壁的一侧的时间过长，且随着气体扩散距离的增加，扩散阻力也随之增大，只有少量气体到达靠近筒体14内壁的一侧，导致环形气体扩散区11靠近筒体14内壁的一侧的溶液浓度过低，外壳1内的溶液混合不均匀，因此，需要控制R1与H1之间满足以下关系，R1：H1＝1.1-3.1，使得折叠滤芯2内的储气量以及折叠滤芯2的透气量保证有足量的气体能够到达环形气体扩散区11靠近筒体14内壁的一侧并与液体混合，使得环形气体扩散区11靠近进料端12的区域中形成的溶液浓度基本均匀。

如附图5所示，折叠滤芯2的轴向长度与折叠滤芯2的底部到外壳1的出料端13的底部的距离对应，折叠滤芯2的底部与出料口131之间的轴向距离为D1，若D1过大，则气液混合后在装置内停留时间过长，易增加氨水中氨气蒸发的几率；而气液混合后需要一定时间的缓冲混合才能使溶液更加稳定、浓度更加均匀；若D1过小，则缓冲时间不足，气体在液体中还未稳定溶解就被排出外壳1，容易在排出管道内造成气液分离，降低溶液浓度的均匀性。

折叠滤芯2的外壁与所述筒体的内壁的最小径向距离为H2，若H2过小，则该位置供液体流通的通道较窄，易造成液体在此处堆积，降低此处液体的通过量，延长液体在装置内的停留时间，增大氨气从氨水中挥发的机率。D1与H2合适的比值，气液混合后的溶液在H2位置获得的压力满足氨水在流出出料口131之前氨水中不会挥发出氨气的需求。

如附图4和5所示，本实施例的出料端13的底部为凹弧面132，凹弧面132对流入出料口131之前的流体具有引流和缓冲作用，凹弧面132的最高点与环形气体扩散区11靠近出料端13的一侧相接，使得其内的流体经过凹弧面132的引导具有相同的流动方向和相同的流动速度，避免了流体在流入出料口131时产生漩涡，进而保证了出料口具有合适的出液量。优选地，凹弧面132的弧度范围为10-50°，若弧度越大，则凹弧面132的凹陷程度越大，无法统一流体的流动方向和流速，无法实现缓冲的作用；若弧度较小，则凹弧面132的凹陷程度较小，无法实现引流和缓冲的作用。如附图5所示，控制出料口131与凹弧面132上凹点的轴向距离指的是，出料口131的最高点与凹弧面132的最低的轴向距离H5。

本实施例的出料口131偏心设置在外壳1的出料端13的底部，且出料端13的底部为凹弧面132，因此，出料口131的最高处高于出料端13的底部内壁的最低处，可避免溶液直接冲击出料口131，在出料口131处产生漩涡导致溶液反流至外壳1内部。

由于折叠滤芯2的底部与出料口131间隔设置，且具有一定轴向距离，储液腔中的溶液向出料口131流动时，流体之间相互碰撞，容易形成漩涡，进而造成出料口131堵塞，降低出液量，本实施例在出料端13的内壁设有若干凸块133，若干凸块133围绕出料端13的中心轴线布置，能够将外壳1底部的流体产生的漩涡打散，出料口131周围的流体压力均匀，气液混合更加均匀，流体以较合适的流速流出出料口131。如附图1所示，凸块133轴向的最大高度G为10-40mm，若凸块133的轴向高度过大，则会对流体产生阻挡作用，影响外壳1底部的气液混合均匀度，进而影响制备溶液浓度的均匀度；若凸块133的轴向高度过小，则凸块133不具备打散漩涡的效果。

如附图2和附图3所示，进料端12的内壁设有连接管123，连接管123的一端与第一进料口121连通，折叠滤芯2的进气端设有与中心杆21连通的中心管23，连接管123的另一端套设于中心管23外周与中心管23连通，气体进入第一进料口121后，通过连接管123以及中心管23进入中心杆21中，充斥在中心杆21内的气体透过中心杆21外周的膜体22向环形气体扩散区11扩散，中心杆21的内径R1、中心管23的内径R2、连接管123的内径R3和第一进料口121的内径R4满足以下关系：R3＞R2＞R1＞R4，控制第一进料口121的内径最小，则气体进入第一进料口121后，在内径较大的连接管123内聚集并向中心管23流动，使气体流动速度降低，流动方向均匀，再依次进入中心管23和中心杆21，且R3＞R2＞R1，使气体的扩散速度逐级增大，以避免气体之间由于流动方向不同和瞬时增大流速而增大气体发生碰撞的机率，造成气体的涡流，进而降低气体的扩散量。

