專利名稱：軟管裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在至少兩種流體之間進行質量傳遞的軟管裝置，以及該裝置的制造方法。
背景技術：
對于液/液、氣/氣或氣/液質量傳遞體系，已知的是采用軟管組合體，它具有許多軟管，例如膜式軟管或膜式中空纖維。所述膜式組合體的一個優(yōu)點是在小空間內具有大的傳質表面積。因此就可以制成體積小、重量輕的傳質組合體。
具有上述性能的組合體用于例如超過濾和微過濾和氣體分離。
氣體分離理解為是從氣流中分離并脫除一種或多種氣體組分。這種分離的一個具體例子是廢氣的凈化，以便例如從發(fā)電廠或天然氣的廢氣中分離二氧化碳。
在已知的軟管組合體中，許多軟管以不透氣和不透液體的方式固定于外殼的兩個端板之間，進行傳質的流體例如液體在軟管中流過。所述軟管排列在外殼內，另一種流體例如氣體在外殼內流過。這另一種流體可以沿軸向或徑向在軟管外流過。
在常規(guī)的軟管組合體中，軟管在組合體外殼內以單根形式或成束形式排列。經進一步的開發(fā)，單個形式軟管就被軟管裝置所取代了。
具有上述性能的膜式軟管裝置在EP-B-0677321(Witzko，Grunsteudel)中有描述。這種膜式軟管裝置包括許多軟管，所述軟管彼此相鄰排列在一個平面內，而且彼此通過織物連接。所述織物用作軟管之間的間隔物。所述膜式軟管優(yōu)選包含兩層疊壓的微孔膨脹PTFE(聚四氟乙烯)膜。軟管內徑為0.1-2mm。在一個實施方式中，軟管具有氣體選擇性的涂層。
所有這些傳質體系的一個共同特征是，要從流體中分離的組分流入第二種流體，被第二種流體吸收。在該操作中，要從第一種流體中分離的組分傳質給第二種流體，第二種流體就富含該組分。
一種從氣體相分離氣態(tài)物質例如二氧化碳的已知方法是氣/液分離方法。在該分離方法中，吸收液體在軟管組合體的軟管中流過，要分離的氣體混合物沿軟管的外表面輸送。在該方法中，二氧化碳擴散透過軟管壁，被吸收液體吸收，并被帶出軟管裝置外面。
軟管裝置例如上述通過實施例描述的膜式軟管裝置，存在著吸收液體以層流方式在軟管中流過的缺點。由于層流的緣故，就在膜式軟管壁的內表面上形成吸收液體的靜止層(邊界層)。直接來自于氣體相的二氧化碳流入該靜止層內，使該處吸收液體富含二氧化碳。對氣體例如二氧化碳的吸收導致靜止層內吸收液體的粘度不成比例地增大，致使吸收液體在該處不流動。因此，靜止層就變得越來越厚。在這些區(qū)域內，由于飽和的吸收液體幾乎不能再吸收二氧化碳分子，同時也不能很快流出軟管以便為新鮮吸收液體騰出空間，所以這些區(qū)域吸收二氧化碳的能力就下降。因此，質量傳遞就下降，膜式軟管裝置內二氧化碳的質量交換也下降，只能從氣體混合物中吸收較少的二氧化碳。
由于質量傳遞尤其還依賴于吸收液體內已吸收的二氧化碳的量，就有必要將膜式軟管內的吸收液體混合。吸收液體的混合能夠使其中的二氧化碳含量均勻分布在軟管的整個截面上，因此能夠使富含二氧化碳的吸收液體很快排出。
為了改善質量傳遞，已經開發(fā)了有截面縮小段的軟管。為了達到此目的，將膜式軟管的截面以規(guī)則的間隔縮小。這可以通過收縮軟管截面或在軟管截面上裝以障礙物來實現(xiàn)。這就使得層流在截面縮小的區(qū)域內可以充分混合。問題是僅改變截面不能滿意地改善質量傳遞。另一方面，截面縮小伴隨著軟管長度上壓力降的增大，而這會對軟管裝置的總效率產生不利影響。再一方面，如果使用的是小截面的膜式軟管或中空纖維，截面縮小幾乎是不可能實現(xiàn)的。此外，為了改善質量傳遞，軟管裝置可以進行振動。但是，該方法也沒有取得多大成功。

發(fā)明內容
本發(fā)明在上述已存在的問題基礎上進行了研究，其目的是提供一種軟管裝置，在其中流過的液體或氣體以這樣的方式混合，使得軟管內表面上不會形成靜止的邊界層。
本發(fā)明的另一個目的是提高軟管壁內表面處的質量傳遞，目的是增大流過其中的液體或氣體對組分的吸收量，例如該吸收液體對氣體組分例如二氧化碳的吸收量。
此外，本發(fā)明的再一個目的是制成比常規(guī)軟管組合體重量更輕、尺寸更小的軟管組合體，同時達到同樣或提高的質量傳遞。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是提供一種軟管裝置，它具有第一軟管裝置末端和第二軟管裝置末端，并具有許多軟管，所述軟管彼此相鄰排列，由可滲透材料制成。每根軟管都具有自軟管入口至出口延伸的縱軸。連接部件排列成至少位于兩個相鄰軟管之間，并與軟管縱軸成一角度連接到軟管上。所述軟管中有至少一種自第一軟管裝置末端流經軟管至第二軟管裝置末端的流體。連接部件具有一個至少一種流體能夠流過的連接截面。
本發(fā)明的該設計保證了流體在自第一軟管裝置末端流至第二軟管裝置末端的路徑上遇到連接部件，在這些部位，流體被強制流入連接部件。
這就導致了流體的流動方向突然改變成連接部件的方向。在這些流體流動方向突然改變的地方，靜止層被破壞，先前的層流進行劇烈混合，至少部分發(fā)生湍流。
