專利名稱：膜氣體分布器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種膜氣體分布器，具體涉及到在化工生產(chǎn)及其它領(lǐng)域中所應(yīng)用的各種氣液接觸設(shè)備中的氣體分布器。屬于化工分離及反應(yīng)設(shè)備領(lǐng)域。
在化工生產(chǎn)及其它領(lǐng)域中，如在氣體吸收、氣液反應(yīng)過(guò)程中等，存在許多氣液接觸設(shè)備，在這些氣液接觸設(shè)備中，氣體在液相中的溶解與傳遞常常制約著整個(gè)過(guò)程的生產(chǎn)能力。因此已經(jīng)開(kāi)發(fā)了不同形式的氣體分布器，以改善氣液接觸設(shè)備中的氣液分散狀況，強(qiáng)化其氣液間傳質(zhì)能力。目前廣泛使用的氣體分布器主要是篩板和噴嘴。篩板氣體分布器是指在一平板上鉆有按某種規(guī)則排列的一定大小的孔，一般是通過(guò)機(jī)械方法加工，孔徑通常不小于0.5mm。這種氣體分布器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但使用這種分布器生成的氣泡較大，直徑一般在1cm左右，因而使用這種氣體分布器時(shí)氣流接觸設(shè)備內(nèi)的氣液相間傳質(zhì)比表面積低，這就限制了設(shè)備的氣液相間的傳質(zhì)能力。噴嘴分布器可以有不同的結(jié)構(gòu)，但基本原理都是氣體或氣液兩相在高速下通過(guò)噴嘴，借助氣液相急劇擾動(dòng)達(dá)到氣液分散的目的。使用這種分布器雖然可以獲得比較好的氣液分散效果，但由于必須使氣相或氣液兩相高速通過(guò)噴嘴，所以操作能耗也比較高。
本發(fā)明的目的就是開(kāi)發(fā)一種新型氣體分布器，利用這種分布器獲得細(xì)小均勻的氣泡，并改善氣液接觸設(shè)備內(nèi)氣液分散狀況，強(qiáng)化氣液傳質(zhì)能力，從而在較低的能耗下達(dá)到較高的傳質(zhì)能力。
本發(fā)明為一種膜氣體分布器，是由經(jīng)過(guò)表面處理的微孔膜、連接件、法蘭及進(jìn)氣口組成，膜固定在連接件上，并與法蘭連接在一起，膜與連接件之間的空間構(gòu)成進(jìn)氣腔室，整個(gè)膜氣體分布器可通過(guò)法蘭方便地與氣液接觸設(shè)備相連。所說(shuō)微孔膜可以是金屬膜，也可以是高分子膜，可以是管狀膜，也可以是平板膜，微孔徑最好為0.1到10微米。
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明的膜氣體分布器的結(jié)構(gòu)圖。圖中1為作為氣體分布介質(zhì)的微孔膜，2為用于安裝和固定膜的連接件，其形狀、規(guī)格應(yīng)根據(jù)所選用的膜進(jìn)行設(shè)計(jì);3為法蘭，用于與氣液接觸設(shè)備相連接;4為進(jìn)氣口。膜的內(nèi)側(cè)與連接件一起構(gòu)成進(jìn)氣腔室5。使用時(shí)氣體由進(jìn)氣口4進(jìn)入進(jìn)氣腔室5，在一定的壓力下通過(guò)膜1的微孔形成細(xì)小均勻的氣泡進(jìn)入氣液接觸設(shè)備。用于制造連接件、法蘭等部件的材料、規(guī)格可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行選擇，構(gòu)成不同類型的膜氣體分布器，以適應(yīng)于各種氣液接觸設(shè)備。由于膜氣體分布器采用孔徑很小的膜材料作為氣體分布介質(zhì)，氣體通過(guò)阻力比較大。因此用于制造膜氣體分布器的膜材料均須經(jīng)過(guò)表面處理，以減小氣體通過(guò)阻力，降低操作能耗。
圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。該實(shí)施例共采用4根經(jīng)過(guò)表面處理的管狀金屬微孔膜，構(gòu)成多管式膜氣體分布器。圖中6為管狀金屬微孔膜，該實(shí)施例設(shè)計(jì)了中心進(jìn)氣腔室9和環(huán)隙進(jìn)氣腔室10兩個(gè)進(jìn)氣腔室。對(duì)應(yīng)于中心進(jìn)氣腔室，使用一根管狀微孔膜;對(duì)應(yīng)于環(huán)隙進(jìn)氣腔室使用三根管狀微孔膜，彼此間成120度。由于該實(shí)施例設(shè)計(jì)了中心和環(huán)隙兩個(gè)進(jìn)氣腔室，所以它既可以從中心進(jìn)氣腔室時(shí)氣，也可以從環(huán)隙進(jìn)氣腔室時(shí)氣;即可分別用于中心氣升和環(huán)隙氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器，也可以用于鼓泡反應(yīng)器。圖中7為連接件;8為法蘭;11為中心進(jìn)氣口;12為環(huán)隙進(jìn)氣口。