为了保证中心管23与连接管123的密封，中心管23的外壁环设有至少两个密封槽231，用于与连接管123密封，密封槽231内设置有弹性密封圈232；弹性密封圈232的高度为H3,密封槽231的槽壁高度为H4，△H＝H3-H4，为0.4-1.2mm；密封槽231槽底的宽度L3，弹性密封圈232的宽度L4，△L＝L4-L3；弹性密封圈232的密封度＝△L/△H为0.6-1.2，上述参数使得弹性密封圈232在密封槽231中具有合适的密封度，弹性密封圈232产生合适的弹性形变，使中心管23与连接管123的具有足够的密封性，以避免气体发生泄露。

选择氨气作为气体从第一进料口通入，选择去离子水作为液体从第二进料口通入，并基于上述参数范围设置如下实施例和对比例。

实施例一：筒体靠近进料端的一侧内径L1＝80mm，筒体的轴向长度S2＝894mm，折叠滤芯的轴向长度S1＝800mm，筒体的锥度J＝0.006mm/mm，折叠滤芯的单位轴向长度的透气量为150s/ml/mm，中心杆的内径R1＝28mm，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度T＝0.76mm²/mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最大径向距离H1＝26mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最小径向距离H2＝23.5mm，折叠滤芯的底部与出料口之间的轴向距离D1＝94mm，折叠滤芯底部与出料端底部内壁的最大距离D2＝122mm，出料口与凹弧面上凹点的轴向距离为28mm。

实施例二：筒体靠近进料端的一侧内径L1＝80mm，筒体的轴向长度S2＝900mm，折叠滤芯的轴向长度S1＝800mm，筒体的锥度J＝0.0075mm/mm，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度T＝0.9mm²/mm，折叠滤芯的单位轴向长度的透气量为200s/ml/mm，中心杆的内径R1＝40mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最大径向距离H1＝20mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最小径向距离H2＝17mm，折叠滤芯的底部与出料口之间的轴向距离D1＝136mm，折叠滤芯底部与出料端底部内壁的最大距离D2＝150mm，出料口与凹弧面上凹点的轴向距离为14mm。

实施例三：筒体靠近进料端的一侧内径L1＝80mm，筒体的轴向长度S2＝900mm，折叠滤芯的轴向长度S1＝800mm，筒体的锥度J＝0.01mm/mm，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度T＝1.19mm²/mm，折叠滤芯的单位轴向长度的透气量为300s/ml/mm，中心杆的内径R1＝48mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最大径向距离H1＝16mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最小径向距离H2＝12mm，折叠滤芯的底部与出料口之间的轴向距离D1＝144mm，折叠滤芯底部与出料端底部内壁的最大距离D2＝148mm，出料口与凹弧面上凹点的轴向距离为4mm。

对比例一：筒体靠近进料端的一侧内径L1＝80mm，筒体的轴向长度S2＝900mm，折叠滤芯的轴向长度S1＝800mm，筒体的锥度J＝0.0075mm/mm，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度T＝0.9mm²/mm，折叠滤芯的单位轴向长度的透气量为600s/ml/mm，中心杆的内径R1＝40mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最大径向距离H1＝20mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最小径向距离H2＝17mm，折叠滤芯的底部与出料口之间的轴向距离D1＝136mm，折叠滤芯底部与出料端底部内壁的最大距离D2＝150mm，出料口与凹弧面上凹点的轴向距离为14mm。对比例一相较于实施例二，增大了单位轴向长度的透气量，导致制备的氨水浓度降低，且浓度不均匀。