尤其在軟管和連接部件彼此匯合或分離的交叉部位，會發(fā)生充分混合，最好還形成湍流。在這些拐彎部位的銳角和流體流動方向上的很大改變導致橫向上的劇烈運動，使靜止層受到破壞，導致流體內的強制混合。
這些無序的橫向運動形成這樣的力，它與流體的流動方向相反，使流體充分混合。
結果，在軟管內表面上形成的靜止層就減小了，在有些情況下，幾乎可以完全避免形成靜止層，這是因為形成的湍流傳播開來，使軟管內的所有流體層以足夠的強度混合。
使用連接部件能夠使軟管組合體內的質量傳遞增大至這樣的程度，以致采用本發(fā)明的結構，即本發(fā)明的軟管和及其排列方式，能夠吸收更多的氣體。這在具有本發(fā)明軟管裝置的軟管組合體內的這種強化了的質量傳遞，使得與達到同樣質量傳遞的常規(guī)軟管組合體相比，可以將占據(jù)的空間降低30％以上，將重量減輕20％以上。這可以歸因于這樣的事實，即本發(fā)明的軟管裝置能夠具有更小的交換表面積，而同時形成與常規(guī)軟管組合體相同或甚至更好的質量傳遞。這樣，就可以制成更小更輕的軟管組合體。
實驗室試驗和實際試驗證明，在氣/液氣體分離過程中的氣體質量傳遞可提高30％以上。
連接部件優(yōu)選以對于流動方向呈20-160°的角度排列在軟管之間。結果，根據(jù)所選擇的角度，流體的流動方向或大或小地發(fā)生變化，因此所要求的充分混合就變得或多或少地強烈一些。角度越大，流體流動時所繞的拐角就越陡，因此，混合就更加充分。
除了連接部件外，軟管也可以具有重復的截面縮小段。在一個具體實施方式
中，軟管在兩個截面縮小段之間呈球形或雙凸透鏡狀。這些截面縮小段優(yōu)選是周期性重復的。截面縮小段會是軟管內收縮的區(qū)域，也會是軸向排列在軟管截面上的或在軟管壁內表面上的障礙物。這些軟管截面縮小段有助于形成湍流，因此有助于流體的混合。在每個縮小段的拐角部位，流體都大大加速，流動方向改變很大，結果使流體得到充分混合。
連接部件以重復間距、優(yōu)選以周期性重復間距排列在軟管之間。結果使流體在軟管裝置的整個長度上進行充分混合。連接部件之間的距離優(yōu)選至少1mm。結合上述的截面縮小段，流體就在整個軟管裝置的區(qū)域，在周期性和因此的連續(xù)基礎上進行連貫性的重復混合過程，導致所選擇組分在流體內分有均勻。
連接部件的內徑至少為軟管內徑的10％。連接部件的內徑也可以比軟管內徑大或小。連接部件的內徑優(yōu)選比軟管內徑小。軟管與連接部件的內徑不同也有促進混合的作用，這是因為流體在向較小內徑過渡時流速增大。
軟管、而且最好連接部件都用中空纖維形式，所述中空纖維的內徑小于2mm。在一個實施方式中，僅連接部件是中空纖維。在此情況下，軟管的內徑大于2mm。軟管由可滲透材料制成。可滲透是指軟管材料能夠透氣或滲透液體或滲透氣體和液體。可滲透材料優(yōu)選是可透氣的。軟管材料優(yōu)選包含疊壓的膜層，在此情況下，至少一層膜層選自下列聚合物聚酯、聚酰胺、聚烯烴包括聚乙烯和聚丙烯、聚氯乙烯、聚酮、聚砜、聚碳酸酯、含氟聚合物例如聚四氟乙烯(PTFE)和聚1，1-二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸酯、聚氨酯、共聚醚酯和共聚醚酰胺。所述軟管材料也可以是上述聚合物的混合物，例如聚乙烯與PTFE的混合物。優(yōu)選至少一層膜層由膨脹聚四氟乙烯(ePTFE)制成。在一個實施方式中，ePTFE填充有例如金屬、活性炭或二氧化鈦之類的無機物質。
所述聚合物可以是多孔或無孔的。
在一個實施方式中，可滲透材料具有可滲透的載體材料，其上面帶有對氣體有選擇性的密封涂層。
在此實施方式中，本發(fā)明的軟管裝置由所述軟管材料制成，然后施加對氣體有選擇性的密封涂層。
對氣體有選擇性的密封涂層可以任選地施加到軟管的外表面或內表面上，而且還優(yōu)選施加到連接部件的外表面或內表面上。對氣體有選擇性的涂層根據(jù)要脫除的氣體進行選擇。軟管優(yōu)選用的是全氟間二氧雜環(huán)戊烯涂層，該涂層不透極性氣體。在此情形下，對氣體有選擇性的涂層能使例如氣體組分如二氧化碳透過到達吸收液體，而吸收液體是不能透過的。
如果吸收液體位于軟管內，對氣體有選擇性的涂層優(yōu)選施加到軟管和連接部件的內表面。
連接部件的設置方式優(yōu)選與軟管的相同，也具有同樣的材料結構。
制造本發(fā)明軟管裝置的方法可以分成以下步驟(a)提供至少兩個平整帶，(b)提供至少兩個具有輥壓表面的有槽軋輥，(c)將所述至少兩個平整帶一同喂入兩個有槽軋輥之間的輥隙，(d)在輥隙內提供靜止狀態(tài)的排列成彼此平行并有一定間距的絲，該絲與輥子表面上刻出的相應槽子嚙合，和(e)在輥隙內將平整帶壓合起來，(f)從靜止絲上拉伸脫除已經疊壓起來的平整帶。
平整帶的形式優(yōu)選是由ePTFE制成的至少一個平整膜帶。
下面參照附圖，詳細說明本發(fā)明。


