專利名稱：基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣液分離裝置，尤其涉及一種基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝 置?？蓮V泛應(yīng)用于各類氣液分離領(lǐng)域，特別是高精度、微小流量的氣液分離領(lǐng)域 和低含液量的氣液混合流體的實(shí)時(shí)分離。該氣液分離裝置可應(yīng)用于高中低壓力條 件下的油氣、水氣、含氣溶液等氣液混合流體的分離，適用于石油、化工、水利、 電力、醫(yī)藥、機(jī)械等需要?dú)庖悍蛛x的行業(yè)。
背景技術(shù)：
氣液分離器釆用的分離結(jié)構(gòu)很多，其分離利用的原理有重力沉降；折流分 離-,離心力分離；絲網(wǎng)分離；超濾分離等方法。重力沉降體積非常龐大，絲網(wǎng)分 離比較適合于氣液分離，但體積偏大，分離負(fù)荷范圍窄，設(shè)備復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)小 型化，特別不適合微小流量條件下的實(shí)時(shí)氣液分離；微孔過濾分離工作極不穩(wěn)定， 容易帶液，離心力分離等分離方法同樣面臨分離負(fù)荷范圍窄、對(duì)低流量的分離效 果不好的問題。
現(xiàn)代工程運(yùn)用中對(duì)氣液分離設(shè)備的要求是越來越高，需要一種簡單、高效、 實(shí)時(shí)、適應(yīng)微小流量、寬分離負(fù)荷范圍的氣液分離裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供了一種基于多孔介質(zhì) 板的氣液分離裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有工程的要求，高精度、高效、實(shí) 時(shí)、寬分離負(fù)荷范圍的氣液分離裝置，特別是高精度、微小流量條件下氣液分離。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的-
一種基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝置，其裝置構(gòu)成是
本裝置由過濾器、氣液分離容器、壓力調(diào)節(jié)閥門、管路構(gòu)成。其原理是利用 親液相的多孔介質(zhì)可通過液體，不能通過氣體的特性。通過壓力調(diào)節(jié)閥門增加液
3體通過氣液分離器中的壓力，從而促進(jìn)氣液混合流體中的液體部分快速通過氣液 分離容器下部的多孔介質(zhì)板，而氣體通過壓力調(diào)節(jié)閥門排出氣液分離容器，實(shí)現(xiàn) 氣液混合流體的氣液分離，參見圖l。
各個(gè)部件之間的關(guān)系為氣液分離容器分別與過濾器、壓力調(diào)節(jié)閥門相連， 過濾器、氣液分離容器、壓力調(diào)節(jié)閥門、管路之間采用標(biāo)準(zhǔn)管接頭或焊接銜接， (連接標(biāo)準(zhǔn)參見管螺紋、卡套接頭、管路焊接等管路連接標(biāo)準(zhǔn))，在過濾器的一 端有進(jìn)口，在壓力調(diào)節(jié)閥門的一端有排氣管路，在氣液分離容器的一端有排液管 路，過濾器為過濾氣液混合流體中的固體，避免堵塞氣液分離容器中的多孔介質(zhì) 板的孔隙結(jié)構(gòu)；氣液分離容器為本裝置的核心部件，氣液兩相流體在該容器中實(shí) 現(xiàn)分離；壓力調(diào)節(jié)閥門為調(diào)整氣液分離容器中的氣體壓力與排液管路中液體壓力 之間的差值，實(shí)現(xiàn)氣液分離容器中的分離后的液體迅速排出。
進(jìn)口，排氣管路，排液管路隸屬于管路，進(jìn)口為氣液混合流體的進(jìn)入通道， 排氣管路氣液分離后的氣流通道，排液管路為氣液分離后液體的通道。所述的在 氣液分離容器的上端裝有排氣管路，下端端有排液管路。
在氣液分離容器的一端裝有親液相多孔介質(zhì)板，在親液相多孔介質(zhì)板一端裝 有排液管路，氣液分離容器包含壓力容器、多孔介質(zhì)板、密封圈、墊塊等，在氣 液分離容器的一端裝有排氣管路，另一端有進(jìn)口。壓力容器、密封圈、多孔介質(zhì) 板、墊塊隸屬于氣液分離容器，是氣液分離容器的一部分；其中氣液相多孔介質(zhì) 板和壓力容器為氣液分離容器的必須部件，其他部件為銜接和密封多孔介質(zhì)板和 壓力容器的部件，為可選項(xiàng)，根據(jù)具體設(shè)計(jì)的不同可以調(diào)整。
