使氣體與液體相接觸的裝置及方法
【專利摘要】氣體與液體在裝置中相接觸，該裝置包括殼體，該殼體設(shè)置有：液體源；至少兩個斜板，其被串聯(lián)設(shè)置并且在液體側(cè)與液體源流體連通；以及氣體源，其與在板的另一側(cè)，即氣體側(cè)的空間流體連通；其中至少一些板，優(yōu)選的所有板都設(shè)置有氣體通道開口，該氣體通道開口被設(shè)置在氣體源的下游，并且設(shè)置有在與液體相接觸的液體側(cè)具有下游定向的流動開口的突出溝道；并且其中板被如此配置，以致在基本垂直的向下方向上，液體通過狹縫狀通道從一個板直接流至下游的板上。
【專利說明】使氣體與液體相接觸的裝置及方法
[0001]本發(fā)明涉及一種使氣體與液體相接觸的裝置。本發(fā)明還涉及一種使氣體與液體相接觸的方法。
[0002]已知的這種裝置來自EP0956121。該專利文件描述了如何在設(shè)備中通過將液體與設(shè)置有設(shè)置了突出溝道的氣體流量開口的板移動至相反方向，例如，通過使液體沿著板的表面流動，該板出于此目的是傾斜的，而使氣體與液體相接觸。這種流動產(chǎn)生文丘里效應(yīng)，導(dǎo)致氣體流量開口的下游定向開口中的負(fù)壓。以這種方式經(jīng)由這些開口被吸入液體的氣泡相對于周圍的液體基本上不具有超壓。作為結(jié)果，它們并不擴(kuò)大，并且并不朝著液流的表面快速逃脫，而是在液流中作為細(xì)長的氣泡被攜帶相對較長的路徑。除了所導(dǎo)致的強(qiáng)烈的氣-液接觸之外，這種方法提供了氣體可在相對輕微的超壓下被供給至氣體流量開口的優(yōu)勢。
[0003]然而，上述設(shè)備的傳質(zhì)和整體性能被發(fā)現(xiàn)并不令人滿意，尤其是在處理“困難”的液體時，例如泡沫液體和/或具有相對較高的粘度或內(nèi)聚力或相對較高的固體濃度的液體。
[0004]通過研究發(fā)現(xiàn)，液流沿著相對較長的路徑在設(shè)置有氣體流量開口的板上流過，在該較長的路徑的下游部分中，與其上游部分相比出現(xiàn)了相當(dāng)?shù)偷膫髻|(zhì)。
[0005]這顯示出，當(dāng)處理所述液體時，良好的文丘里效應(yīng)的理想的條件，例如液體的膜狀流的均勻的厚度、速度和影響，在板上經(jīng)過了相對較短的路徑之后已經(jīng)受到干擾。在本領(lǐng)域的應(yīng)用以及進(jìn)一步的研究中發(fā)現(xiàn)，在斜板上經(jīng)過相對較短的路徑之后，當(dāng)液體的膜狀流緊縮并且相對板的縱軸變得更厚從而導(dǎo)致在所述增厚兩側(cè)的液膜變得更薄時，液體的膜狀流所需的均勻厚度中斷。在液膜中的薄點(diǎn)形成處，該膜可能被完全破壞(“打破”)，其結(jié)果是流經(jīng)氣體流量通道的氣體的一部分可不與液體相接觸而流經(jīng)裝置。這個問題在液體具有更高的黏度和/或內(nèi)聚力時更大程度地出現(xiàn)。
[0006]在下游部分中的較低的傳質(zhì)的另一個原因被發(fā)現(xiàn)存在于經(jīng)過氣體流量開口的相當(dāng)小的氣體流速中，由在此位置的較弱的文丘里效應(yīng)以及作為結(jié)果的在這些被下游定向的開口內(nèi)的較低的負(fù)壓產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，流體在相對板較短地延伸后已經(jīng)變得對氣泡飽和。由于這種氣體飽和的流體并不具有對于足夠的文丘里效應(yīng)的理想的影響，因此，在板的更下游的部分的氣體流量大大小于更上游的部分的氣體流量。適當(dāng)?shù)奈那鹄镄?yīng)的理想的液流速度，在其流過板從而由于文丘里效應(yīng)導(dǎo)致動能損失的過程中受到不利的影響。該動能的損失，與該流體的影響和質(zhì)量的減少相結(jié)合，導(dǎo)致文丘里效應(yīng)以及作為結(jié)果的流經(jīng)氣體流量開口的氣流，在相對較長的斜板的更下游的部分大大小于更上游的部分。這些影響被發(fā)現(xiàn)減少了設(shè)備的氣體流量和傳質(zhì)。為了能夠處理上述“困難”的液體以及拓寬應(yīng)用的領(lǐng)域，這個問題需要被解決。
[0007]上述在板的更上游的部分所出現(xiàn)的文丘里效應(yīng)的減小以及發(fā)生在那里的液膜的氣泡飽和的進(jìn)一步的效果，是被以低壓供給的氣體，而不是，或只有一部分是被吸入流體的氣體，并且作為結(jié)果形成了在該流體下部局部抬升該流體的氣體層。這種液流的抬升還導(dǎo)致流經(jīng)氣體流量開口的氣體的一部分不與液體相接觸而經(jīng)過設(shè)備。這種影響還在具有高固體含量的液體以及具有強(qiáng)內(nèi)聚力的相對較粘的液體時很大程度地出現(xiàn)。