圖1顯示本發(fā)明軟管裝置第一實施方式的一部分；圖2a顯示穿過軟管壁的截面；圖2b顯示穿過帶有對氣體有選擇性的涂層的軟管壁的截面；圖3a顯示本發(fā)明軟管裝置第二實施方式的一部分；圖3b顯示本發(fā)明軟管裝置第三實施方式的一部分；圖4是制造本發(fā)明軟管裝置的設備示意圖；圖5顯示輥輥表面是槽子排列的一個例子；圖6顯示圖4所示設備兩個有槽軋輥之間輥隙的截面；圖7顯示貫穿吸收器膜式組合體的縱向截面的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明軟管裝置10的第一實施方式如圖1所示。
要明白，軟管裝置10是指許多彼此相鄰排列的軟管16。軟管16以這樣的方式彼此連接，使得形成板式結構。這樣的軟管裝置10形成如圖7所示氣體分離用的軟管組合體60的一部分。至少一個軟管裝置10，優(yōu)選許多軟管裝置10可以彼此疊置或以卷繞方式組裝成軟管組合體60。
軟管裝置10包含許多軟管16，它們彼此相鄰排列并彼此平行。軟管16用來裝至少一種流體20，流體20自第一軟管裝置末端11流過軟管16，至第二軟管裝置末端12。軟管16具有基本為圓形的截面13。基本圓形指軟管截面13也可以采用圓形的其他形狀，例如橢圓形。
要使軟管裝置10內的軟管16的長度適合于具體用途和軟管組合體的尺寸。軟管10的長度優(yōu)選為100-6000mm。
每個軟管16的軟管壁14都具有內表面30和外表面40。此外，每個軟管16的特征都在于有個從軟管入口17伸展至軟管出口19的縱軸5。
軟管內徑是0.1-10mm，優(yōu)選3mm。但是也可以采用任何其他的軟管內徑。在一個優(yōu)選實施方式中，軟管16的形式是中空纖維。所述中空纖維具有很小的2mm以下的軟管內徑。在每種情形下，軟管內徑都是按軟管壁14的內表面30測得。軟管內徑采用光學測試方法用Nikon V12輪廓投影儀測量。
在圖1所示的實施方式中，軟管16還設置有一些截面縮小段50。這些附加的截面縮小段50有助于改善其中至少一種流體20的混合。
這些截面縮小段50構成軟管截面13的至少一種縮小，軟管16優(yōu)選具有許多截面縮小段50，它們彼此間隔。這些截面縮小段50的位置優(yōu)選是周期性的，沿軟管16的整個長度均勻分布。在一個優(yōu)選設計中，截面縮小段50彼此之間的間距是1-10mm，而在其他設計中，兩個相鄰截面縮小段50的間距是1mm。截面縮小段50的直徑是0.1-3mm。截面縮小段50的長度是0.5-4mm，優(yōu)選1mm。
截面縮小段50可以由收縮區(qū)或在軟管截面13上加入障礙物而形成。在圖1所示的實施方式中，截面縮小段50由收縮區(qū)形成。這些收縮區(qū)可以是對軟管材料進行局部變形形成，例如在要縮小的地方向軟管外表面40施加壓力而使之變形。
在每種情形下，在由收縮區(qū)形成的兩個截面縮小段50之間，軟管16采取球形或優(yōu)選雙凸透鏡形的形狀。在其他設計中，截面縮小段50呈波浪狀軟管壁14，例如正弦波形狀壁的形式。當截面縮小段50的形式為塞入軟管截面13的障礙物時，此內置物例如適宜為圓盤狀。這些內置物可以位于軟管16的縱軸5上，或位于軟管16的內表面30上。
流過軟管16的流體20可以是氣體、蒸氣、液體或上述流體的混合物。優(yōu)選是液體或吸收液體。在氣體分離的情形下，對吸收液體的選擇取決于要分離的氣體組分。在要分離的氣體組分是例如CO2、H2S或NH3時，吸收液體優(yōu)選是與要分離的氣體組分能進行化學反應的液體胺。烷醇胺優(yōu)選用于這個用途。例如，要從氣體混合物例如來自于發(fā)電廠或垃圾焚化廠的廢氣中分離二氧化碳，使用的吸收液體是水與30％單乙醇胺(MEA)的混合物?？梢允褂玫钠渌找后w是甲基二乙醇胺(MDEA)或NFM-NAM(N-甲酰基嗎啉-N-乙?；鶈徇?。在氣體干燥的情況下，吸濕液體例如三甘醇用作流體20。要從氣體混合物中分離氣態(tài)SO2，亞硫酸鈉(Na2SO3)用作流體20。
根據(jù)具體的用途，吸收液體以1mm/s-1m/s的速率流經軟管裝置10的軟管16。該速率優(yōu)選2-10cm/s。
在軟管16之間，有連接部件18。該連接部件18排列在至少兩個相鄰的軟管16之間，并具有可流通的連接部件截面22，使至少一種流體20能夠在連接部件18中流過。因此，連接部件18可用來在軟管16之間運送至少一種流體20，并將軟管裝置10的所有軟管16都連起來。
連接部件的截面22基本是圓形，也可是例如橢圓形。
連接部件18的內徑可以與軟管16相同，也可以比后者大或小。但是連接部件的內徑優(yōu)選比軟管的小很多。為了保證至少一種流體20流過，連接部件18的內徑至少為軟管內徑的10％。連接部件18內徑小有這樣的優(yōu)點，流體20的流速在從軟管16過渡到連接部件18時加快。流速的增大能促進充分混合，也能促使湍流形成。