1、 過濾器
該裝置中的過濾器為輔助設(shè)備，屬于可選項(xiàng)，取決于溶液中是否含有細(xì)小顆 粒。過濾器為一般工業(yè)產(chǎn)品，主要去除氣液混合流體中的細(xì)顆粒，避免顆粒堵塞 多孔介質(zhì)板21,對(duì)氣液分離效果產(chǎn)生影響。去除過濾器后，進(jìn)口直接與氣液分 離容器相連。
2、 氣液分離容器
為一般壓力容器，在容器底部設(shè)置多孔介質(zhì)板，參見圖2。多孔介質(zhì)板與容 器之間注意密封，防止氣體通過它們之間的間隙泄露進(jìn)入液相中，降低氣液分離 效果；多孔介質(zhì)板為一般工業(yè)性加工產(chǎn)品，材料例如砂巖板、透水板、多孔陶瓷 板、多孔金屬板、多孔塑料板等多孔材料。
3、 壓力調(diào)節(jié)閥門
壓力調(diào)節(jié)閥門為一般工業(yè)產(chǎn)品，優(yōu)先選用差壓閥或背壓閥，主要作用為控制 高壓容器內(nèi)的壓力與排液管路內(nèi)的壓力，保證氣液分離后的液體快速通過多孔介 質(zhì)板，實(shí)現(xiàn)液相的快速流出氣液分離容器。
4、 管路
為一般性工業(yè)管路，管路與各個(gè)部件之間的連接參照一般的管路連接規(guī)范 (螺紋管連接、卡套連接、焊接連接等規(guī)范)。管路部分包含進(jìn)口、排氣管路、 排液管路。 裝置工作原理
氣液分離裝置利用的原理為多孔介質(zhì)板的進(jìn)氣值特征，主要由氣液之間的表
面張力引起，多孔介質(zhì)的進(jìn)氣值服從以下公式
2cr cos S z 、
A=- (1)
廠
A,-是多孔介質(zhì)板的進(jìn)氣值，超過該壓力后，氣體會(huì)進(jìn)入多孔介質(zhì)板中；
CT -是氣液之間的表面張力；參照一般氣液之間表面張力值； ^-是液相與多孔材料的接觸角；參照一般液面與多孔材料的接觸角數(shù)據(jù)； r -是多孔介質(zhì)中的孔隙半徑或最大孔徑半徑；
A-為多孔介質(zhì)板的進(jìn)氣值，可以通過試驗(yàn)測試直接獲取。若氣液分離裝置 的應(yīng)用條件范圍跨度很大，該值取各條件下的最小進(jìn)氣值。
保證進(jìn)入氣、液分離容器中的液體能夠及時(shí)排出氣液分離容器外，需要控制氣 液分離容器與排液管路之間的差壓，使得分離的液體及時(shí)排出氣液分離容器。
Ap^為氣液分離容器內(nèi)氣體壓力與排液管路內(nèi)液體壓力的最小差值(kPa); gmax氣液混合流體中液體的最大流量(m3/s); /Z液體的粘度(Pa.s); ;K,液體容重(N/m,;A多孔介質(zhì)板的絕對(duì)滲透系數(shù)(m2)，可直接通過滲透系數(shù)測試試驗(yàn)獲取； ^多孔介質(zhì)板與流體的接觸面積(m2); 丄多孔介質(zhì)板的厚度(m);
Ap = P分離容器_ P排液管路 (3) Ap為氣液分離容器內(nèi)氣體壓力與排液管路內(nèi)液體的壓力差值； p^g為氣液分離容器內(nèi)氣體壓力，kPa; Ptt液掘?yàn)榕乓汗苈穬?nèi)液體的壓力，kPa;
壓力調(diào)節(jié)閥門控制壓力容器內(nèi)的壓力與排液管路壓差的范圍為兩者之間
~訓(xùn)< ~ < A. (4)
保證氣液分離的液體能夠快速排出，同時(shí)保證氣體不會(huì)混入液體中。理論上 該分離裝置可實(shí)現(xiàn)任意微小流量的氣液分離(分離量的下限由其他的非分離方面 的原因決定，例如裝置泄露率、測量精度等原因)，同時(shí)壓力調(diào)節(jié)閥門30的壓
力調(diào)節(jié)范圍非常大，由此氣液分離的流量范圍至少可以跨越6個(gè)數(shù)量級(jí)以上，負(fù)
載范圍非常廣，可從微小流量到中等流量條件下的氣液分離，特別適合高精度微 小流量條件下的氣液分離，可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。
氣液分離裝置的使用方法
1、 直接將該裝置的帶濾芯的進(jìn)口連接到需要進(jìn)行氣液分離的接口，即開始 進(jìn)行氣液分離，分別在排氣管路和排液管路中獲取氣體和液體。
2、 壓力調(diào)節(jié)閥門的壓力調(diào)整根據(jù)(1) (2) (3) (4)進(jìn)行調(diào)整，可以保證 氣液分離的效果'。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果 '
1、 特別適合微小流量的氣液分離裝置，實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時(shí)的分離；