[0008]在US3830706中，描述了一種通過使液體流過設(shè)置有孔的斜板，并且遇到擋板而在板的寬度之上再次重新分配液體的膜的方法。擋板被如此設(shè)置以至于它們與板一同形成狹縫。液膜可能經(jīng)由狹縫在板的寬度之上被重新分配。雖然膜的均勻性可能通過這種方法被恢復(fù)，但是擋板致使流體失去了對于良好的文丘里效應(yīng)以及最佳的氣-液接觸的理想的速度和湍流。因此，在擋板與板之間的狹縫狀的間隙的使用并未提供良好的文丘里效應(yīng)，并因此未能改善傳質(zhì)。
[0009]如EP0956121所述，細(xì)長的氣泡被形成于相對較長的路徑之上，該氣泡被摻雜在液流中。因此，很大一部分氣體只在到達(dá)液體收集容器時從液體逃脫，該液體收集容器位于根據(jù)本現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備的底側(cè)上的斜板的下游端。根據(jù)液體的組成，這導(dǎo)致了泡沫層的形成，其構(gòu)建自該容器，以致氣體流量開口被泡沫覆蓋。這種發(fā)泡也是不利的，因?yàn)楸还?yīng)至裝置的氣體流與堆積在液體收集容器中的泡沫的表面以及其中的液體相接觸，以致該氣體變濕。這導(dǎo)致可能存在于液體中的固體將沉淀和堆積在設(shè)置有氣體流量開口的板的朝下的一面上，以致這些開口堵塞。很明顯，這將對傳質(zhì)產(chǎn)生不利的影響。
[0010]本發(fā)明的目的是消除出現(xiàn)在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備中的不利效果，并且通過這樣做來提升傳質(zhì)性能。
[0011]這里所發(fā)現(xiàn)的方法和裝置通過以下方式實(shí)現(xiàn)所述目的:在沿著設(shè)置有氣體流量通道的板經(jīng)過了其路徑的相對較短的部分之后，對膜狀液流反復(fù)地再分配、加速和脫氣。
[0012]液流被發(fā)現(xiàn)可通過以下方式被脫氣、加速和再分配:使液膜沿著一系列相對較短的板流過，其中在基本上垂直的向下方向上，液流通過狹縫狀通道從一個板直接流向另一個板。
[0013]因此，本發(fā)明提供了一種使氣體與液體相接觸的裝置，其包括殼體，該殼體設(shè)置有:
[0014]-液體源；
[0015]-至少兩個斜板，其被串聯(lián)設(shè)置并且在液體側(cè)與液體源流體連通；以及
[0016]-氣體源，其與在板的另一側(cè)，即氣體側(cè)的空間流體連通；
[0017]其中至少一些板，優(yōu)選的所有板都設(shè)置有氣體通道開口，該開口被設(shè)置在氣體源的下游，并且設(shè)置有在與液體相接觸的液體側(cè)具有下游定向的流動開口的突出溝道；并且其中板被如此配置，以致在基本垂直的向下方向上，液體通過狹縫狀通道從一個板直接流至下游的板上。
[0018]狹縫狀通道可能優(yōu)選地是由逐漸減小它們之間的開口的兩個板形成，由此提供產(chǎn)生狹縫狀通道的錐形開口。該形成狹縫狀通道的錐形開口因此優(yōu)選地形成于可選的設(shè)置有氣體通道開口的一個板的下端與下一個可選的設(shè)置有氣體通道開口的更低的板的上端之間。
[0019]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種使氣體與液體相接觸的方法，其中液膜經(jīng)過至少兩個被串聯(lián)設(shè)置的斜板，并且該斜板中的一些，優(yōu)選的所有斜板都設(shè)置有氣體通道開口，該開口設(shè)置有在與液體相接觸的液體側(cè)具有下游定向的流動開口的突出溝道，其中液膜的厚度被如此調(diào)整，以致下游定向的流動開口浸沒在液膜中，其中氣體通過氣體通道開口與液膜相接觸，并且其中在基本垂直的向下方向上，液膜通過狹縫狀通道從一個板直接流到下游的板上。狹縫狀通道可能優(yōu)選地是由逐漸減小它們之間的開口以在它們之間產(chǎn)生錐形狹縫狀開口的兩個板形成，以致在基本上垂直的方向上，液膜經(jīng)由變窄成為狹縫狀開口的通道適當(dāng)?shù)慕?jīng)過。
[0020]由于至少兩個斜板被串聯(lián)設(shè)置，液體流量通過使液流從第一個板直接經(jīng)過下游的下一個板而被增加。“直接”理解為液流并非沿著表面流動，而是被允許從一個板自由下落至另一個。下游的下一個板的文丘里效應(yīng)通過所獲得的增加的液體速度而被提升。此外，在板的流動端發(fā)生了在板的寬度之上的液膜的再分配。