兩個相鄰軟管16之間連接部件18的長度優(yōu)選1mm，但是也可以更大或更小。連接部件18的內徑22優(yōu)選小于2mm。同樣，其內徑采用Nikon V12輪廓投影儀測得。
連接部件18強化了通過軟管裝置10的至少一種流體20的內部充分混合，并因此強化了質量傳遞。在第一軟管入口端11，至少一種流體20流入軟管16內。流動方向，至少在軟管入口17處，由軟管16的形狀預先決定。當流體20遇到連接部件18時，它的流動方向轉向連接部件18內。這種轉向形成漩渦和湍流，使流體20內部進行充分混合。
連接部件18的形式優(yōu)選是軟管的形式，尤其優(yōu)選中空纖維的形式。
根據(jù)本發(fā)明，連接部件18在至少兩個相鄰軟管16之間排列成與軟管16的縱軸5成一角度。該角度優(yōu)選為20-160°，沿流動方向測得。該角度α的值可以根據(jù)要求選擇，角度α的選擇對至少一種流體20混合達到的程度有影響。當該角α為90°時，連接部件18的位置在軟管16之間與縱軸5垂直。在圖1所示的軟管裝置10內，連接部件18在第一軟管16a與第二軟管16b之間是傾斜排列的。這里的傾斜排布的指連接部件18在第一軟管16a與第二軟管16b之間排列成與第一軟管16a的縱軸5形成小于90°的角β，并與第二軟管16b的縱軸5形成大于90°的角χ。
因此，連接部件18在第一軟管16a與第二軟管16b之間形成流動連接，使得該至少一種流體20在第一軟管16a與第二軟管16b之間流動。
如上所述，對連接部件18與軟管16之間的角度的選擇，影響著流體20混合達到的程度。
例如，如果連接部件18與一個軟管16呈小于90°的角β，可以預料如果同時有大于90°的角χ，混合較強。這是因為，在角χ大于90°的情形下，流體20的流動方向幾乎改變成與其初始方向相反。流體20流向的這樣劇烈改變會在形成連接部件18與軟管16之間夾角的區(qū)域引起強烈的橫向運動和湍流。
連接部件18的位置優(yōu)選是與軟管16的縱軸5形成小于90°的角度β和大于90°的角度χ。
軟管裝置10內連接部件18的數(shù)目取決于所要求的混合程度。軟管16之間的連接部件18越多，混合程度就越大，但是應當保證通過軟管裝置10的壓力降不應太大度。
在一個實施方式中，連接部件彼此之間的間距是相同的，并且優(yōu)選周期性重復。已經發(fā)現(xiàn)，連接部件18的間距至少為1mm，不論連接部件18的數(shù)目有多少。
在一種設計中，連接部件18位于截面縮小段50的區(qū)域。連接部件18優(yōu)選排列成就在截面縮小段50的上面或下面。
軟管16由可滲透材料制成?？蓾B透是指軟管材料可以透氣或滲透液體或氣體和液體。在一個優(yōu)選實施方式中，軟管材料可以透氣，但是不透液體。
在一個實施方式中，可滲透材料用的是具有密封聚合物涂層的可滲透軟管材料。
可滲透軟管材料可以是多孔或無孔的，形式可以是至少一個膜。軟管材料優(yōu)選包含至少一個多孔膜。所述膜設置成膜式軟管或膜式中空纖維。在一個優(yōu)選設計中，所述至少一個多孔膜選自下述物質聚酯、聚酰胺、聚烯烴包括聚乙烯和聚丙烯、聚氯乙烯、聚酮、聚砜、聚碳酸酯、含氟聚合物例如聚四氟乙烯(PTFE)和聚1，1-二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸酯、聚氨酯、共聚醚酯、共聚醚酰胺、聚酰亞胺和聚醚酰亞胺。
所述軟管材料也可以是上述聚合物的混合物，例如聚乙烯與PTFE的混合物。最優(yōu)選是由膨脹聚四氟乙烯(PTFE)制成的多孔膜。在一個實施方式中，ePTFE填充有例如金屬、活性炭或二氧化鈦之類的無機物質。
所述聚合物可以是多孔或無孔的。
由膨脹PTFE制備這種多孔膜的方法在例如美國專利№3953566和4187390中有描述。由于這些膜的惰性結構和憎水表面，該材料尤其適用于質量傳遞體系。由ePTFE制成的膜的厚度為5-500微米，優(yōu)選50-300微米。
該材料的區(qū)別性特征是有大量互相連通的孔隙，孔隙容積大而且強度高。膨脹聚四氟乙烯是軟的，可彎曲，具有穩(wěn)定的化學性能，對氣體和蒸氣的滲透性高，具有可有效排斥雜質的表面。
因此，該種材料可以透氣?？紫堵屎涂紫冻叽缫x擇得使氣體擴散不受阻擋?？紫兜钠骄叽缈梢允?.02-3微米，優(yōu)選0.1-0.5微米?？紫堵适?0-90％，優(yōu)選50-80％。同時，該材料不透液體。
軟管16可以包含一層膜或彼此疊壓在一起的多層膜。
多孔理解為具有互相連通的孔隙結構，其中形成了連續(xù)通道和連接部位?？紫冻叽缈梢圆捎梅鹆_里達州Hialeah的Coulter Electronics Inc.生產的Coulter孔隙尺寸測定儀TM測得。
在一個實施方式中，有聚合物涂層施加到多孔的軟管材料上。該聚合物涂層用作附加的阻擋層，防污和防液體，尤其防軟管16中的液體20。該聚合物涂層可以置于軟管材料的內外表面上，優(yōu)選置于朝向液體的表面上。
