本发明实施例涉及工业技术领域，尤其涉及一种气液接触装置。
背景技术：
通过气流和液相接触实现吸收、除尘、降温，脱附，是传统的化工单元操作手段，在这些操作过程中气液之间的传质效率常依赖于合理设计的气液接触表面和高度强化界面的湍动程度。
在现有的气流和液相接触设备中，采用填料塔是实现气液充分接触的最古老、最成熟的方法，该方法是在填料床层中进行气液接触，在填料的湿润表面进行气液接触传质。目前设计合理的整装填料可以在较小的床层高度中实现良好的气液接触，但是，填料塔的单层床层高度有一定的限制。若单层床层太高，则很容易发生床层内的气液接触不均匀的现象，即液体趋向塔壁流动，从而导致单层床层中间的液体减少，产生“干锥”现象，极大降低气液接触的效果。为了解决“干锥”问题，可以将传统的填料床层改进成一层一层的形式，每层床层间重新进行液体分布。但是，这样使得填料床层的垂直高度变高，增加了设备制造和安装的成本。
同时，为了在较低的压降下提高气液接触效果，本领域技术人员开发了旋流板塔，该装置以螺旋状塔板实现气流的螺旋上升，与下降的液流充分接触，在很低的气流压降下获得了较好的气液接触效果。旋流板塔在除尘、脱硫领域取得了广泛的工业应用。然而，旋流板塔的尺寸不能太大，否则不能保证液体的均匀分布。当要求处理的气量很大时，常常需要在一个塔器内并行排布多个旋流板塔，这使得整个气液接触装置的加工更困难，结构更复杂。
此外，旋流填料床和螺旋液膜文丘里等装置也是实现高效的气液接触的常用装置。旋流填料床层在高速旋转过程中，气液接触的表面湍动大大增强，仅几个毫米便可取得一块理论板的气液传质效果。然而，由于旋流填料床层的高速旋转，根本无法用于大风量以及高液量的工业操作。此外，螺旋液膜文丘里在实现高效的气液接触的过程中，存在压降较高的问题。
综合可知，目前在工业领域中，针对如何在实现高效的气液接触的同时，避免出现较高压降、液体堵塞、液体分布不均匀以及气液接触装置成本高和结构复杂等现象，仍然是一个需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种气液接触装置，以解决现有气液接触装置中出现的压降较高、液体堵塞、液体分布不均匀以及气液接触装置成本高和结构复杂的问题。
一种气液接触装置，该装置包括：
至少一个扭线刷和至少一个多孔载体，所述扭线刷的数量与所述多孔载体的管道数量相同；
所述扭线刷填塞于所述多孔载体的管道内，用于吸附气体和液体；
所述多孔载体用于封装同时进入所述管道的气体和液体，以实现气液接触。
可选地，所述气体和液体同时以逆流接触或并行接触方式进入所述管道内。
可选地，所述逆流接触包括：所述气体从所述管道的下方进入并从所述管道的上方流出，所述液体从所述管道的上方流入并从所述管道的下方流出；
所述并行接触包括：所述气体和液体同时从所述管道的上方进入并从所述管道的下方流出。
可选地，所述扭线刷的刷毛材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，pet)、尼龙(polyamide，pa)、聚乙烯(polyethylene，pe)、聚丙烯(polypropylene，pp)、聚氯乙烯(polyvinylchloride，pvc)、铜、铝合金、钢或铝。
可选地，所述管道口的直径取值范围是大于等于3cm且小于等于25cm。
可选地，所述扭线刷填塞于所述多孔载体的管道内包括：
所述扭线刷从所述管道的下方以自下而上的方式填塞于所述管道内；或
所述扭线刷从所述管道的上方以自上而下的方式填塞于所述管道内。
可选地，所述管道的上表面和下表面分别覆盖有固定网，所述固定网的材料包括不锈钢、聚氯乙烯、聚丙烯、铜或铝合金。
可选地，所述多孔载体的材料包括陶瓷、聚氯乙烯、铝、铁、铜、铝合金或不锈钢。
可选地，所述多孔载体的管道口的形状是圆形。
可选地，所述扭线刷的刷体直径大于等于所述管道口的直径。
本发明实施例通过设计出包括至少一个扭线刷和至少一个多孔载体的气液接触装置，其中，扭线刷填塞于多孔载体的管道内，用于吸附气体和液体，多孔载体用于封装同时进入管道的气体和液体，以实现气液接触，解决了现有的气液接触装置中出现的压降较高、液体堵塞、液体分布不均匀以及装置成本高和结构复杂的问题，实现了气液接触过程中压降较低、液体不易堵塞以及液体分布均匀的效果，并且对于大风量和高液量的工业操作，该气液接触装置的成本较低，结构复杂度较低。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种气液接触装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种气液接触装置的透视图；