[0021]在US2051545中描述了一種用于促進(jìn)液-液接觸或液-氣接觸的裝置，其中多排傾斜的穿孔板被設(shè)置在圓柱中，其中每個板都在其上端附接至槽，并且在其下端浸入另外的槽。液體被允許向下流過板進(jìn)入槽，并隨后從下一個槽流過下一個板。液體在每個槽處被分為兩股。較輕的液體或氣體向上穿過板中的穿孔。由于流過板的液體被堆積在槽中并且被分為兩股，流動速度基本被減為零。因此，在板處的液體速度相對較低，并且接觸因此不是最理想的。此外，在US2051545的裝置中，在板的端部的液體被收集在用作密封的槽中，并且從此處沿著該槽的一側(cè)流到下一個板上。很明顯，由于其并非直接從一個板向下流到另一個板上，現(xiàn)有技術(shù)的裝置導(dǎo)致相當(dāng)大的液壓阻力，這使得其并不適用于預(yù)期的應(yīng)用。
[0022]GB1221064中描述了一種氣體吸收裝置。該裝置包括多個穿孔板或網(wǎng)，它們一個在另一個上方帶有間距的設(shè)置，并且以預(yù)定的斜度一個接一個鋸齒形的向下延伸。氣體穿過穿孔并且與在斜板或網(wǎng)上流動的液體相接觸。顯而易見的是，在這種缺少突出溝道的結(jié)構(gòu)中沒有出現(xiàn)文丘里效應(yīng)。因此在這種情況下接觸和因此的傳質(zhì)不是最理想的。
[0023]優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括狹縫狀通道，其由第一供給板和設(shè)置在下游的第二板形成。以這種方式，其進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)了在液流中被夾帶的很大一部分氣泡被排出，以致產(chǎn)生脫氣，借此上述泡沫形成的風(fēng)險(xiǎn)可被減小。
[0024]根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了這些優(yōu)勢，其中至少兩個路徑借助于至少兩個板被設(shè)置。適當(dāng)?shù)?，狹縫狀通道通過板與設(shè)置在其下游的該板的脊形成。以這種方式，狹縫狀間隙在這些板之間產(chǎn)生。作為結(jié)果，在下一個板上的液膜將被均勻地施加，并且被夾帶的氣體的至少一部分被從液膜中移除，由此增強(qiáng)文丘里效應(yīng)。
[0025]在一個十分有利的實(shí)施方式中，這種斜板以鋸齒形的形式一個設(shè)置在另一個上方。液體可隨后經(jīng)過流線型的、間隙變窄的通道從上方的板流到下層的下一個板。以這種方式，板可輕易地被設(shè)置為節(jié)省空間的三角形構(gòu)造。隨著液流經(jīng)由基本上垂直的通道從一個板直接流到下方的下一個板上，并在該垂直的通道處由于重力而加速，最佳的文丘里效應(yīng)所需的流速、沖擊力和均勻厚度因此被不斷地恢復(fù)。與此同時，由于通道的變窄以及當(dāng)液體的方向被改變時施加于其上的離心力，很大一部分被夾帶的氣泡從流體中逃脫。當(dāng)穿過狹縫狀通道流到下一個板上時，膜被再分配至均勻厚度。
[0026]由于氣體被在兩個或多個路徑上供應(yīng)，可以從在這些路徑之間被捕獲的氣體中恢復(fù)能量。技術(shù)人員可理解的是，如果需要的話，能量也可被供應(yīng)至所述氣體。為此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選地設(shè)置有用于與氣體熱交換的設(shè)備。如果設(shè)備在逆流應(yīng)用中運(yùn)行，這是十分有利的。此外，通過使用所述設(shè)備，可以加熱，或如果需要的話冷卻氣體。如果裝置被用作交叉流應(yīng)用，這也是十分有利的。氣體可以多種方式被加熱和冷卻。一種可行的方式是供給冷的或熱的額外氣體，例如，過熱蒸汽。然而，優(yōu)選的是，氣體通過間接的熱交換被加熱和冷卻。為此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選地裝備有冷凝器元件。
[0027]既可以將熱交換設(shè)備設(shè)置于根據(jù)本發(fā)明的裝置的殼體的外部，也可以設(shè)置于內(nèi)部。優(yōu)選的是，它們位于內(nèi)部；更優(yōu)選的是，它們在殼體之內(nèi)被設(shè)置于在氣體離開液膜之后流過的空間中。在所述空間中，氣體在離開一個板上的液膜之后并且在進(jìn)入更高的板上的液膜之前流動。
[0028]因此，在氣體離開液膜之后，該氣體優(yōu)選地受到熱交換。以這種方式，獲得了緊湊的裝置。
