[發(fā)明專利]兩相流體強傳質(zhì)逆流接觸的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110500298.2
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113198624B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許蕭;楊強;龔淳鎧;楊海強;陳正軍;王碩;王寧;熊泰
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號: B04C5/02
• 分類號: B04C5/02;B04C5/14
• 代理公司: 上海華工專利事務(wù)所(普通合伙) 31104
• 代理人: 繆利明;許營營

本發(fā)明提供一種兩相流體強傳質(zhì)逆流接觸的方法，包括以下步驟：對第一流體引流形成強負壓區(qū)域，第二流體被吸入強負壓區(qū)域，與第一流體混合接觸，再進入分離區(qū)域?qū)崿F(xiàn)接觸和分離；排出的第二流體沿第一流體的反方向進入另一個相鄰的接觸單元的強負壓區(qū)域；排出的第一流體沿著流動方向進入相鄰接觸單元的第一流體進料口。兩相流體強傳質(zhì)逆流接觸的裝置包括串聯(lián)的接觸單元，每個接觸單元中，第一流體進口、強負壓區(qū)域、分離區(qū)域和第一流體出口順序連通，第二流體進口、強負壓區(qū)域、分離區(qū)域和第二流體出口順序連通。本發(fā)明符合傳遞過程推動力梯度最優(yōu)以及局部傳遞單元速率最快的原則，突破了傳統(tǒng)逆流接觸無法提高混合強度、傳統(tǒng)混合無法逆流的局限。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種逆流接觸的方法和裝置，具體涉及一種兩相流體強傳質(zhì)逆流接觸的方法和裝置。

背景技術(shù)

典型化工的“三傳一反”包括了質(zhì)量傳遞、動量傳遞、熱量傳遞、化學(xué)反應(yīng)，其中，在質(zhì)量傳遞和熱量傳遞領(lǐng)域，兩種流體的接觸形式?jīng)Q定了大型生產(chǎn)裝置的能效。

兩種流體的接觸是一種常見的工業(yè)過程，既要考慮單個接觸單元的效率，也要考慮多個接觸單元的連通方法。

如果把接觸視為一個混合單元，混合單元則包括物質(zhì)A進料、物質(zhì)B進料、接觸區(qū)域以及混合出料。傳統(tǒng)上，人們熱衷于采用流體的湍流特征制造強烈的混合，以使兩相的接觸更加有效。采用流速更快、雷諾數(shù)更高、湍流耗散率更大的湍流流場結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注，先進的過程強化手段如射流、撞擊流、超重力、管式混合等。這僅僅是單個接觸單元的強化接觸方法。通常需要多個接觸單元以實現(xiàn)規(guī)模化流體的傳質(zhì)和傳熱。

關(guān)于多個接觸單元的排布順序，這就涉及到傳遞過程的推動力設(shè)置。物質(zhì)A和物質(zhì)B的流動方向通常為并流，沿著并流方向，物質(zhì)A和物質(zhì)B之間的傳質(zhì)傳熱推動力越來越弱，這就導(dǎo)致了更新速率和推動力低下。

另一種情況下，物質(zhì)A和物質(zhì)B為互相逆流，每種物質(zhì)沿著各自的流動方向，其傳質(zhì)傳熱推動力均保持較高水平，所以人們希望兩種流體的接觸盡量以逆流出現(xiàn)，以提高設(shè)備的能效。

但是逆流的動力來源通常為重力，這就導(dǎo)致接觸過程只能發(fā)生在重力場下，混合作用較弱，氣液接觸過程的傳質(zhì)和傳熱效率遠不及射流、超重力等湍流場。例如，重力條件下，常溫常壓的空氣氣泡與水的滑移速度通常小于0.3m/s，氧組分的液側(cè)傳質(zhì)系數(shù)通常不超過1mm/s。典型的重力場逆流接觸設(shè)備為逆流接觸塔，塔盤效率通常小于75％，這樣就導(dǎo)致實際所需的塔盤數(shù)量遠遠大于理論塔板數(shù)，導(dǎo)致塔設(shè)備體積過大，傳質(zhì)傳熱能力不足。

雖然逆流接觸可以實現(xiàn)最合理的推動力梯度分布。但是傳統(tǒng)逆流接觸都是在重力場條件下，兩相滑移速度較低，而且流體湍動程度比較弱。CN 106139639 B提出了一種高通量連續(xù)逆流萃取器，為了解決重力場條件下的湍動程度低的難題，增加了旋轉(zhuǎn)混合環(huán)隙，增加了水平方向的混合強度，但是在重力作用的豎直方向上，仍然是重力引導(dǎo)重相和輕相的相對滑移，而且該旋轉(zhuǎn)設(shè)備屬于動設(shè)備，在很多高溫、高壓的苛刻條件無法使用。

CN 109592643 B提出了一種多級逆流吹出方法、多級逆流吹出裝置，但是相鄰級之間，液相需要采用泵增壓，氣相需要采用壓縮機增壓。大大增加了操作成本和復(fù)雜度，限制了大規(guī)模工程化應(yīng)用。

因此，缺乏湍流場耦合逆流接觸的方法以及對應(yīng)的便捷性裝置，限制了工業(yè)過程的傳質(zhì)傳熱技術(shù)發(fā)展。

CN 102350294 B提供了一種基于噴射器的逆流式傳質(zhì)、傳熱、反應(yīng)裝置，采用多個射流單元器串聯(lián)，實現(xiàn)了重介質(zhì)和輕介質(zhì)的逆流和高效傳質(zhì)。但是，強傳質(zhì)只發(fā)生在射流混合區(qū)域，分離區(qū)域仍然采用重力沉降原理，將重介質(zhì)和輕介質(zhì)進行分層分離，所需分離區(qū)域空間過大，分離區(qū)域仍然為重力場作用，不具備劇烈接觸的作用。同時，重力沉降的分離方法導(dǎo)致了分離區(qū)域的重介質(zhì)只能自上向下流動、輕介質(zhì)只能從下向上流動，限制了該裝置的組合放大應(yīng)用。