[发明专利]一种新型气液分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型气液分离装置，特别是涉及到利用一种螺线形分离结构的伯努利效应实现气液分离的发明。

背景技术

气液分离装置是一种常见化工设备，多用于化工反应器塔顶、锅炉或蒸发器上部、环保设备，用于分离气体中的液滴。目前已有的气液分离装置按工作原理可分为重力沉降、惯性分离、旋风分离、电分离、过滤、纤维丝网分离六种。

重力沉降分离装置在气体流道上设置膨大部分，气体流速降低后，液滴在重力作用下沉降分离。重力沉降分离装置构造简单可靠，但体积巨大，且只能用于分离大尺度液滴。

惯性分离装置在气体流道上设置挡板或波形板，气体受挡板或波形板阻隔，急剧改变流动方向，液滴因惯性作用，行进方向变化小于气流行进方向变化，撞击在挡板或波形板上，从而实现分离。惯性分离装置构造简单，气体压力损失相对较小，但同样只能用于分离较大尺度液滴。

旋风分离装置将气体沿切向引入到圆筒中，气体在圆筒中高速旋转，液滴因离心作用被气流甩至圆筒内壁实现分离。旋风分离装置体积较小，压力损失中等，可以分离中等尺度的液滴，但需要较高的气体初始流速。此外旋风分离装置直径不宜过大，在处理量较大的场合，只能采用一组多个小直径旋风分离装置并联的方式工作，需要较大的安装与维护空间。

电分离装置在气体流道两侧设置高压静电电极，形成电场，气体从电场中流过，带有电荷的液滴受电场作用，被电极分离。电分离装置效率较高，可以去除小尺度液滴，但对液滴的介电常数有一定要求。此外，民用场合，高压电具备一定危险。

过滤分离装置在气体流道中设置滤网去除液滴，滤网体积小，且可以去除一切大于滤网有效孔径的液滴。但高精度滤网阻力较大，且易于堵塞，实用价值较小。

纤维丝网分离装置采用纤维在一定厚度的空间内形成多重大孔径滤网构造，单重滤网对液滴捕获效率较低，多重构造理论上可以获得任意高去除率。实际上典型的纤维丝网分离装置厚度一般在100mm以上，对细小液滴的去除率一般大于99.7%，压力损失一般在200—1000Pa范围。对于细小液滴含量较高的气体，纤维丝网分离装置阻力通常有所增加。如果液滴不洁净，长期使用后，纤维丝网也存在堵塞或结垢的风险。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种重量小、压降低、体积紧凑、可充分去除液滴的气液分离装置。

本发明所采用的技术方案是：本装置由圆环顶盖、圆形底板和一组螺线形分离片构成；圆环顶盖外直径和圆形底板直径相等，圆环顶盖和圆形底板圆心同轴、板面平行；圆环顶盖和圆形底板之间垂直设置一组螺线形分离片，这组螺线形分离片沿圆环顶盖圆环均匀旋转排列，排列方向相同（逆时针、顺时针方向均可，考虑到地球自自传偏向力的影响，地球北半球更适合于逆时针方向，南半球更适合顺时针方向），各螺线原点与圆心重合，高度为顶盖和底板之间距离，上下边与圆环顶盖和圆形底板连接；螺线形分离片剖面为M个相邻的等角螺线臂（M取≥2的整数），等角度90°，总转角度为M×90°（即黄金螺线），内外相邻两臂弧长比为0.618：1；圆环顶盖外圆半径设为R则内圆半径为（1-0.618）×0.618^n-2×R；螺线形分离片片数 N（N取≥3的整数），相邻两个螺线形分离片的夹角为360°/N；本装置横剖面为M层环形排列的同心等角螺线臂，最外第一层等角螺线臂的半径为((0.618²+1)/2)^½R即0.831R，第二层等角螺线臂的半径为0.618^2-1((0.618²+1)/2)^½R，逐层向内，则第M层半径为0.618^M-1((0.618²+1)/2)^½R；圆环顶盖气流出口到圆形底板的投影区域形成的腔体为气流汇集区；两片相邻螺线形分离片围成曲面通道，曲面通道中两片螺线形分离片向轴心投影的未重合区域为气液分离区，N片螺线分离片形成N个气液分离区围绕气流汇集区排列，组成本装置的一组气液分离区即螺线形分离结构，经外围加压或由气流汇集区上方引风使含液滴的气流进入本装置，气流沿曲面通道螺旋前进经过气液分离区，气液分离区向内渐弯渐缩，半径变小曲率变大，截面积变小，气流被不断加速，液滴被甩到曲面通道外壁，完成气液分离；分离后的气流经气流汇集区沿圆环顶盖气流出口流出，液滴在曲面通道外壁上汇集成流，液流受重力和气流压力共同作用向通道底部和圆形底板中心汇集，累积一定高度反向沿气流进口流出，或在圆形底板另开泄液口流出。