[发明专利]两相流体强传质逆流接触的方法和装置

说明书

本发明提供一种两相流体强传质逆流接触的方法，包括以下步骤：对第一流体引流形成强负压区域，第二流体被吸入强负压区域，与第一流体混合接触，再进入分离区域实现接触和分离；排出的第二流体沿第一流体的反方向进入另一个相邻的接触单元的强负压区域；排出的第一流体沿着流动方向进入相邻接触单元的第一流体进料口。两相流体强传质逆流接触的装置包括串联的接触单元，每个接触单元中，第一流体进口、强负压区域、分离区域和第一流体出口顺序连通，第二流体进口、强负压区域、分离区域和第二流体出口顺序连通。本发明符合传递过程推动力梯度最优以及局部传递单元速率最快的原则，突破了传统逆流接触无法提高混合强度、传统混合无法逆流的局限。

技术领域

本发明涉及一种逆流接触的方法和装置，具体涉及一种两相流体强传质逆流接触的方法和装置。

背景技术

典型化工的“三传一反”包括了质量传递、动量传递、热量传递、化学反应，其中，在质量传递和热量传递领域，两种流体的接触形式决定了大型生产装置的能效。

两种流体的接触是一种常见的工业过程，既要考虑单个接触单元的效率，也要考虑多个接触单元的连通方法。

如果把接触视为一个混合单元，混合单元则包括物质A进料、物质B进料、接触区域以及混合出料。传统上，人们热衷于采用流体的湍流特征制造强烈的混合，以使两相的接触更加有效。采用流速更快、雷诺数更高、湍流耗散率更大的湍流流场结构已经得到了广泛关注，先进的过程强化手段如射流、撞击流、超重力、管式混合等。这仅仅是单个接触单元的强化接触方法。通常需要多个接触单元以实现规模化流体的传质和传热。

关于多个接触单元的排布顺序，这就涉及到传递过程的推动力设置。物质A和物质B的流动方向通常为并流，沿着并流方向，物质A和物质B之间的传质传热推动力越来越弱，这就导致了更新速率和推动力低下。

另一种情况下，物质A和物质B为互相逆流，每种物质沿着各自的流动方向，其传质传热推动力均保持较高水平，所以人们希望两种流体的接触尽量以逆流出现，以提高设备的能效。

但是逆流的动力来源通常为重力，这就导致接触过程只能发生在重力场下，混合作用较弱，气液接触过程的传质和传热效率远不及射流、超重力等湍流场。例如，重力条件下，常温常压的空气气泡与水的滑移速度通常小于0.3m/s，氧组分的液侧传质系数通常不超过1mm/s。典型的重力场逆流接触设备为逆流接触塔，塔盘效率通常小于75％，这样就导致实际所需的塔盘数量远远大于理论塔板数，导致塔设备体积过大，传质传热能力不足。

虽然逆流接触可以实现最合理的推动力梯度分布。但是传统逆流接触都是在重力场条件下，两相滑移速度较低，而且流体湍动程度比较弱。CN 106139639 B提出了一种高通量连续逆流萃取器，为了解决重力场条件下的湍动程度低的难题，增加了旋转混合环隙，增加了水平方向的混合强度，但是在重力作用的竖直方向上，仍然是重力引导重相和轻相的相对滑移，而且该旋转设备属于动设备，在很多高温、高压的苛刻条件无法使用。

CN 109592643 B提出了一种多级逆流吹出方法、多级逆流吹出装置，但是相邻级之间，液相需要采用泵增压，气相需要采用压缩机增压。大大增加了操作成本和复杂度，限制了大规模工程化应用。

因此，缺乏湍流场耦合逆流接触的方法以及对应的便捷性装置，限制了工业过程的传质传热技术发展。

CN 102350294 B提供了一种基于喷射器的逆流式传质、传热、反应装置，采用多个射流单元器串联，实现了重介质和轻介质的逆流和高效传质。但是，强传质只发生在射流混合区域，分离区域仍然采用重力沉降原理，将重介质和轻介质进行分层分离，所需分离区域空间过大，分离区域仍然为重力场作用，不具备剧烈接触的作用。同时，重力沉降的分离方法导致了分离区域的重介质只能自上向下流动、轻介质只能从下向上流动，限制了该装置的组合放大应用。