一種帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置及其分離方法與流程
2023-09-20 14:07:05
本發明屬於輸送管道內氣水分離技術領域，尤其涉及一種帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置及其分離方法。
背景技術：
通過實踐和研究發現，兩相流動或者多相流動流體通過T型三通時各相會進行重新分配，大多數情況下在分支管內會發生各相分配不均現象，極端時出口支管內可能一種相存在，這為利用T型三通進行氣液分離提供了理論和實踐基礎。相對於當前笨重昂貴的分離系統，T型三通具有結構簡單、封閉緊湊、運行連續、價格低廉、安全方便等特點，但是由於T型管道幾何上的多樣性、流動工況的複雜性，再加上氣液兩相流動固有的複雜性，單個T型三通的分離效率不高。
近年來，由於超疏水表面在自清潔表面、微流體系統和生物相容性等方面的潛在應用，有關超疏水表面的研究引起了極大的關注。當水滴碰撞超疏水表面後，會發生顯著的回彈現象。本發明便利用超疏水表面這一特性，結合T型三通，設計一種帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置。
技術實現要素：
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置及其分離方法。
為實現上述目的，本發明採用下述技術方案：
一種帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置，包括T型三通和球面過濾殼，所述T型三通包括水平方向上的氣水入口管道和豎直方向上向上的氣相出口管道和豎直方向上向下的水相收集管道，所述氣水入口管道、氣相出口管道和水相收集管道相互連接成一體式T型結構；所述球面過濾殼選用具有超疏水特性的材料製成；所述球面過濾殼在氣水入口管道、氣相出口管道和水相收集管道交叉的三通口處與氣相出口管道的內壁緊密貼合；所述球面過濾殼的敞口邊緣成橢圓形；所述球面過濾殼的敞口邊緣所在的平面與氣相出口管道所在的軸線呈銳角；所述球面過濾殼凸向氣水入口管道與水相收集管道的方向。
進一步地，所述球面過濾殼上設置有多個呈均勻間隔的長條狀流通孔道，所述流通孔道的延伸方向與球面過濾殼的敞口邊所呈的橢圓的長軸所在軸線垂直，相鄰兩個流通孔道之間是過濾殼基體。
進一步地，所述流通孔道的寬度小於分離後氣相中允許存在的最大水滴的粒徑；所述過濾殼基體的寬度不大於流通孔道的寬度。
一種帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置的分離方法，氣水混合物從水平方向上的氣水入口管道進入，在重力作用下，水相和氣相中分散的較大的水滴會下落至水相收集管道；較小粒徑的水滴，隨氣流上升，遇到經超疏水處理的球面過濾殼，氣相與粒徑小於球面過濾殼的流通孔道的寬度的水滴經過球面過濾殼進入氣相出口管道；粒徑較大的水滴，隨氣流上升，與球面過濾殼的超疏水表面碰撞，回彈、落入水相收集管道。
進一步地，所述水相收集管道外接水相收集外排裝置。
本發明的有益效果是：方法簡單，成本低，適於規模化生產與應用，具有廣泛的社會效益和經濟價值。具體地，本發明提供的帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置，因內置經超疏水處理的球面過濾殼，使得通過氣水入口管道進入的氣水混合物在流至交叉的三通口處時，在重力作用下，氣體通過三通口處安裝的球面過濾殼上的流通孔道進入氣相出口管道，此時體積較大的水團，因重力作用，落入水相收集管道；體積較小的水滴，隨氣流攜帶，撞擊經超疏水處理的球面過濾殼並迅速回彈、落入水相收集管道；而粒徑小於過濾殼通道的水滴，可以穿過流通孔道。因球面過濾殼經超疏水處理過，小水滴不會粘附在球面過濾殼的過濾殼基體上或者流通孔道處，進而避免阻塞氣體流通。
附圖說明
圖1是本發明氣水分離裝置中T型三通與球面過濾殼的相對安裝位置示意圖；
圖2是本發明氣水分離裝置中球面過濾殼的結構示意圖；
圖3是本發明氣水分離裝置中球面過濾殼的局部放大示意圖。