本發(fā)明的聚合物涂層形成密封層，與多孔軟管材料的結構不同。密封層是指用作阻擋層的層，它能防止污染物和液體透過軟管材料，但是能讓足量的氣體組分藉擴散方式透過。密封層的密封作用可以很大，僅使某些氣體組分例如二氧化碳透過。該密封層也可以指對氣體有選擇性的無孔薄層。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，聚合物涂層是無定形聚合物，例如優(yōu)選全氟間二氧雜環(huán)戊烯。將厚度為0.1-10微米的全氟間二氧雜環(huán)戊烯層用作優(yōu)選的聚合物層。
在一個尤其優(yōu)選的設計中，所述聚合物涂層含有87摩爾％2，2-二-三氟-甲基-4，5-二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯(PDD)和13摩爾％聚四氟乙烯(PTFE)。它是購自美國特拉華州Wilmington的杜邦公司的玻璃質聚合物，商品名為Teflon AF 2400。
可以使用的其他聚合物涂層例子是Asahi Glass的商品名為CYTOP的全氟間二氧雜環(huán)戊烯，或聚(1-三甲基-甲硅烷基-1-丙炔)(PTMSP)。
密封層的厚度可以是0.1-10微米，優(yōu)選1微米。
形成載體材料與聚合物涂層之間結合的合適方法在WO98/13234A1中有描述，可參閱該公開的文獻。
圖2a顯示貫穿本發(fā)明使用的可滲透材料的截面。該圖顯示本發(fā)明使用的軟管16的軟管壁14截面的一部分。例如，用厚度約200微米的膨脹PTFE制成的多孔軟管材料25，具有外表面40和內表面30。外表面40面向氣體混合物27，內表面30面向吸收液體30。
圖2b示出了另一個設計。例如由厚度約200微米的膨脹PTFE制成的多孔載體材料25，具有例如厚約1微米的Teflon AF 2400聚合物涂層26。要分離的氣體混合物27位于載體材料25的未涂布表面40一側。聚合物涂層26被施加到載體材料25面向吸收液體28并形成內表面30的面上。
連接部件18優(yōu)選由與軟管16相同的材料制成，而且具有與圖2所示基本相同的結構。因此，關于連接部件18的材料結構，可參照上述關軟管16材料的結構。
本發(fā)明軟管裝置10的第二個優(yōu)選實施方式如圖3a所示。所示軟管裝置10包含許多彼此相鄰排列的軟管16，連接部件18位于兩個相鄰的軟管16之間。在該設計中，連接部件18排列成與軟管16中的流動方向形成直角，即α＝90°。但是與圖1所示的軟管16不同，圖3所示的軟管沒有截面縮小段50。但是，在這種排列中，軟管16也可以有截面縮小段50。
至少一種流體20，例如結合圖1所述的吸收液體，在軟管16和連接部件18中流過。軟管16和連接部件18的結構對應于圖1所示的結構。與圖1不同的是，連接部件18的內徑比軟管16大。連接部件18的內徑可以大到是軟管16內徑的5倍。在此實施方式中，連接部件的內徑優(yōu)選為2-5mm。
圖3b顯示本發(fā)明軟管裝置10的第三個優(yōu)選實施方式。該軟管裝置10包含許多彼此相鄰排列的的軟管16，連接部件18位于兩個相鄰的軟管16之間。在該設計中，連接部件18也排列成與軟管16中的流動方向成直角，即α＝90°。兩個相鄰軟管16之間的連接部件18彼此的間距呈周期性變化。該間距可以相同或不同。在所示的實施方式中，連接部件18的間距一個是約4mm，一個是約8mm。都是在兩個相鄰連接部件18的中心線之間測得。
軟管16和連接部件18的結構和尺寸與圖1所示軟管裝置10對應。連接部件18的內徑比軟管16小，因此比軟管16窄。在從軟管16過渡到連接部件18的地方，該至少一種流體20即吸收液體在連接部件18開始分支位置加速，使得吸收液體充分混合。這樣就強化了質量傳遞，大量的例如二氧化碳就能從要分離的氣體混合物27中分離出來。
圖4、5和6顯示制造本發(fā)明軟管裝置10的過程。圖4顯示實施該制造過程的設備。
軟管裝置10包含至少兩層疊壓的膜層32、34，所述膜層優(yōu)選是多孔的膨脹PTFE膜。軟管16也可以包含許多彼此在頂部疊壓的膜層。第一膜層32和第二膜層34以平整帶形式喂入第一有槽軋輥36和第二有槽軋輥38之間的輥隙35內。
圖5示意說明了槽子45的排列的一個例子，這些槽子刻在軋輥36、38的表面上。這些槽子45在兩個軋輥上都排列成彼此相對，使得能形成截面為圓形的空腔。第一有槽軋輥36上具有的槽子45的排列對應于這樣一種軟管裝置10的例子，它包含軟管16和連接部件18，該連接部件18在軟管16之間排列成直角?？v向槽45a使軟管16具有所要求的形狀，橫向槽45b使連接部件18具有所要求的形狀。槽子45可以在有槽軋輥36、38表面采取任何所要求的排列，以便形成軟管16和連接部件18所要求的形狀和排列。
絲或芯棒42可以以靜止狀態(tài)排列在由槽子45構成的空腔內。絲42的外徑略微小于槽子45構成的空腔的內徑。在一個實施方式中，絲42僅位于縱向槽45a內。
