[发明专利]多级隧道式顺磁分离富氧装置无效

专利信息
申请号: 200910152415.X 申请日: 2009-09-07
公开(公告)号: CN101700452A 公开(公告)日: 2010-05-05
发明(设计)人: 魏伯卿 申请(专利权)人: 魏伯卿
主分类号: B01D53/00 分类号: B01D53/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 314408 浙江省海宁*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 多级 隧道 式顺磁 分离 装置
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种多级隧道式顺磁分离富氧装置,属于气体分离技术领域。

背景技术

空气中氧气的含量为20.93%,当空气中氧气含量超过21%时称为富氧空气;随着科技的 发展和社会的进步,富氧空气的应用也越来越广,包括:富氧助燃节能环保、医疗保健卫生、 化学化工反应以及农业水产养殖等等,特别是人类面临的环境污染和能源短缺,使得改善家 庭环境的氧含量以抵御大气的污染和应用富氧助燃节能环保成为势在必行;但用于富氧助燃 节能环保的膜法富氧尽管生产成本偏高、运行费用偏大,而用于家庭的室内供氧却一直因为 制氧成本太高而无法大面积推广。

目前制取富氧气体的方法有:深冷法、变压吸附法、电解水法、化学法、膜分离法等, 这些方法制氧成本都很高。人类认识并研究利用氧气的顺磁性和氮气的抗磁性特点及体积磁 化率相差251倍的差异,设计制作过多种多样的装置,并申请了多个相关专利,但都因顺磁 分离气体中氧含量增量不大,没有实用价值而至今没有能够工业化或产业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便、产氧量可大可中可小、产氧浓度可高可 中可低且成本较低、运行成本更低的一种多级隧道式顺磁分离富氧装置。

氧气为顺磁性介质,标准状态下其体积磁化率为146×10-6,氮气为抗磁性介质,标准状 态下其体积磁化率为-0.58×10-6,根据这一特性,氧气和氮气在梯度磁场(dB/dx>0)中会受 到不同强度方向相反的磁场力作用:

氧分子受力为:F1=μ1dB/dx=m1a1=4.32×10-24B dB/dx,

              μ1为氧分子磁矩,m1为氧分子质量,a1为氧分子加速度,B为磁场强度;

氮分子受力为:F2=-μ2dB/dx=m2a2=-1.72×10-26B dB/dx,

              μ2为氮分子磁矩,m2为氮分子质量,a2为氮分子加速度,B为磁场强度;

F1/F2=(4.32×10-24B dB/dx)/(1.72×10-26B dB/dx)=251.16倍

氧气所受磁场力指向磁场强度增大的方向,而氮气受到的磁场力指向磁场强度减小的方 向;

根据朱重光教授的计算(淮北煤师院学报1997年第18卷第1期)氧分子和氮分子的分 离行程为1.8mm,但实际分离过程中由于分子的热运动、湍流和碰撞等多重作用,与理论计 算有相当的差距;本发明每条隧道的空间能使氮氧分子产生多次逐级分离;另外,根据蔡军 博士等的实验结果(北京科技大学学报2006年5月):当混合气体中氧气的初始体积分数由 20%增加到30%时,其顺磁分离气中氧的体积分数增量由0.12%增加到0.59%,这说明氮氧混 合气体中氧气含量越高,其顺磁分离气中氧气浓度的增量比例也就越大。因此本发明采用多 级隧道分离,即第一级隧道分离出的富氧空气进入第二级隧道进行顺磁分离,第二级顺磁隧 道分离出的富氧空气再进入第三级隧道分离,然后进行第四级分离、第五级分离……,这样 上一级分离出的富氧空气在下一级中可以分离富集出更高浓度的富氧空气,这样一级一级的 连续不断分离富集的富氧气体的氧浓度也越来越高。

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