图3是本发明实施例二提供的气液接触装置中的一种气液逆流接触方式的示意图；
图4是本发明实施例二提供的气液接触装置中的另一种气液逆流接触方式的示意图；
图5是本发明实施例二提供的气液接触装置中的又一种气液逆流接触方式的示意图；
图6是本发明实施例二提供的气液接触装置中的一种气液并行接触的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种气液接触装置的结构示意图，图2是本发明实施例一提供的一种气液接触装置的透视图。该气液接触装置可以用于化工、除尘和吸附等方面。如图2所示，本实施例的气液接触装置包括：至少一个扭线刷101和至少一个多孔载体102，扭线刷101包括刷柄1011和刷毛1012，扭线刷101的数量与多孔载体102的管道数量相同，其中：
扭线刷101填塞于多孔载体102的管道内，用于吸附气体和液体；
多孔载体102用于封装同时进入管道的气体和液体，以实现气液接触。
刷柄1011对刷毛1012起固定作用。每一个管道内可以对应填充一个扭线刷101，图2显示的多孔载体102有4个管道，为了清楚显示装置内部结构，图2中只给出了3个扭线刷101，第4个扭线刷101与其他扭线刷101的设置类似，并且为了更好的显示扭线刷101的结构，具体对其进行了放大显示。管道内的圆柱形扭线刷101呈致密的螺旋状分布，当气体和液体以一定的流动速度同时进入管道内时，会形成三维螺旋的表面气液接触。不同于现有技术中采用滤布过滤，本实施例的装置内没有强制气体和液体通过的微小孔道或狭窄缝隙，气体和液体在刷毛1012之间的空隙中进行流动，因此，在气液接触过程中，装置内的压降较小，并且，扭线刷101的刷毛1012可以对液体进行分散，使得气液接触更为充分，液体不易发生堵塞，此时，气液接触表面积大且气液界面湍流强烈，液体在各流管道内流动，也不会发生明显的液体再分布现象，可以避免填料塔中常见的“干锥”现象。
多孔载体102中管道的具体数量和管道直径大小，均可以根据需求进行设置，并通过焊接将多个管道连合金属框架固定在一起，整个多孔载体102相当于一个中空的封闭结构。对于大风量和高液量的工业操作，可以将多个填塞有扭线刷101的多孔载体102沿着管道方向进行组合放置于填料塔器的床层位置，这在结构实现方面比较简单，避免了将填料床层改进成一层一层形式的复杂操作，同时也降低了设备制造和安装的成本。并且，多孔载体102可以通过更新内部的扭线刷101进行重复利用。
可选地，扭线刷101填塞于多孔载体102的管道内包括：
扭线刷101从管道的下方以自下而上的方式填塞于管道内；或
扭线刷101从管道的上方以自上而下的方式填塞于管道内。
可选地，扭线刷101的刷毛1012材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、铜、铝合金、钢或铝，对于出现高温的情况，扭线刷101的刷毛1012材料优选金属材料；多孔载体102的材料包括陶瓷、聚氯乙烯、铝、铁、铜、铝合金或不锈钢；多孔载体102的管道口的形状是圆形。多孔载体102中的每一个管道沿着管道中心轴线方向均是均匀的立体结构，圆形的管道口可以实现管道内壁和圆形的刷体的充分接触，避免液体直接沿着管道内壁流动。另外，多孔载体102的每一个管道外壁横截面形状包括正六方形、圆形和方形，即整体的管道横截面形状可以是包括两个同心圆的圆形、内部包括一个圆形的正六方形或者内部包括一个圆形的正方形。管道壁的厚度可以根据需要进行设定，本实施例对此不做限定。
可选地，多孔载体102的管道口的直径取值范围是大于等于3cm且小于等于25cm，扭线刷101的刷体直径大于等于多孔载体102的管道口的直径；扭线刷101的刷毛1012直径小于等于0.5mm。刷毛1012直径随管道口直径的增大适应性增大，刷毛1012的直径越小扭线刷101越精细。管道口的直径太小，不利于扭线刷101的塞入，容易出现液体堵塞现象，影响气液接触效果；管道口的直径太大，相应的扭线刷101的刷体直径也需要增大，容易出现刷体沿横截面方向下垂的现象，导致与管道内壁接触不充分。考虑到扭线刷101的刷体以及刷毛1012都有一定的柔性，可以选择刷体直径稍微大于管道口直径的扭线刷101，保证刷体与管道内壁的充分接触且不影响气液接触效果。