2、 該裝置可以實(shí)現(xiàn)小型化，實(shí)現(xiàn)氣液分離容器的內(nèi)容積非常??； _
2、 該裝置氣液分離負(fù)荷范圍廣，特別適合微小流量條件下的氣液分離；
3、 結(jié)構(gòu)簡單，拆裝、清洗方便，整個(gè)取樣器的各個(gè)部件加簡單、裝配簡單， 可以很好的控制成本；
總之，由于本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)明顯，因此可廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)試驗(yàn)和工業(yè)過程的 氣液分離。

圖1為一種基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝置結(jié)構(gòu)圖； 圖2為氣液分離容器核心部件結(jié)構(gòu)圖； 圖3為一種氣液分離裝置結(jié)構(gòu)圖 射IO—過濾器；20- 氣液分離容器；21- 親液相多孔介質(zhì)板22- 壓力容器23- 密封圈24- 墊塊 ' 30—壓力調(diào)節(jié)閥門；40- 管路構(gòu)成；41- 進(jìn)口42- 排氣管路43- 排液管路具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明 1)裝置基本構(gòu)成本裝置由過濾器IO、氣液分離容器20、壓力調(diào)節(jié)閥門30、管路40構(gòu)成； 通過壓力調(diào)節(jié)閥h 30增加液體通過氣液分離容器20中的壓力，從而促進(jìn)氣液混 合流體中的液體快速通過氣液分離容器下部的多孔介質(zhì)板21，而氣體通過壓力 調(diào)節(jié)閥門30排出氣液分離容器20,實(shí)現(xiàn)氣液混合流體的氣液分離。一種基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝置，部件之間的關(guān)系為氣液分離容器 20分別與過濾器10、壓力調(diào)節(jié)閥門30相連，過濾器10、氣液分離容器20、壓 力調(diào)節(jié)閥門30、管路40之間采用標(biāo)準(zhǔn)管接頭或焊接銜接，(連接標(biāo)準(zhǔn)參見管螺 紋、卡套接頭、管路焊接等管路連接標(biāo)準(zhǔn))，在過濾器10的一端有進(jìn)口41，'在 壓力調(diào)節(jié)閥門30的一端有排氣管路42，在氣液分離容器20的一端有排液管路43，過濾器10為過濾氣液混合流體中的固體，避免堵塞氣液分離容器中的多孔 介質(zhì)板21的孔隙結(jié)構(gòu)；氣液分離容器20為本裝置的核心部件，氣液兩相流體在 該容器中實(shí)現(xiàn)分離；壓力調(diào)節(jié)閥門30為調(diào)整氣液分離容器20中的氣體壓力與排 液管路中液體壓力之間的差值，實(shí)現(xiàn)氣液分離容器20中的分離后的液體迅速排出。 .進(jìn)口41，排氣管路42，排液管路43隸屬與管路40，進(jìn)口41為氣液混合流 體的進(jìn)入通道，排氣管路42氣液分離后的氣流通道，排液管路43為氣液分離后 液體的通道。氣液分離容器20的上端裝有排氣管路42，下端裝有排液管路43。根據(jù)圖2、圖3可知，在氣液分離容器20的一端裝有親液相多孔介質(zhì)板21，在親液相多孔介質(zhì)板21 —端裝有排液管路43，氣液分離容器20包含有壓力容器22、多孔介質(zhì)板21、密封圈23、墊塊24等，在氣液分離容器20的一端裝有排氣管路42，另一端有進(jìn)口41，壓力容器22、密封圈23、墊塊24隸屬于氣液分離容器20，是氣液分離容器的一部分；其中氣液相多孔介質(zhì)板21和壓力容器22為氣液分離容器20的必須部件，其他部件為銜接和密封多孔介質(zhì)板21和壓力容器的部件，為可選項(xiàng)，有具體設(shè)計(jì)的不同可以調(diào)整。若設(shè)備需要大型化，可通過放大該裝置的規(guī)模和其他輔助分離，例如增加多孔介質(zhì)板面積、減小多孔介質(zhì)板的厚度、 2)氣液分離容器氣液分離容器20主要由多孔介質(zhì)板21和壓力容器22構(gòu)成，并輔助其他的 密封、連接等零件構(gòu)成，如圖2所示。多孔介質(zhì)板21的制造工藝多孔介質(zhì)板的材料可以選擇砂巖、透水石、多 孔陶瓷、多孔金k、多孔塑料、針孔塑料等多孔材料，進(jìn)行一般工業(yè)加工獲得， 現(xiàn)有市場該類產(chǎn)品較多。