[0029]可選擇的，用于熱交換的設(shè)備位于殼體之外，并且從與液體相接觸的板的一側(cè)延伸的氣體源通過用于熱交換的設(shè)備被提供，并且流入下一個板的用于氣體的空間內(nèi)。以這種方式，裝置可能不緊湊，但是可更容易地進(jìn)行用于熱交換的設(shè)備的維護(hù)。
[0030]板通常被設(shè)置為平板，該平板具有氣體通道開口，該氣體通道開口具有下游定向的流動開口，其被如此形成以至于作為文丘里效應(yīng)的結(jié)果，沿著板流動的液體在這些開口中產(chǎn)生負(fù)壓。板中的開口可能如EP0956121中描述的形狀。根據(jù)該專利，優(yōu)選的是百葉窗形式的開口。在本發(fā)明中的氣流開口也優(yōu)選的為百葉窗形式。
[0031]如上所述，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置的并不令人滿意的性能主要體現(xiàn)在處理具有高濃度固體和高粘度和/或內(nèi)聚力的液體的應(yīng)用上。本發(fā)明可以處理這些“困難”的介質(zhì)并且可被用于更廣泛的應(yīng)用中。例如可以處理包含有非揮發(fā)、不易揮發(fā)、非汽化或不易氣化的成分的具有例如空氣的氣體的廢水流，以致這些組分被濃縮，并且更容易被回收或處理。示例不僅被發(fā)現(xiàn)于加工工業(yè)中，而且還被發(fā)現(xiàn)于農(nóng)業(yè)和園藝的廢物處理中。還可以從廢物流中除去揮發(fā)組分。
[0032]對于需要相對較低的液體流量的應(yīng)用，有利的是，在板的長度中以縱向的脊或隆起的形式應(yīng)用至少一個分配元件。為此，分配元件可被做成條狀。也可以使用具有設(shè)置在由波紋形成的溝道中的氣體流量開口的波紋板。最佳的文丘里效應(yīng)的理想的流量在這些溝道中以液膜的基本上較低的總流量獲得。
[0033]如上所述，本發(fā)明還涉及一種使氣體與液體相接觸的方法。與根據(jù)EP0956121的方法類似，在本方法中，氣體可能與液體以交叉流的方式相接觸。然而，根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)勢在于，氣體也可以逆流的形式通過。這種方法是優(yōu)選的。這顯示出本方法幾乎沒有任何污染的趨勢。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備參考附圖被進(jìn)一步闡明，其中:
[0035]圖1示意性地示出了被用于根據(jù)本發(fā)明的裝置中的板，其中該板的一部分包括氣體通道開口；
[0036]圖2和2a示出了配置為鋸齒形的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式；
[0037]圖3示出了根據(jù)圖2的本發(fā)明的改進(jìn)；
[0038]圖4示出了在殼體外部具有熱交換設(shè)備的實(shí)施方式；
[0039]圖5示出了在殼體內(nèi)部具有熱交換設(shè)備的替代實(shí)施方式；
[0040]圖6展現(xiàn)出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在蒸餾塔中的應(yīng)用；
[0041]圖7示出了具有氣體通道開口的波紋板的細(xì)節(jié)；以及
[0042]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的緊湊的實(shí)施方式。
[0043]圖1示意性地示出了液體流(I)如何經(jīng)過至少兩個斜板(5)，斜板(5)設(shè)置有氣體通道開口(2)，氣體通道開口(2)在板的與液體相接觸的一側(cè)設(shè)置有具有下游定向的氣體流動開口( 3)的溝道，液膜(I)的厚度在此處被如此設(shè)置以致氣體通道開口的開口( 3)被完全浸沒在液膜中。
[0044]通過在相反方向上傾斜的封閉供給板(8 )，液體(I)從每個板(5 )的低端被供給至下一個板(5)的高端。在通過傾斜的封閉板的過程中液體流速增加。由于在具有氣體流量開口的板(5)上的來自封閉供給板(8)的通過由后面的板(5)的邊緣(6)形成的相對較窄的狹縫狀通道(9)的流動的發(fā)生，在板的寬度之上的液體獲得了理想的再分配。這種變窄還導(dǎo)致被夾帶在液流中的氣泡的很大一部分被趕走，由此上述泡沫形成的風(fēng)險(xiǎn)減小。在所述狹縫狀通道(9)中的封閉液流還防止了穿過所述開口的不必要的氣流(4)。在液流由于重力經(jīng)由狹縫狀通道(9)在垂直方向上從供給板(8)直接流到下游的板(5)上時，該液流的進(jìn)一步的加速發(fā)生。