圖3為本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖中13為經(jīng)過(guò)表面處理的平板金屬微孔膜，對(duì)于這種平板膜，可將其接與連接件14及法蘭15焊在一起。該實(shí)施例也設(shè)計(jì)了中心進(jìn)氣腔室16和環(huán)隙進(jìn)氣腔室17，與圖2所示實(shí)施例相似，該實(shí)施例可用于中心氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器，環(huán)隙氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器及鼓泡反應(yīng)器。18為中心進(jìn)氣口，19為環(huán)隙進(jìn)氣口。
圖4為本發(fā)明的又一實(shí)施例，該實(shí)施例選用孔徑均一的經(jīng)過(guò)表面處理的聚酯核孔膜21作為氣體分布介質(zhì)，由于膜材料本身較薄，所以上下兩側(cè)分別用篩網(wǎng)20和篩板22支撐。圖中23為法蘭;24為連接件;25為進(jìn)氣腔室;26為進(jìn)氣口。
本發(fā)明達(dá)到了預(yù)期的效果。對(duì)于本發(fā)明的幾種實(shí)施例，分別在不同形式的氣液接觸設(shè)備中對(duì)其氣液分散性能和傳質(zhì)能力進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果證明使用本發(fā)明的膜氣體分布器確實(shí)可以得到細(xì)小均勻的氣泡，從而改善氣液接觸設(shè)備中的氣液分散效果，強(qiáng)化氣液傳質(zhì)能力。
采用激光粒徑測(cè)量?jī)x對(duì)使用膜氣體分布器時(shí)生成氣泡大小進(jìn)行了測(cè)量，證明使用膜氣分布器可以獲得細(xì)小的氣泡。例如使用孔徑為3微米的核孔膜作為氣體分布介質(zhì)所制備的膜氣體分布器，當(dāng)氣相為空氣，液相為水時(shí)，所生成的氣泡直徑在200～500微米之間，平均氣泡直徑僅為360微米。若液相為表面張力較小的其它液體，則生成的氣泡更小。與現(xiàn)有的其它類型氣體分布器相比，本發(fā)明的膜氣體分布器的基本特征在于使用孔徑很小的膜材料作為氣體分布介質(zhì)。氣體通過(guò)膜的微孔形成氣泡而進(jìn)入氣液接觸設(shè)備中。由于膜材料孔徑很小，因而氣體通過(guò)微孔的過(guò)孔氣速高，這一方面使得氣體動(dòng)量大，從而使得在影響氣泡形成、長(zhǎng)大、脫離的各種影響因素中氣體動(dòng)量具有不可忽略的作用;另一方面也使得氣泡形成、長(zhǎng)大、脫離過(guò)程中孔口附近氣液相擾動(dòng)增強(qiáng)。這兩方面均使得氣泡更容易從孔口脫離，從而形成細(xì)小的氣泡。
在不同的氣液接觸設(shè)備中對(duì)使用本發(fā)明的幾種不同實(shí)施例時(shí)的氣含率，體積傳質(zhì)系數(shù)，氣液傳質(zhì)比表面積等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，并與同一氣液接觸設(shè)備中使用普通篩板或噴嘴分布器時(shí)所得結(jié)果進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，即使對(duì)于氣泡易于聚并的空氣-水體系，使用本發(fā)明的膜氣體分布器仍可使氣液接觸設(shè)備中的氣含率提高50～100%，體積傳質(zhì)系數(shù)提高100～200%。采用亞硫酸鈉氧化法測(cè)定了氣液傳質(zhì)比表面積，與普通噴嘴分布器相比，使用本發(fā)明的膜氣體分布器可使氣液傳質(zhì)比表面積提高十倍以上。本發(fā)明的膜氣體分布器的優(yōu)越性能關(guān)鍵在于使用膜作為氣體分布介質(zhì)，形成了細(xì)小均勻的氣泡。氣泡直徑的減小，增大了設(shè)備內(nèi)氣液傳質(zhì)比表面積，而且可以使氣泡在氣液接觸設(shè)備中停留時(shí)間延長(zhǎng)，使氣液接觸設(shè)備中氣液相流動(dòng)更均勻，因而有利于提高氣含率，強(qiáng)化氣液相間傳質(zhì)能力。