多孔介質(zhì)材料的孔徑范圍一般為0.1微米 10亳米之間， 多孔材料對(duì)液相具有浸潤性(或通過物理化學(xué)處理多孔材料表面實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的浸 潤性或親液性)，可實(shí)現(xiàn)各種氣液混合流體的氣液分離工作。多孔介質(zhì)板的進(jìn)氣值^=^^，具體參見公式(l)，可根據(jù)試驗(yàn)測試獲?。粔毫φ{(diào)節(jié)閥門設(shè)置的壓力范圍參見公式(2) (3) (4);多孔介質(zhì)板的孔徑尺寸和滲透系數(shù)根據(jù)(l) (2) (3)共同協(xié)調(diào)選取。 在氣液分離容器20底部設(shè)置多孔介質(zhì)板21，注意多孔介質(zhì)板21與壓力容8器22之間的密封。普通氣液分離可采用橡膠墊圈、密封膠等密封措施密封；需 要化學(xué)防腐處理的，可采用硅橡膠、聚四氟乙烯、硅膠、PEEK等材料進(jìn)行密封。 多孔介質(zhì)板21與壓力容器22之間的連接有各種工業(yè)密封連接方式進(jìn)行，基本連 接情況可參見圖3中的方式，也可以采用其他的實(shí)施，特別需要注意是壓力容器 22與多孔介質(zhì)板之間不能氣體發(fā)生泄露。氣液分離容器20中可以放置傳統(tǒng)的氣液分離方式，例如重力沉降；折流 分離；離心力分離；絲網(wǎng)分離等方式加速氣液分離過程，優(yōu)化整個(gè)氣液分離裝置 的效果。
壓力容器22為一般工業(yè)性產(chǎn)品或加工產(chǎn)品，容器需要設(shè)置三個(gè)通道，分別 連接過濾器IO、壓力調(diào)節(jié)閥門30、和排液管路43連接；同時(shí)壓力容器中需要考 慮與多孔介質(zhì)板之間21進(jìn)行銜接，保證多孔介質(zhì)板的正常工作，多孔介質(zhì)板下 部預(yù)留部分空間匯集排出的液體。3) 壓力調(diào)節(jié)閥門 ， 壓力調(diào)節(jié)閥門30可以選用背壓閥、差壓閥、閥門等壓力調(diào)節(jié)閥門，直接采用現(xiàn)有的工業(yè)產(chǎn)品，選型方便，參照參見公式(l) (2) (3) (4)設(shè)定的范圍進(jìn)行選型。 壓力調(diào)節(jié)閥門30控制氣液分離容器內(nèi)氣體壓力與排液管路內(nèi)液體的壓力差值 AAni。 〈Ap〈A范圍內(nèi)，保證氣液分離的液體能夠及時(shí)排出，同時(shí)保證氣體不會(huì)混入液體中。理論上該分離裝置可實(shí)現(xiàn)任意微小流量的氣液分離(分離量低 質(zhì)由其他的非分離效果方面的原因決定)，裝置的最大分離液體量為2max ^ ^14^ 參數(shù)參見公式(1) (2) (3) (4)P .〖?jí)毫φ{(diào)節(jié)閥門30推薦使用差壓閥、背壓閥。壓力調(diào)節(jié)閥門的壓力調(diào)節(jié)范圍 非常大，氣液分離的流量范圍至少可以跨越6個(gè)數(shù)量級(jí)以上，負(fù)載范圍非常廣， 特別適合高精度、微小流量條件下的氣液分離，可以實(shí)現(xiàn)輕巧化。最小分離流量 為測量設(shè)備精度和整個(gè)設(shè)備的泄露率等其他因素確定，該裝置理論上的氣液分離 流量可無限小。4) 裝置實(shí)施需要注意的問題 氣液分離容器需要保證排氣管路位于氣液分離容器20的上方，排液管路位于氣液分離容器20的下方，利用重力和氣液離析將氣液分開，氣液分離裝置的倒置將導(dǎo)致氣液分離過程失效。本裝置不適合微乳狀的氣液混合流體，這些流體可能堵塞多孔介質(zhì)板，特別 是微乳狀短時(shí)間內(nèi)無法氣液分層的混合流體，同時(shí)氣泡直徑接近與多孔介質(zhì)板的 孔隙直徑，如混有氣泡的冰激凌液體、含有表面活性劑的氣液混合流體等，將 會(huì)導(dǎo)致該裝置失效。該裝置在進(jìn)行實(shí)時(shí)分離狀態(tài)是，在低流量不穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行氣液分離時(shí)，由 于分離容器的體積和壓力調(diào)節(jié)閥門30的工作原理會(huì)發(fā)生氣體流量緩沖，導(dǎo)致氣 體部分流量為間歇性的，同時(shí)液體部分也會(huì)有部分間歇性，對(duì)高精度流量測量會(huì) 有一定時(shí)延效應(yīng)，降低氣液分離容器20的內(nèi)容積可降低時(shí)延效應(yīng)。