对比例二：筒体靠近进料端的一侧内径L1＝80mm，筒体的轴向长度S2＝900mm，折叠滤芯的轴向长度S1＝800mm，筒体的锥度J＝0.0025mm/mm，环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度T＝0.31mm²/mm，折叠滤芯的单位轴向长度的透气量为200s/ml/mm，中心杆的内径R1＝40mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最大径向距离H1＝20mm，折叠滤芯的外壁与筒体的内壁的最小径向距离H2＝19mm，折叠滤芯的底部与出料口之间的轴向距离D1＝95mm，折叠滤芯底部与出料端底部内壁的最大距离D2＝110mm，出料口与凹弧面上凹点的轴向距离为15mm。对比例一相较于实施例二，降低了环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度，导致制备的氨水浓度降低，且浓度不均匀。

本申请制备的氨水浓度为28％，分别在装置运行15min-40min内，每间隔5min测量一次从出口流出的氨水浓度，基于实验观测，在不同时刻，各示例的氨水浓度(％)，如表1所示，

表1

样品	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2
						15min	28.1	27.9	28	28.5	27.4
20min	28.3	28	27.8	27.6	26.9
						25min	27.9	27.8	28.1	25.4	25.3
30min	28	28.1	28.2	26.8	27.1
						35min	28	27.9	27.8	24.7	26.1
40min	27.8	28	28.1	24.2	24.2

由表1可知，实施例1-3制备的氨水浓度在15-40min内的浓度较均匀，而对比例1-2制备的氨水浓度在15-40min内的浓度的变化较大甚至达不到28％的标准浓度。

上述实施方式仅为本申请的优选实施方式，不能以此来限定本申请保护的范围，本领域的技术人员在本申请的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本申请所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于气体向液体扩散的装置，包括折叠滤芯和外壳，所述折叠滤芯置于所述外壳内，且与所述外壳之间形成储液腔，所述外壳的一端为进料端且设有第一进料口和第二进料口，所述外壳的另一端为出料端且设有出料口，其特征在于：

液体通过所述第二进料口进入所述储液腔，气体通过所述第一进料口进入所述折叠滤芯，气体透过所述折叠滤芯向所述储液腔扩散；所述外壳的所述进料端与出料端之间具有筒体；

所述筒体的内壁与所述折叠滤芯轴向的外壁形成环形气体扩散区，所述环形气体扩散区的径向截面积由所述进料端向所述出料端的方向呈梯度递减，所述环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度为0.2-2mm²/mm；

所述折叠滤芯的单位轴向长度的透气量为100-500s/ml/mm。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述筒体内腔轴向的锥度为0.004-0.024mm/mm，所述折叠滤芯的外壁为柱形面，所述环形气体扩散区的径向截面积的变化梯度为0.5-1.8mm²/mm。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述折叠滤芯包括具有孔洞结构的中心杆以及环设于所述中心杆周向的膜体；所述折叠滤芯的外壁与所述筒体的内壁的最大径向距离为H1；所述中心杆的内径为R1，

R1与H2之间满足以下关系，R1：H1＝1.1-3.1。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述进料端的内壁设有连接管，所述连接管的一端与所述第一进料口连通，所述折叠滤芯的进气端设有与所述中心杆连通的中心管，所述连接管的另一端套设于所述中心管外周与所述中心管连通；

所述中心杆的内径R1、所述中心管的内径R2、所述连接管的内径R3和所述第一进料口的内径R4满足以下关系：R3＞R2＞R1＞R4。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述折叠滤芯的底部与所述出料口之间的轴向距离为D1，所述折叠滤芯的外壁与所述筒体的内壁的最小径向距离为H2，

D1与H2之间满足以下关系，D1：H2＝4-12。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述折叠滤芯底部与所述出料端底部内壁的最大距离D2为50-150mm，且D2与D1之间满足以下关系，D2：D1＝1.05-1.3。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述出料端的内壁设有若干凸块，若干所述凸块围绕所述出料端的中心轴线布置。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述凸块轴向的最大高度为10-40mm。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述出料端的底部为凹弧面，所述出料口位于所述出料端的侧壁，所述出料口与所述凹弧面上凹点的轴向距离为3-20mm。

10.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述中心管的外壁环设有至少两个密封槽，用于与所述连接管密封，所述密封槽内设置有弹性密封圈；

所述弹性密封圈的高度为H3,所述密封槽的槽壁高度为H4，△H＝H3-H4，为0.4-1.2mm；

所述密封槽槽底的宽度L3，所述弹性密封圈的宽度L4，△L＝L4-L3；

所述弹性密封圈的密封度＝△L/△H为0.6-1.2。