氣液分離裝置及其應用、液態熔鹽中微氣泡的分離方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣液分離裝置及其應用、液態熔鹽中微氣泡的分離方法。
【背景技術】
[0002]氣液分離方法在眾多領域都有著廣泛的應用,例如壓縮空氣的油水分離、制冷領域的油氣分離、石油開采過程中的油氣分離等都需要用到各種類型的分離器。在石油和化工生產過程中許多領域需要對氣液混合介質進行分離,以完成產品的凈化或滿足工藝流程的技術要求。以石油工業為例,為了實現準確計量,必須對油、氣、水三相介質做分離處理,再如,為了防止普通增壓泵產生氣蝕現象,保證其工作安全有效,也應降低泵入口處的氣體介質含量。氣液分離器是利用氣體和液體的密度不同,通過重力分離、離心分離,慣性分離和過濾分離等方法實現兩相間的完全分離,主要結構形式是自然沉降罐、折流擋板、旋流分離構件和過濾器等。氣液分離的原理雖然都十分相近,但是由于氣液混合液的組成不同,如:氣流中含有的少量液滴的分離,液流中含有的少量氣泡的分離、氣體和液體體積相當的混合液的完全分離,其結構也有很大差別,所以各種分離器并不能相通使用。常規氣液分離器一般采用重力沉降罐的結構形式,具有結構簡單的特點,但設備體積龐大,占地面積大,處理時間長。如果采用離心式分離器,一方面提高效率,另外也可縮短處理時間,實現實時處理。
[0003]核能已日益成為當今世界的主要能源,在所有能源中所占的比例越來越大。但在利用核能的同時,也伴隨產生了大量的放射性物質,會嚴重危害人類的生存。在液態核反應堆冷卻劑中含有大量的氪、氙和氚等放射性氣體,氪、氙很容易引起反應堆的中毒,同時氚非常容易通過器壁滲透而擴散到環境中。在重水反應堆中也會產生大量的放射性氚,大部分放射性氣體溶解在重水中,隨冷卻劑在回路中循環流動。為了保護環境,防止這些放射性氣體的無序擴散,需要將溶解在冷卻劑中的氣體及時提取出來,進行統一的無害化處理。向冷卻劑中注入一定量的清洗氣體,讓氣體與冷卻劑充分接觸,放射性氣體由冷卻劑向清洗氣體中擴散,然后使用氣液分離器將這些攜帶有大量的放射性氣體提取出來,進入尾氣處理系統。清洗氣體的氣泡數量多,直徑很小,分散懸浮在冷卻劑中,不容易發生聚集,使用普通的分離方法很難將其快速的完全分離出來。
[0004]目前,報道較多的氣液分離方法多是針對氣體中含有的小液滴進行分離,或者是對液體中含有的大量氣體進行分離,這些分離方法也不適用于針對液體中含有的微量氣體進行分離,類似的研究也較少。核工業由于行業的特殊性,要求所用設備結構簡單,性能穩定,基本不需要日常維護。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題在于克服液體中存在的大量微氣泡難以用現有的分離方法分離的缺陷,而提供了一種氣液分離裝置及其應用、液態熔鹽中微氣泡的分離方法。本發明所提供的氣液分離裝置結構簡單,能快速聚集液相中的微氣泡,分離效率高,裝置體積小,壓降小,對管道中流體的流場分布影響小。
[0006]本發明提供了一種氣液分離裝置;所述的氣液分離裝置包括一等徑直筒體,所述等徑直筒體上設有一入口和一出口,在所述等徑直筒體的一側筒壁上沿所述入口至所述出口的方向依次開設有一第一出氣管和一第二出氣管,所述第一出氣管和所述第二出氣管垂直設置于所述等徑直筒體上,所述第一出氣管的底端、所述第二出氣管的底端與所述等徑直筒體的中心線垂直相交;所述第一出氣管的底端還與一旋轉葉輪連接,所述第二出氣管的底端還與一恢復葉輪連接;
[0007]所述旋轉葉輪包括一第一導流管和一組以所述第一導流管為軸固定設置的旋轉葉片;所述第一導流管具有一第一開放端和一第一封閉端,所述第一封閉端的橫截面積小于所述第一開放端的橫截面積;所述旋轉葉片位于近所述第一開放端的一側,所述第一開放端的中心線上開設有一第一孔道,所述第一孔道的開口方向與所述出口的方向相同,所述第一孔道的末端與所述第一出氣管的底端垂直連接;
[0008]所述恢復葉輪包括一第二導流管和一組以所述第二導流管為軸固定設置的恢復葉片,所述第二導流管具有一第二開放端和第二封閉端,所述第二封閉端的橫截面積小于所述第二開放端的橫截面積;所述恢復葉片位于近所述第二開放端的一側,所述第二開放端的中心線上開設有一具有圓錐形開口的第二孔道,所述第二孔道的開口方向與所述入口的方向相同,所述第二孔道的末端與所述第二出氣管的底端垂直連接;
[0009]所述旋轉葉片的直徑、所述恢復葉片的直徑小于或等于所述等徑直筒體的內徑;所述旋轉葉片與所述恢復葉片的偏轉方向相反;所述旋轉葉片與所述恢復葉片之間的距離為所述等徑直筒體的內徑的10?30倍。
[0010]本發明中,所述第一孔道的長度較佳地為所述等徑直筒體的內徑的2?4倍;所述第一孔道的內徑較佳地為所述等徑直筒體的內徑的1/15?1/5倍。