實(shí)施范例-一個(gè)小型的氣液分離試驗(yàn)裝置由于分離溶液不含細(xì)小顆粒雜質(zhì)，省略過濾器10，該裝置由氣液分離容器20、壓力調(diào)節(jié)閥門30共同組成，壓力調(diào)節(jié)閥門30選用背壓閥(壓力范圍 0-500kPa)。系統(tǒng)如圖1所示(忽略過濾器10)。分離氣液混合流體為高壓飽和 溶液中離析的混合流體，氣液比約為0,2: 0.8。氣液分離容器中采用親水性的砂巖作為多孔介質(zhì)板，對(duì)N2與水溶液進(jìn)行氣 水分離，排液管路內(nèi)壓力接近與100kPa,砂巖孔隙平均直徑約為0.2mm，多孔 介質(zhì)板的進(jìn)氣值約為50kPa,滲透系數(shù)為5D左右，多孔介質(zhì)板的直徑4cm，面 積為12.56cm 厚度為0.5cm，加工后進(jìn)行氣液分離，設(shè)置背壓閥壓力為130kPa， 穩(wěn)定氣液分離裝置中壓力與排液管路中液體壓力差值為30kPa，可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)分離 水溶液體積為(K2.4升/分鐘水溶液范圍內(nèi)的氣水混合流體，理論上的氣液分離流 量可無限小，實(shí)際分離量下限為測量設(shè)備精度和整個(gè)設(shè)備的泄露率確定，本小型 室內(nèi)試驗(yàn)裝置的最小分離量約0.001毫升/分鐘。
權(quán)利要求
1、一種基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝置，由過濾器(10)、氣液分離容器(20)、壓力調(diào)節(jié)閥門(30)、管路(40)組成，其特征在于氣液分離容器(20)分別與過濾器(10)、壓力調(diào)節(jié)閥門(30)相連，過濾器(10)、氣液分離容器(20)、壓力調(diào)節(jié)閥門(30)、管路(40)之間采用管接頭或焊接銜接，在過濾器(10)的一端有進(jìn)口(41)，在壓力調(diào)節(jié)閥門(30)的一端有排氣管路(42)，在氣液分離容器(20)的下端有排液管路(43)，過濾器(10)為過濾氣液混合流體中的固體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝置，其特征在于所述的在氣液分離容器(20)包含壓力容器(22)、多孔介質(zhì)板(21)，氣液 分離容器(20)下端裝有親液相多孔介質(zhì)板(21)，在親液相多孔介質(zhì)板(21) 一端裝有排液管路(43)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝置，其特征在于所述的在氣液分離容器(20)的上端裝有排氣管路(42)，下端端有排液管 路(43)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝置，其特征在于所述的氣液分離容器(20)中含有多孔介質(zhì)板(21)，多孔介質(zhì)板(21)的 材料具有親液屬性或液相浸潤性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多孔介質(zhì)板的氣液分離裝置，本裝置由過濾器、氣液分離容器、壓力調(diào)節(jié)閥門、管路構(gòu)成；其特征在于氣液分離容器分別與過濾器、壓力調(diào)節(jié)閥門相連，過濾器、氣液分離容器、壓力調(diào)節(jié)閥門、管路之間采用管接頭或焊接銜接，在過濾器的一端有進(jìn)口，在壓力調(diào)節(jié)閥門的一端有排氣管路，過濾器為過濾氣液混合流體中的固體。氣液分離容器包含壓力容器、多孔介質(zhì)板，在氣液分離容器的上端設(shè)有排氣管路，下端裝有親液相多孔介質(zhì)板，在親液相多孔介質(zhì)板一端裝有排液管路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可實(shí)時(shí)、寬負(fù)載范圍、連續(xù)分離氣液混合流體，可廣泛應(yīng)用于各類壓力、流量范圍的氣液分離領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01D19/00GK101502727SQ20091006060
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者李小春, 寧 魏 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所