為證實(shí)本發(fā)明的膜氣體分布器在實(shí)際體系中的適用性，分別在亞硫酸鈉氧化和青霉素發(fā)酵體系中使用膜氣體分布器進(jìn)行研究。在催化劑(Co)作用下，亞硫酸鈉氧化反應(yīng)為一快速不可逆反應(yīng)，其反應(yīng)速率受氣液相間傳質(zhì)速率制約。將本發(fā)明的膜氣體分布器用于氣升式環(huán)流反應(yīng)器，測(cè)定了亞硫酸鈉氧化反應(yīng)體系的氧吸收速率，并與同一反應(yīng)器內(nèi)使用普通噴嘴時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果證明使用本發(fā)明的膜氣體分布器可以使氧吸收速率提高3～10倍。青霉素發(fā)酵是一個(gè)典型的需氧生物反應(yīng)體系，氧在發(fā)酵液中的溶解與傳遞是制約該發(fā)酵體系產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。對(duì)傳統(tǒng)的攪拌釜式發(fā)酵罐，僅僅加上一個(gè)本發(fā)明的膜氣體分布器，就可以使發(fā)酵過(guò)程中氧傳遞系數(shù)提高35～50%。
由于制造膜氣體分布器的膜材料的孔徑很小，為了減小氣體通過(guò)阻力，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)影響氣體通過(guò)膜材料的壓降的各種因素進(jìn)行了分析，證明由于毛細(xì)管作用使膜的微孔內(nèi)充滿液體，因而導(dǎo)致氣體通過(guò)阻力增大。所以用于制造膜分布器的膜材料均須經(jīng)過(guò)表面處理，以防止液體進(jìn)入膜的微孔，減小通氣阻力。
權(quán)利要求
1.一種膜氣體分布器，其特征在于由經(jīng)表面處理的微孔膜、連接件、法蘭及進(jìn)氣口組成，膜固定在連接件上，并與法蘭連接在一起，膜與連接件之間的空間構(gòu)成進(jìn)氣腔室，整個(gè)膜氣體分布器可以通過(guò)法蘭方便地與氣液接觸設(shè)備相連。
2.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的膜氣體分布器，其特征在于所說(shuō)的微孔膜的孔徑為0.1～10微米。
3.按照權(quán)利要求1和2所說(shuō)的膜氣體分布器，其特征在于所說(shuō)的微孔膜為金屬膜。
4.按照權(quán)利要求1和2所說(shuō)的膜氣體分布器，其特征在于所說(shuō)的微孔膜為高分子膜。
5.按照權(quán)利要求1和2所說(shuō)的膜氣體分布器，其特征在于所說(shuō)的微孔膜為管狀金屬膜。
6.按照權(quán)利要求1和2所說(shuō)的膜氣體分布器，其特征在于所說(shuō)的微孔膜為平面金屬膜。
7.按照權(quán)利要求1和2所說(shuō)的膜氣體分布器，其特征在于所說(shuō)的微孔膜為聚酯核孔膜。
8.一種膜氣體分布器，其特征在于由經(jīng)過(guò)表面處理的4根管狀金屬微孔膜、連接件、法蘭及中心進(jìn)氣口和環(huán)隙進(jìn)氣口組成，中心管狀金屬微孔膜與相應(yīng)連接件之間的空間構(gòu)成中心進(jìn)氣腔室，另外三根管狀金屬微孔膜彼此間成120度并與相應(yīng)連接件之間的空間構(gòu)成環(huán)隙進(jìn)氣腔室，整個(gè)膜氣體分布器可以通過(guò)法蘭方便地與氣液接觸設(shè)備相連。
9.一種膜氣體分布器，其特征在于由經(jīng)過(guò)表面處理的平板金屬微孔膜，連接件、法蘭及中心進(jìn)氣口和環(huán)隙進(jìn)氣口組成，平板金屬微孔膜與連接件之間的空間構(gòu)成中心進(jìn)氣腔室和環(huán)隙進(jìn)氣腔室，整個(gè)膜氣體分布器可以通過(guò)法蘭方便地與氣液接觸設(shè)備相連。
10.一種膜氣體分布器，其特征在于由經(jīng)過(guò)表面處理的聚酯核孔膜、連接件、法蘭及進(jìn)氣口組成，聚酯核孔膜上下兩側(cè)分別用篩網(wǎng)和篩板支撐，并與連接件之間的空間構(gòu)成進(jìn)氣腔室，整個(gè)膜氣體分布器可以通過(guò)法蘭方便地與氣液接觸設(shè)備相連。
全文摘要
一種膜氣體分布器，屬于化工分離及反應(yīng)設(shè)備領(lǐng)域，由經(jīng)過(guò)表面處理的微孔膜、連接件、法蘭及進(jìn)氣口組成。膜固定在連接件上，并與法蘭連接在一起，膜與連接件之間的空間構(gòu)成進(jìn)氣腔室，整個(gè)膜氣體分布器可以通過(guò)法蘭方便地與氣液接觸設(shè)備相連。利用本發(fā)明可以獲得細(xì)小均勻的氣泡，改善氣液接觸設(shè)備內(nèi)的氣液分散狀況，強(qiáng)化氣液間傳質(zhì)能力，能在較低的能耗下達(dá)到較高的傳質(zhì)能力。
文檔編號(hào)B01J10/00GK1074837SQ9210059
公開(kāi)日1993年8月4日 申請(qǐng)日期1992年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月31日
發(fā)明者李琳, 丁富新, 朱德權(quán), 袁乃駒 申請(qǐng)人:清華大學(xué)