兩個膜層32、34通過輥隙35拉出，在該過程中，它們疊壓起來，并在槽子45的區(qū)域內，鋪展到位于該區(qū)域內絲42周圍，這樣就形成了軟管16。為了說明該過程，圖6顯示兩個有槽軋輥36、38之間輥隙35的截面，圖6的左半部分顯示其上面僅有縱向槽45a的輥子表面的位置的截面。虛線表示橫向槽45b，在該位置它是被遮擋住的。圖6的右半部分顯示除了可看到縱向槽45a，還可以看到橫向槽45b的截面。
在所述情形下，除了軟管16外，連接部件18也由橫向槽45b的形狀而形成。如圖6的原理所示，在一個優(yōu)選實施方式中，絲42的配置與縱向槽45a相對應。這樣，縱向槽45a、橫向槽45b和絲42就決定了軟管16和連接部件18的形狀和排列。軟管16的內徑由絲42的外徑決定，連接部件18的內徑由橫向槽45b的形狀決定。
膜層32、34由有槽軋輥36、38產生的壓力結合起來。有槽軋輥36、38以這樣的方式進行軋制，即使有槽軋輥36、38之間保持的輥隙對應于軟管16的大致壁厚。另外，也可以采用一種或多種已知的結合技術，例如膠粘劑粘合、加熱或激光輻射。例如，膠粘劑施加輥可以連接在有槽軋輥36、38的前面。也可以當膜層32、34仍在輥隙35內的時候或者離開后，進行加熱。為了達到此目的，有槽軋輥36、38和/或絲42可以加熱，或者膜層32、34被導引通過燒結浴70、熱接觸裝置70或熱空氣裝置70進行加熱。作為一種代替，也可以使用紅外線。被疊壓起來的膜層32、34的表面在所述裝置70內被燒結。在其他的設計中，膜層32、34也可以用膠粘劑粘合或焊接。關于燒結方法，優(yōu)選在裝置70中在350-400℃溫度停留2-3秒種。
疊壓的膜層32、34優(yōu)選在出了裝置70以后從絲42上拉開。制造方法的其他方式和變化可以在EP0677321(B1)中找到。
在一種方式中，軟管裝置10接著根據(jù)WO98/13234(Witzko，Bier)所述施加對氣體有選擇性的聚合物涂層26的方法進行處理。
圖7以實施例的方式說明了本發(fā)明的一種可能結構。本發(fā)明的軟管裝置10構成軟管組合體60的一部分，用于在軟管16中流過的至少一種第一流體28和至少一種在軟管16周圍流動的第二流體27之間進行質量傳遞。優(yōu)選的是，此軟管組合體60用作要從氣體相27被吸收入吸收液體28的氣體組分的吸收組合體60。它也可以是個解吸附組合體，而不是吸收組合體60。
軟管組合體60有氣體入口61和氣體出口62，它們形成在外殼63上錯開的相對兩處。外殼63的兩端用由流延化合物制成的第一板64和第二板65封閉。
至少一個軟管裝置10安裝在外殼63的兩端之間。本發(fā)明的軟管裝置10還優(yōu)選位于外殼63內。所述至少一個軟管裝置10具有第一軟管裝置末端11和第二軟管裝置末端12。所述軟管裝置10的第一軟管裝置末端11和第二軟管裝置末端12通過閉合板64、65上的所有通道，軟管16裝在內部，兩端還分別有端蓋66和67。端蓋66、67分別與閉合板64、65之間都形成空腔68、69。端蓋66、67有開口分別通向連接擋板，所述連接擋板可以與吸收液體入口72和吸收液體出口73的軟管或管道連接。
吸收液體28經過吸收液體入口72和第一空腔68流入軟管裝置10的軟管16的端面第一末端11。氣體相27由氣體入口61進入外殼63的內部，并優(yōu)選逆流流到氣體出口62。在該過程中，氣體相27在本發(fā)明軟管裝置10的一根根軟管16的外表面40周圍流過。吸收液體28在軟管裝置10的軟管16和連接部件18中流過，并在該過程中，從氣體相27中吸取要分離的氣體組分。滿載氣體組分的吸收液體28流出，進入第二空腔69，從該處流出，進入吸收液體出口73。
圖7所示的軟管組合體60可以認為是一系列可能組合體結構的一個例子。氣體相27也可以在軟管16和連接部件18中流動，而吸收液體28則在軟管裝置10周圍流動。此外，氣體相27和吸收液體28也可以彼此平行或交叉流動。
除了氣體分離外，本發(fā)明的軟管裝置還可以以受控方式用作混合不均勻流體的設備或用作溫度不同的流體的熱交換器。
此外，本發(fā)明不限制于上述實施方式。除了從天然氣或廢氣中分離氣體二氧化碳外，本發(fā)明的軟管裝置10還可以用于以氣/液分離方式從氣體混合物中分離其他氣體組分例如H2S或SO3。本發(fā)明軟管裝置的用途還有液體的氣化和脫氣。
實施例實施例1本發(fā)明的軟管裝置10是軟管組合體60的一部分，該軟管組合體60包含若干個用來以氣/液吸收方法從天然氣分離二氧化碳的本發(fā)明軟管裝置10。這些軟管裝置10排列在軟管組合體60內，如圖7所示。
每個軟管裝置10都有若干根彼此相鄰排列的軟管16。連接部件18位于相鄰的軟管16之間。軟管16和連接部件18彼此之間排列與圖3b所示的一致。因此，連接部件18在軟管16之間成直角，即α＝90°。