[0045]這種板(5)的理想的斜度可由技術(shù)人員很容易地確定。實(shí)現(xiàn)良好的文丘里性能的因素包括，例如，液體的黏度、膜的理想厚度和液膜的理想流速。通常，理想的角度在相對于水平面20°至85°的范圍內(nèi)，優(yōu)選地是從30°到70°。對傾斜角度的最佳設(shè)置取決于液體的特性和其它條件，在大于85°的角度，重力要素的影響變小，并且隨后液體主要作為上述科恩達(dá)效應(yīng)和所產(chǎn)生的氣體壓力差的結(jié)果而保持與板的表面接觸。然而，在這種情況下，所施加的相對較低的氣體供應(yīng)壓力將導(dǎo)致液流與板失去接觸，這導(dǎo)致其并不沿著氣體通道開口(2)的突出溝道的流動開口(3)均勻地流動。如果角度小于20°，則液體(I)的速度將不足以導(dǎo)致上述文丘里效應(yīng)。
[0046]圖2和細(xì)節(jié)圖2a示出了用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的裝置的優(yōu)選實(shí)施方式，其中也實(shí)現(xiàn)了這些優(yōu)勢。該裝置包括殼體(31)，其包括具有多個氣體通道開口(2)的一系列相對較短的提升板(5)，其被設(shè)置為菱形構(gòu)造。其進(jìn)一步包括上貯液器(20)、下貯液器(19)、在板
(5)下層的用于將氣體供應(yīng)至三角形溝道(15)之內(nèi)的設(shè)備(未示出)、以及用于將液體(I)供應(yīng)至上貯液器(20 )的設(shè)備(未示出)。如果需要的話，液體可通過再循環(huán)泵(未示出)被從下貯液器(19)泵回上貯液器(20)。在實(shí)際應(yīng)用中，例如脫水，可以通過將該流體全部或部分弓I入攔住這些固體的過濾器，而在這種循環(huán)流中理想的減少固體濃度。
[0047]斜板(5)被一個設(shè)置在另一個上方，該斜板設(shè)置有氣體通道開口(2)，設(shè)置在前壁
(12)與殼體的平行后壁(13)之間，并且為了液體(I)以鋸齒形的方式流動而串聯(lián)連接。這些板(5)和隔板(14)形成三角形元件，與前壁和后壁(12和13)協(xié)同工作，作為具有三角形截面的氣體供應(yīng)和氣體排放溝道(分別為15和16)。隔板(14)由此封閉在垂直方向上的用于氣體的通道。氣體通過設(shè)置在前壁(12)中的相反開口( 17)以及通過氣體源(15)被送至板(5)中的氣體通道開口(2)。將被處理的液體(I)從上貯液器(20)流過垂直通道(22)以實(shí)現(xiàn)最初的期望速度，并且在第一、最高板(5)處形成膜狀液體流。然后，液流以相對較高的速度隨著鋸齒形的路徑向下流動至下貯液器(19)。由于文丘里效應(yīng)，液體的流動在從氣體通道開口(2)突出的溝道的下游定向開口(3)中產(chǎn)生負(fù)壓，以致來自板(5)下層空間(15)的氣體被拖入液流(I)。在每個相對較短的板的較低端，氣體與液體的混合流進(jìn)入主要垂直的、變窄為狹縫狀通道(9)的錐形開口(6)，膜狀流經(jīng)由此開口在下一個下方的板的上游端以不同的方向通過。這種流線型通道的重要特征是，膜在穿過所述狹縫狀通道(9)從較高的板至較低的板的同時形成用于氣體的動態(tài)密封。該密封并不減弱液體的流速，卻足以防止氣體的通過。當(dāng)氣體與液體逆流接觸時，由膜狀流形成該密封是希望的，這將在以下進(jìn)行說明，并且是可能的，因?yàn)闅怏w，由于文丘里效應(yīng)，可以大氣壓力至輕微超大氣壓力被供應(yīng)至氣體通道開口的進(jìn)口。在穿過和逃脫液膜之后，氣體經(jīng)由氣體排放溝道(16)和后壁(13)中的開口( 18)離開裝置。在裝置的前壁與后壁(12、13)和被保持在它們之間的板之間，不需要密封，因?yàn)樵谝毫髦械难刂氨诤秃蟊诘膬?nèi)側(cè)的可能的少量漏出的液體被返回，以致獲得了無密封的、清潔的設(shè)備。以簡單的方式通過在前壁和后壁(分別為12和13)中的進(jìn)口和出口(分別為17和18)手動或高壓清潔是可能的，該進(jìn)口和出口提供足夠的空間并且可輕易地進(jìn)入。根據(jù)圖2和3的裝置使緊湊結(jié)構(gòu)成為可能，并由此提供了以模塊化的方式將裝置既垂直地和水平地設(shè)置為任何所需的容量的可能性。
[0048]上述裝置，通過引導(dǎo)液體以鋸齒形的方式在相對較短的板的表面穿過裝置，并由此穿過上述流線型的變窄的通道，解決了所述問題并且提供了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置的有價值的額外改進(jìn)。