其中：1、氣水入口管道；2、氣相出口管道；3、球面過濾殼；4、水相收集管道；5、流通孔道；6、過濾殼基體。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發明進一步描述。
圖1是本發明氣水分離裝置中T型三通與球面過濾殼的相對安裝位置示意圖；圖2是本發明氣水分離裝置中球面過濾殼的結構示意圖；圖3是本發明氣水分離裝置中球面過濾殼的局部放大示意圖。
如圖1-3所示，一種帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置，包括T型三通和球面過濾殼3，其中T型三通包括水平方向上的氣水入口管道1和豎直方向上向上的氣相出口管道2和豎直方向上向下的水相收集管道4，而氣水入口管道1、氣相出口管道2和水相收集管道4相互連接成一體式T型結構，即水平方向上的氣水入口管道1垂直於豎直方向上的氣相出口管道2和水相收集管道4；球面過濾殼3選用具有超疏水特性的材料製成，即其具有超疏水特性；球面過濾殼3在氣水入口管道1、氣相出口管道2和水相收集管道4交叉的三通口處與氣相出口管道2的內壁緊密貼合；球面過濾殼3的敞口邊緣成橢圓形，且球面過濾殼3的敞口邊緣所在的平面與氣相出口管道2所在的軸線呈銳角，即球面過濾殼3相對氣相出口管道2傾斜設置；另外，球面過濾殼3凸向氣水入口管道1與水相收集管道4的方向，此處，主要考慮流體流經球面過濾殼時存在壓能損失，氣水入口管道1中的壓力通常大於氣相出口管道2中的壓力，球面過濾殼3凸向氣水入口管道1與水相收集管道4的方向，可以使球面過濾殼承受更大的壓差；另外，球面過濾殼的表面呈球面結構可以使氣水入口管道1所在的軸線與球面過濾殼表面夾角小於90°，即氣水入口管道1來流中的水滴與球面過濾殼表面碰撞角度小於90°，從而使反彈後的水滴不會沿原路返回，而是水相收集朝向管道4的方向運動。
優選地，球面過濾殼3上設置有多個呈均勻間隔的長條狀流通孔道5，在此，流通孔道5可以允許氣體和粒徑小於孔道寬度的小水滴通過，並阻擋、回彈大粒徑水滴，從而實現氣水分離；而流通孔道5的延伸方向與球面過濾殼3的敞口邊所呈的橢圓的長軸所在軸線AA垂直，而相鄰兩個流通孔道5之間是過濾殼基體6，即流通孔道5和過濾殼基體6均勻間隔設置；在此，當水滴卡堵在流通孔道5內或粘附在過濾殼基體6上而無法及時回彈時，可以隨來流介質的推動作用，沿流通孔道5延伸方向向遠離球面過濾殼6最凸出的方向移動，逐漸靠近管壁，進入低流速區，便於水滴沿管壁流入水相收集管道4，脫離球面過濾殼3。
優選地，流通孔道5的寬度d1應小於分離後氣相中允許存在的最大水滴的粒徑；相鄰兩個流通孔道5之間的過濾殼基體6的寬度d2不宜大於流通孔道5的寬度d1，目的是在有限的球面過濾殼的面積上，儘量增加流動孔道的個數。
本發明帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置，其分離方法為：氣水混合物從水平方向上的氣水入口管道1進入，在重力作用下，水相和氣相中分散的較大的水滴會下落至水相收集管道4；對於較小粒徑的水滴，隨氣流上升，遇到經超疏水處理的球面過濾殼3，氣相與粒徑小於球面過濾殼3的流通孔道5的寬度d1的水滴經過球面過濾殼3進入氣相出口管道2；對於粒徑較大的水滴，隨氣流上升，與球面過濾殼3的超疏水表面碰撞，回彈、落入水相收集管道4。
進一步地，水相收集管道4外接水相收集、外排裝置，用於對收集、分離出的水體進行收集。
本發明提供的帶有疏水表面過濾殼的氣水分離裝置，因內置經超疏水處理的球面過濾殼，使得通過氣水入口管道進入的氣水混合物在流至交叉的三通口處時，在重力作用下，氣體通過三通口處安裝的球面過濾殼上的流通孔道進入氣相出口管道，此時體積較大的水團，因重力作用，落入水相收集管道；體積較小的水滴，隨氣流攜帶，撞擊經超疏水處理的球面過濾殼並迅速回彈、落入水相收集管道；而粒徑小於過濾殼通道的水滴，可以穿過流通孔道。因球面過濾殼經超疏水處理過，小水滴不會粘附在球面過濾殼的過濾殼基體上或者流通孔道處，進而避免阻塞氣體流通。本發明分離方法簡單，成本低，適於規模化生產與應用，具有廣泛的社會效益和經濟價值。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「水平」、「豎直」、「上」、「下」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。