軟管16和連接部件18由多孔膜層制成，該多孔膜層是由膨脹PTFE制成的。這些多孔膜層購自W.L.Gore & Associates GmbH。膜層的孔隙率為55％，厚度為213微米，孔隙的平均直徑為0.2微米。許多本發(fā)明的軟管裝置10是根據(jù)圖4、5和6所示的方法制成的。在由該方法制成的軟管裝置10內，軟管16長2000mm。軟管16的內徑為1.15mm，外徑為1.45mm，因此壁厚為0.15mm。軟管16的透氣率為1200-1400ml/min/cm2。該透氣率采用美國Coulter公司制造的Coulter孔隙測試儀，在1巴壓力下測得。
總共有1699根軟管16位于軟管組合體60內。
連接部件18排列成與軟管16的縱軸5成直角，約長1mm。如圖3所示，兩個相鄰軟管16之間的連接部件18彼此之間的間距以約4mm和約8mm呈周期性變化。連接部件18的截面主要是橢圓形，最寬處1mm，最窄處0.2mm。
軟管組合體60內有效進行氣體交換的活性膜表面積，在軟管18的外表面上是18m2，在軟管18的內表面上是14.24m2。
軟管裝置10內吸收液體的流動速率為1-10cm/s。氣體相與吸收液體之間的壓力差至多為0.8巴。吸收液體的溫度為20-40℃。
在軟管組合體60的軟管裝置10中流動的吸收液體是NFM-NAM，也是以商品名MORPHYSORB購自德國的Krupp-Uhde。
結果是具有本發(fā)明軟管裝置10的軟管組合體60與常規(guī)的具有同樣尺寸軟管而沒有連接部件的軟管組合體相比，質量傳遞提高了30％。因此與常規(guī)軟管組合體相比，就會有更多的二氧化碳從天然氣中分離出來。
實施例2將本發(fā)明具有許多如實施例1所述的軟管裝置10的軟管組合體60用于氣體分離(從氣體混合物中脫除二氧化碳)。軟管裝置10具有由實施例1所述的膨脹PTFE制成的膜層，也采用同樣的方法進行制備。與實施例1不同，該軟管組合體60中具有3.3m2活性內膜表面和4.2m2活性外膜表面。軟管16的長度為210mm。在軟管16之間有連接部件18，軟管16和連接部件18相對于彼此的排列如圖3b所示。連接部件18的尺寸和彼此之間的排列與實施例1相同。
軟管裝置10內吸收液體的流動速率為1-10cm/s。氣體相與吸收液體之間的壓力差至多為0.8巴。吸收液體的溫度為20-40℃。
將30％濃度的MEA溶液用作吸收液體。
具有本發(fā)明軟管裝置10的軟管組合體60，其結果與具有同樣尺寸軟管但沒有連接部件的常規(guī)軟管組合體相比，質量傳遞提高了35％。
權利要求
1.一種軟管裝置(10)，它具有第一軟管裝置末端(11)和第二軟管裝置末端(12)，并有多根彼此相鄰排列并由可滲透材料制成的軟管(16)，所述每根軟管(16)具有自軟管入口(17)伸展至軟管出口(19)的縱軸(5)，所述軟管裝置(10)具有連接部件(18)，該連接部件(18)排列在至少在兩根相鄰軟管(16)之間，并與軟管(16)的縱軸(5)形成一定角度連接到軟管(16)上。
2.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的連接部件(18)在軟管(16)之間排列成與縱軸(5)形成20-160°的角度。
3.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的軟管(16)用于容納至少一種流體(20)，該流體(20)自軟管裝置第一末端(11)經軟管(16)流至軟管裝置第二末端(12)。
4.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的連接部件(18)具有一個至少一種流體(20)能夠流過的連接部件的截面(22)。
5.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的每根軟管(16)的軟管截面(13)，具有重復的軟管截面縮小段(50)。
6.如權利要求5所述的軟管裝置(10)，其中所述的軟管(16)在軟管截面的兩個縮小段(50)之間呈球形。
7.如權利要求5所述的軟管裝置(10)，其中所述軟管(16)在軟管截面的兩個縮小段(50)之間呈雙凸透鏡形。
8.如權利要求5所述的軟管裝置(10)，其中所述軟管(16)具有周期性重復的軟管截面縮小段(50)。
9.如權利要求5所述的軟管裝置(10)，其中所述的軟管截面縮小段(50)形成軟管(16)內的收縮區(qū)。
10.如權利要求5所述的軟管裝置(10)，其中所述的軟管截面縮小段(50)形成排列在軟管(16)的截面(13)內的障礙物。
11.如權利要求5所述的軟管裝置(10)，其中所述的連接部件(18)排列在軟管截面縮小段(50)的區(qū)域內。
12.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的連接部件(18)與軟管(16)的材料結構相同。
13.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的連接部件(18)彼此的間距是重復的。