[0049]上述液流對氣泡的飽和狀態(tài)和所導(dǎo)致的如下問題:
[0050]-在下貯液器中過度的泡沫形成，
[0051]-流體的沖擊力的損失以及，
[0052]-在液流下層的氣體層的形成，
[0053]通過在氣體混合液流到達(dá)下貯液器之前多次對其進(jìn)行脫氣而被解決。這通過流線型通道(6)而實(shí)現(xiàn)，此處相當(dāng)大部分的氣泡由于該通道的變窄，以及當(dāng)液體方向被改變時施加于該液體上的離心力而逃脫。
[0054]由膜狀流的收縮和非均勻厚度導(dǎo)致的次優(yōu)傳質(zhì)的問題，通過使液體流過具有多個氣體通道開口(2)的相對較短的斜板(5)的表面而被解決。這些板為了液體被以鋸齒形的方式流動而串聯(lián)地連接。由于這些板的有限長度，在所述收縮發(fā)生之前，液體經(jīng)由變窄為狹縫狀通道(9 )的流線型通道(6 )從一個板流到下一個較低的板上，該狹縫狀通道(9 )在板的整個寬度之上再次將流體分為均勻厚度的膜。
[0055]為了補(bǔ)償由于被文丘里效應(yīng)消耗的能量而損失的流體的動能并且將流體再分配為均勻的厚度，在穿過主要垂直的流線型通道(6)時，該流體在重力的影響下被加速以恢復(fù)其速度。
[0056]除了提升裝置的傳質(zhì)，根據(jù)本發(fā)明還提供了其它有價值的改進(jìn)，例如機(jī)械地或手工地清潔裝置的內(nèi)部表面的可能性、低成本的結(jié)構(gòu)、使氣體與液體以交叉流以及逆流相接觸的可能性、從液體和/或氣體中恢復(fù)熱能的可能性、以及更緊湊的全模塊化設(shè)計(jì)。
[0057]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法和裝置只提供了以水平、交叉流的方向引導(dǎo)液體穿過裝置的可能性。與根據(jù)EP0956121的方法類似，上述和圖2所示的設(shè)備使氣體與液體以交叉流相接觸。根據(jù)本發(fā)明的方法的重要的優(yōu)勢在于，該相似的設(shè)備還可用于使氣體與液體以逆流或兩個方向相結(jié)合的方式相接觸。這種特點(diǎn)可適用于十分寬廣的應(yīng)用范圍。
[0058]圖2所示和根據(jù)本發(fā)明的上述具有細(xì)小改進(jìn)的使氣體與液體以交叉流相接觸的裝置，還提供了使氣體與液體以逆流的方式相接觸的可能性。
[0059]圖3示出了如何通過一些細(xì)小的改進(jìn)使所述裝置也可被用于使氣體以逆流穿過液體。通過覆蓋幾乎所有在壁(12)和(13)中的三角形進(jìn)-出口( 17和18)，并且只保持最下排的開口(17)打開以允許氣體進(jìn)入，以及保持最上排的開口(18)打開以允許氣體排出，這種逆流操作可被簡單地執(zhí)行。在這種模式下工作時，在隔板(14 )中的開口被制成允許氣體向上流動，或如此處所示，這種板可被除霧器板(23 )替代。
[0060]圖3所示的裝置還提供了通過簡單的打開和關(guān)閉在壁(12和13)中的開口 17和18以及在板(14)中的開口而選擇氣體穿過液體(I)多少次的可能性。
[0061]如之前所述，液體的膜狀流的速度很重要，以實(shí)現(xiàn)足夠的湍流和文丘里效應(yīng)。在進(jìn)入最上方的斜板的上游端上時，液體的初速因此需要適應(yīng)液體的黏度和黏性特征。根據(jù)本發(fā)明的裝置包括調(diào)節(jié)在上貯液器中的液位的設(shè)備，例如在液體供應(yīng)管路中的浮子控制閥，以及調(diào)整液流性能的設(shè)備。
[0062]此外，如圖2和3所示，提升了系統(tǒng)的傳質(zhì)的這種結(jié)構(gòu)提供了額外的優(yōu)勢，例如更高的緊湊性以及通過進(jìn)-出口用手或高壓噴嘴清潔內(nèi)部表面的可能性。
[0063]為了便于大容量單元的建造，裝置被構(gòu)建為三種類型的模塊，其既可被安裝在彼此的頂端也可被安裝在彼此旁邊?；A(chǔ)模塊替代貯液器并且頂端模塊包括上貯液器。第三種類型的模塊可被安裝在這些模塊之間，以通過只是將更多的模塊放置于彼此頂端而構(gòu)建任何期望高度的圓柱。
[0064]為了便于不用熟練的工人就地裝配裝置，上述模塊可作為部分被運(yùn)輸，并且可以通過使用插銷連接而不使用焊接被完全構(gòu)建在一起。
[0065]通過文丘里效應(yīng)被攜帶在強(qiáng)湍流中的細(xì)長的氣泡，文丘里效應(yīng)導(dǎo)致非常強(qiáng)烈的氣-液接觸，并且作為結(jié)果在它們之間產(chǎn)生了非常高的傳質(zhì)。與上述使氣體以逆流穿過液體的可能性相結(jié)合的這種特征被發(fā)現(xiàn)提供了以驚人的高比例再利用冷凝過程中釋放的能量加熱液體使其蒸發(fā)的可能性。