[0011]本發明中,所述第一出氣管的內徑較佳地為所述等徑直筒體的內徑的1/15?1/5倍;所述第二出氣管的內徑較佳地為所述等徑直筒體的內徑的1/15?1/5倍。
[0012]本發明中,所述第一導流管的長度較佳地為所述等徑直筒體的內徑的2.5?5倍;所述第二導流管的長度較佳地為所述等徑直筒體的內徑的2.5?5倍。
[0013]本發明中,所述旋轉葉片與所述第一開放端的距離較佳地為所述等徑直筒體的內徑的1/5?1/2倍;所述恢復葉片與所述第二開放端的距離較佳地為所述等徑直筒體的內徑的1/5?1/2倍。
[0014]本發明中,所述的第一出氣管與所述第二出氣管貫穿所述等徑直筒體的一側筒壁的方式較佳地為在所述等徑直筒體的一側筒壁上開孔,再將所述第一出氣管和所述第二出氣管垂直插設于孔內。
[0015]本發明中,所述第一孔道的末端與所述第一出氣管的底端較佳地通過螺紋垂直連接,以與所述第一出氣管相連通;所述第二孔道的末端與所述第二出氣管的底端較佳地通過螺紋垂直連接,以與所述第二出氣管相連通。
[0016]本發明中,所述第一封閉端的橫截面積小于所述第一開放端的橫截面積通過控制所述第一封閉端的截面形狀來實現,較佳地將所述第一封閉端的形狀設置為圓錐形或階梯形柱體。所述第二封閉端的橫截面積小于所述第二開放端的橫截面積通過控制所述第二封閉端的截面形狀來實現,較佳地將所述第二封閉端的形狀設置為圓錐形或階梯形柱體。
[0017]本發明中,通過改變所述旋轉葉片和所述恢復葉片的傾斜角度可以控制氣液混合物的向心力的大小,能夠對氣液分離裝置的分離效率和處理能力進行有效的調節。
[0018]本發明中,所述的旋轉葉片和所述的恢復葉片的葉片數量分別較佳地為3?10片;所述的旋轉葉片和所述的恢復葉片的偏轉角度的絕對值分別較佳地為20°?50° ;所述的旋轉葉片和所述的恢復葉片的安裝寬度分別較佳地為所述等徑直筒體的內徑的0.5?2倍;所述的旋轉葉片和所述的恢復葉片的葉片厚度分別較佳地為I?5mm。
[0019]本發明還提供上述氣液分離裝置在分離液態熔鹽中的微氣泡上的應用。
[0020]其中,所述液態熔鹽中微氣泡的含量較佳地為0.1%?20%,更佳地為0.1%?5%,所述的百分比為體積百分比;所述的微氣泡的直徑較佳地為0.1mm?10mm。
[0021 ] 本發明還提供了一種液態熔鹽中微氣泡的分離方法,所述的分離方法采用上述氣液分離裝置進行,所述的等徑直筒體的入口和出口分別與液態熔鹽的輸送管道相連接;液態熔鹽從所述入口進入,并經過所述氣液分離裝置后,液態熔鹽中含有的微氣泡聚集成氣柱,由所述第一出氣管或所述第二出氣管排出,液態熔鹽從所述出口平行流出。
[0022]本發明中,較佳地,所述等徑直筒體的內徑、外徑分別與所述液態熔鹽的輸送管道的內徑、外徑相同。
[0023]本發明中,較佳地,所述等徑直筒體的管材與所述液態熔鹽的輸送管道的管材可以根據輸送液體的物理性質選擇相同管材,較佳地為304不銹鋼、316L、Inconel系列合金材料或Hastelloy系列合金材料。
[0024]本發明中,較佳地,所述第一出氣管和第二出氣管還與一尾氣處理系統連接,用于排出分離的氣體。
[0025]在符合本領域常識的基礎上,上述各優選條件,可任意組合,即得本發明各較佳實例。
[0026]本發明所用試劑和原料均市售可得。
[0027]本發明的積極進步效果在于:本發明提供的氣液分離裝置可以直接應用于管道中,占用空間小,壓降小,結構簡單,無需維護,可以對氣體體積百分含量在5%以下的氣液混合物進行有效的分離。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明的實施例1的氣液分離裝置的縱剖面結構示意圖。
[0029]圖2為圖1中的氣液分離裝置沿A-A面的剖視圖。
【具體實施方式】
[0030]下面通過實施例的方式進一步說明本發明,但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法,按照常規方法和條件,或按照商品說明書選擇。
[0031]實施例1
[0032]如圖1和圖2所示,本實施例提供的氣液分離裝置包括一等徑直筒體1,等徑直筒體I上設有一入口 2和一出口 3,在等徑直筒體I的一側筒壁上沿入口 2至出口 3的方向依次開設有一第一出氣管4和一第二出氣管5,第一出氣管4和第二出氣管5垂直設置于等徑直筒體I上,第一出氣管4的底端、第二出氣管5的底端與等徑直筒體I的中心線垂直相交;第一出氣管4的底端與一旋轉葉輪連接,第二出氣管5的底端與一恢復葉輪連接。
[0033]旋轉葉輪包括一第一導流管6和一組以第一導流管6為軸固定設置的旋轉葉片7 ;第一導流管6具有一第一開放端8和一第一封閉端9,第一封閉端9的橫截面積小于第一開放端8的橫截面積;旋轉葉片7位于近第一開放端8的一側,第一開放端8的中心線上開設有一第一孔道10,第一孔道10的開口方向與出口 3的方向相同,第一孔道10的末端與第一出氣管4的底端垂直連接。
[0034]恢復葉輪包括一第二導流管