14.如權利要求13所述的軟管裝置(10)，其中所述的連接部件(18)彼此的間距是周期性重復的。
15.如權利要求13所述的軟管裝置(10)，其中所述的連接部件(18)彼此的間距至少為1mm。
16.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的軟管(16)的內徑為0.1-5mm。
17.如權利要求16所述的軟管裝置(10)，其中所述的連接部件(18)的內徑至少為軟管(16)內徑的10％。
18.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的軟管(16)是中空纖維。
19.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的連接部件(18)是中空纖維。
20.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的可滲透材料是透氣的。
21.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的可滲透材料不透液體。
22.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述的軟管(16)具有許多疊壓的膜層。
23.如權利要求22所述的軟管裝置(10)，其中至少一層所述的膜層選自這樣的物質聚酯、聚酰胺、聚烯烴，包括聚乙烯和聚丙烯、聚氯乙烯、聚酮、聚砜、聚碳酸酯、含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)和聚1，1-二氟乙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、共聚醚酯和共聚醚酰胺。
24.如權利要求23所述的軟管裝置，其中所述至少一層膜層由膨脹聚四氟乙烯(ePTFE)制成。
25.如權利要求3所述的軟管裝置(10)，其中所述的至少一種流體(20)是氣體、蒸氣或液體。
26.如權利要求4所述的軟管裝置(10)，其中所述的至少一種流體(20)是氣體、蒸氣或液體。
27.如權利要求1所述的軟管裝置(10)，其中所述軟管(16)具有內表面(30)和外表面(40)，其中一個表面上具有對氣體有選擇性的涂層(26)。
28.一種軟管組合體(60)，它具有如權利要求1-27中至少一項所述的軟管裝置(10)，用于在至少一種在軟管(16)和連接部件(18)中流動的第一流體(20)與至少一種流經軟管16周圍的第二流體(22)之間進行物質傳遞。
29.一種如權利要求1-27中至少一項所述的軟管裝置(10)在軟管組合體(60)中的用途，用于在至少一種在軟管(16)和連接部件(18)中流動的第一流體(20)與至少一種流經軟管(16)周圍的第二流體(22)之間進行熱交換。
30.一種制造軟管裝置(10)的方法，它包括以下步驟(a)提供至少兩個平整帶(32，34)，(b)提供至少兩個具有輥壓表面的有槽軋輥(36，38)，(c)將所述至少兩個平整帶(32，34)一同喂入所述至少兩個有槽軋輥(36，38)之間的輥隙(35)，(d)在輥隙(35)內提供靜止狀態(tài)的排列成彼此平行并有一定間距的絲(42)，所述絲與輥子表面上刻出的相應槽子(45)嚙合，(e)在輥隙(35)內將平整帶(32，34)壓合起來，(f)從靜止絲(42)上拉伸脫除已經疊壓起來的平整帶(32，34)。
31.如權利要求30所述的方法，其中所述至少一個平整帶(32，34)由至少一個平整膜帶(32)組成。
32.如權利要求31所述的方法，其中所述至少一個平整膜帶(32)由膨脹聚四氟乙烯(ePTFE)組成。
33.如權利要求30所述的方法，其中所述多個平整帶(32，34)是連續(xù)疊壓在一起的。
34.如權利要求30所述的方法，其中所述疊壓的平整帶(32，34)在步驟(d)后通過燒結浴(50)。
35.如權利要求30所述的方法，其中所述疊壓的平整帶(32，34)在步驟(e)后通過熱空氣裝置。
36.如權利要求30所述的方法，其中所述步驟(c)進行時提供熱量和/或粘合劑。
全文摘要
本發(fā)明在至少兩種流體之間進行質量傳遞用的軟管裝置10具有許多彼此相鄰排列并由可滲透材料制成的軟管16。軟管16用于裝有至少一種自第一軟管裝置末端11流過至第二軟管裝置末端12的流體20，每根軟管16具有自軟管入口17伸展至軟管出口19的縱軸5。連接部件18排列在至少兩個相鄰軟管16之間，并與軟管16的縱軸5形成一角度而連接到軟管16，該連接部件還具有所述至少一種流體20能夠流過的連接截面22。使用所述連接部件18可以明顯提高在具有所述結構，即所述軟管及其排列的軟管裝置10內的質量傳遞。
文檔編號B01D71/68GK1450930SQ00819361
公開日2003年10月22日 申請日期2000年3月23日 優(yōu)先權日2000年3月23日
發(fā)明者A·基勒, C·比爾 申請人:W·L·戈爾有限公司