[0066]由于氣體被供應(yīng)至兩個路徑，因此可以恢復(fù)在這些路徑之間的氣體的能量。技術(shù)人員可理解的是，如果需要的話，能量也可被供應(yīng)至所述氣體。
[0067]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于蒸餾的裝置，其中凝聚能被再利用以用于蒸發(fā)。在這個實(shí)施方式中，用于熱交換的設(shè)備位于外殼外部，并且設(shè)置有從與液體相接觸的板的一側(cè)延伸的用于氣體的通道，其通過可選的除霧器板，穿過用于熱交換的設(shè)備進(jìn)入用于下一個更高的板的下層的氣體的空間內(nèi)。以這種方式，裝置可能不緊湊，但是可更容易地進(jìn)行用于熱交換的設(shè)備的維護(hù)。
[0068]冷的液體(例如，海水)被供應(yīng)至最低端的熱交換元件(25)的進(jìn)口(26)，該熱交換元件具有用于液體的與下一個更高位置的熱交換元件的進(jìn)口(26)相連接的出口(27)(在出口(27)與進(jìn)口(26)之間的連接管未示出)。將被蒸餾的液體，例如海水，經(jīng)由這一系列熱交換元件在向上的方向上流動，并且通過加熱器(31)經(jīng)過最上端的元件的出口(27)進(jìn)入上貯液器(20 )。被加熱的水從此處作為膜狀流(I)隨著鋸齒形的路徑朝著最下方的貯液器(19)向下流動。氣體(4)被供給至最下方的斜板下層的空間(15)之內(nèi)，并且通過文丘里效應(yīng)穿過液體的膜。在所述穿過液體期間，由于強(qiáng)烈的氣-液接觸，氣體基本上具有液體的溫度或稍微低的溫度，并且在普遍的溫度下變得對蒸汽飽和。當(dāng)其隨后穿過熱交換器(25)時，來自氣體的蒸汽凝結(jié)在其較冷的表面上，由此導(dǎo)致氣體冷卻并且冷的海水升溫。在所述氣體穿過在下一個更高的板上的較熱的液流膜之后，其在此處再次升溫并且在這種更高的溫度下變得對蒸汽飽和。這個過程在氣體向上流過裝置時逐階段重復(fù)，并由此在每個板上從較熱的液流中吸收熱量，該熱量通過凝結(jié)被傳遞至穿過一系列熱交換器向上流動的海水。以這種方式，蒸發(fā)所需的很大一部分能量被重新獲得。階段的數(shù)量可通過簡單地加入更多的斜板和熱交換元件以形成十分有效的蒸餾塔而被擴(kuò)大。冷凝物在冷凝物的出口(28)處被收集，并且被供給至冷凝槽(未示出)。
[0069]積累在下貯液器(19)中的凝結(jié)物通過過流出口開口(29)離開裝置。
[0070]用于多級蒸餾的本發(fā)明的這種應(yīng)用是十分引人注目的，因?yàn)槭辜?xì)長的氣泡與周圍拖拽其的液體的湍流直接地、密集地接觸導(dǎo)致十分高的氣-液傳質(zhì)，導(dǎo)致從液體逃脫的氣體與該液體之間的溫度差非常小。這提供了與常規(guī)的蒸餾塔相比可將可用的溫度范圍分為更多階段的可能性。因此氣體在其中與液體逆流流動的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可被用作多級蒸餾塔，其中很大部分蒸發(fā)能量可被重獲。
[0071]圖5示意性地示出了冷凝器可如何被結(jié)合于圖3所示的使液體與氣體逆流接觸的設(shè)備中。此處，冷凝器元件被安裝于殼體內(nèi)，并且冷凝物可在倒錐形式的通道內(nèi)被收集。以這種方式，獲得了用于熱量回收的十分緊湊的設(shè)備。
[0072]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的圓柱形的蒸餾塔的剖視圖，其中氣體穿過圓柱向上流動，與液體逆流。氣體(4)流經(jīng)優(yōu)選的設(shè)置于板(5)上的氣體通道開口(2)的溝道的下游定向的流動開口(3)。這些板形成為錐形盤，其在內(nèi)環(huán)(31)與同心的外環(huán)(32)之間在相反的方向上相互堆疊。該盤為如此形狀以致將錐形開口(6)形成為狹縫狀通道，以在基本垂直的方向上將液體從較高的錐形盤傳遞至較低的錐形盤上，致使液流加速、被脫氣以及被再分配為均勻的厚度。這導(dǎo)致氣體在其每個通道與沿著錐的表面向下流動的液體相接觸。未示出的是，例如在蒸餾或分餾過程中所需的、用于排出液體的一部分的排放開口。
[0073]圖7示出了板(5)的細(xì)節(jié)，該板設(shè)置有氣體通道開口、突出溝道以及流動開口，該板是波紋狀的并由此確保在相對較小的液體供應(yīng)時，保持用于期望的文丘里效應(yīng)的所需的速度以及均勻厚度。為了這個目的，本實(shí)施方式所示的、優(yōu)選的為百葉窗形式的設(shè)置有具有流動開口(3)的突出溝道的氣體通道開口位于溝(28)的底部，液體(I)經(jīng)由該溝(28)向下流動。在這些溝中，開口保持被液膜完全浸沒，并且較小的液流穿過裝置。另外，在這些溝中，流量足夠用于期望的文丘里效應(yīng)。
[0074]圖8示出了十分緊湊的設(shè)備的剖視圖，其中相對較小的氣流通過將該氣流穿過一系列設(shè)置有氣體通道開口的斜板而與液體強(qiáng)烈接觸。該一系列斜板被設(shè)置在相互平行的位置。在需要的情況下，在一排板的末端與下一排板的起點(diǎn)之間供應(yīng)額外氣體的可能性未在本圖中示出。
【權(quán)利要求】
1.一種使氣體與液體相接觸的裝置，其包括殼體，該殼體設(shè)置有: -液體源； -至少兩個斜板，其被串聯(lián)設(shè)置并且在液體側(cè)與液體源流體連通；以及 -氣體源，其與在板的另一側(cè)，即氣體側(cè)的空間流體連通； 其中至少一些板，優(yōu)選的所有板都設(shè)置有氣體通道開口，該開口被設(shè)置在氣體源的下游，并且設(shè)置有在與液體相接觸的液體側(cè)具有下游定向的流動開口的突出溝道；并且其中板被如此配置，以致在基本垂直的向下方向上，液體通過狹縫狀通道從一個板直接流至下游的板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中斜板具有相對于水平面20至85°的傾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中狹縫狀通道由板與設(shè)置于其下游的板的脊構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的裝置，其中狹縫狀通道由逐漸縮小它們之間的開口的兩個板形成，由此提供產(chǎn)生所述狹縫狀通道的錐形開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項(xiàng)所述的裝置，其中板被設(shè)置為鋸齒狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任意一項(xiàng)所述的裝置，其中至少一個分流器被以縱脊或隆起的形式縱向地設(shè)置于板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中板是波形的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項(xiàng)所述的裝置，所述裝置進(jìn)一步設(shè)置有氣體熱交換設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中氣體熱交換設(shè)備包括冷凝器元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中氣體熱交換設(shè)備位于在殼體之內(nèi)的氣體離開液膜之后所流過的空間中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中氣體熱交換設(shè)備位于殼體之外，并且從與液體相接觸的板的一側(cè)延伸的氣體源通過該氣體熱交換設(shè)備被提供，并且流入下一個板的用于氣體的空間內(nèi)。
12.一種使氣體與液體相接觸的方法，其中液膜經(jīng)過至少兩個串聯(lián)設(shè)置的斜板，并且斜板中的一些，優(yōu)選的所有斜板都設(shè)置有氣體通道開口，該開口設(shè)置有在與液體相接觸的液體側(cè)具有下游定向的流動開口的突出溝道，其中液膜的厚度被如此調(diào)整以致下游定向的流動開口浸沒在液膜中，其中氣體通過氣體通道開口與液膜相接觸，并且其中在基本垂直的向下方向上，液膜通過狹縫狀通道從一個板直接流到下游的板上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中液膜以鋸齒形的方式流過。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中氣體與液膜以交叉流或逆流的方式相接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14的任意一項(xiàng)所述的方法，其中對與液膜接觸過后的氣體進(jìn)行熱交換。
【文檔編號】B01D3/24GK103796723SQ201280038821
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月10日
【發(fā)明者】阿爾貝特·范杜伊杰恩 申請人:阿爾貝特·范杜伊杰恩