本实施例的技术方案通过设计出包括至少一个扭线刷101和至少一个多孔载体102的气液接触装置，其中，扭线刷101填塞于多孔载体102的管道内，用于吸附气体和液体，多孔载体102用于封装同时进入管道的气体和液体，以实现气液接触，解决了现有的气液接触装置中出现的压降较高、液体堵塞、液体分布不均匀以及装置成本高和结构复杂的问题，实现了气液接触过程中压降较低、液体不易堵塞以及液体分布均匀的效果，并且对于大风量和高液量的工业操作，该气液接触装置的成本较低，结构复杂度较低。
实施例二
本实施例是在上述实施例的基础上进一步进行优化。如图2所示，本实施例的气液接触装置包括：至少一个扭线刷101和至少一个多孔载体102，扭线刷101包括刷柄1011和刷毛1012，扭线刷101的数量与多孔载体102的管道数量相同，其中：
扭线刷101填塞于多孔载体102的管道内，用于吸附气体和液体；
多孔载体102用于封装同时进入管道的气体和液体，以实现气液接触。
其中，气体和液体同时以逆流接触或并行接触方式进入多孔载体102的管道内。无论是气液逆流接触，还是气液并行接触，均可以实现有效地气液接触效果。
进一步地，逆流接触包括：气体从多孔载体102的管道的下方进入并从管道的上方流出，液体从管道的上方流入并从管道的下方流出；
并行接触包括：气体和液体同时从多孔载体102的管道的上方进入并从管道的下方流出。其中考虑液体的流动方向，液体只能从管道的上方进入。气液并行接触可以防止“液泛”现象的发生。
可选地，多孔载体102的管道的上表面和下表面分别覆盖有固定网，固定网的材料包括不锈钢、聚氯乙烯、聚丙烯、铜或铝合金。管道上表面的固定网，可以用于阻挡扭线刷101，防止在气液接触过程中扭线刷101被气流吹扫而推出。管道下表面的固定网可以用于辅助优化液体和气体的分布。
以下结合附图对气液逆流接触和气液并行接触进行示例性说明：
图3是本发明实施例二提供的气液接触装置中的一种气液逆流接触方式的示意图。具体如图3所示，当扭线刷101的刷体直径恰好等于多孔载体102的管道口的直径时，多孔载体102的管道内刷毛1012呈水平状分布。气体从多孔载体102的管道的下方进入并从管道的上方流出，液体从管道的上方流入并从管道的下方流出，并在经过刷毛1012的过程中被分散成一个个的液滴301，刷毛1012的表面会形成一层水平分布的液膜302。
图4是本发明实施例二提供的气液接触装置中的另一种气液逆流接触方式的示意图。具体如图4所示，当扭线刷101的刷体直径大于多孔载体102的管道口的直径时，并且扭线刷101从管道上方自上而下塞入管道内，刷毛1012与管道内壁仍然充分接触，刷毛1012整体呈上扬状态。气体从多孔载体102的管道的下方进入并从管道的上方流出，液体从管道的上方流入并从管道的下方流出，并在经过刷毛1012的过程中被分散成一个个的液滴301，刷毛1012的表面形成一层沿着刷毛1012倾斜方向的液膜302。
图5是本发明实施例二提供的气液接触装置中的又一种气液逆流接触方式的示意图。具体如图5所示，当扭线刷101的刷体直径大于多孔载体102的管道口的直径时，并且扭线刷101从管道下方自下而上塞入管道内，刷毛1012与管道内壁仍然充分接触，刷毛1012整体呈下垂状态。气体从多孔载体102的管道的下方进入并从管道的上方流出，液体从管道的上方流入并从管道的下方流出，并在经过刷毛1012的过程中被分散成一个个的液滴301，刷毛1012的表面形成一层沿着刷毛1012下垂方向的液膜302。
图6是本发明实施例二提供的气液接触装置中的一种气液并行接触的示意图。具体如图6所示，当扭线刷101的刷体直径大于多孔载体102的管道口的直径时，并且扭线刷101从管道上方自上而下塞入管道内，刷毛1012与管道内壁仍然充分接触，刷毛1012整体呈上扬状态。气体和液体同时从多孔载体102的管道的上方进入并从管道的下方流出，液体在经过刷毛1012的过程中被分散成一个个的液滴301，刷毛1012的表面形成一层沿着刷毛1012倾斜方向的液膜302。
刷毛1012的表面形成的液膜可以对气体中的粉尘等微小颗粒起到吸附作用，并且增大了气液接触的表面积，对气体和液体之间进行均匀而充分的接触起到促进作用。在实际的应用过程中，刷毛1012整体的倾斜方向与液体和气体的流速均有关系，根据气液的流速而发生变化，但并不影响本实施例气液接触装置实现的效果。
示例性的，该气液接触装置可以用于对含尘气体进行湿式除尘，当含粉尘气流通过扭线刷101时会形成三维螺旋的表面气液接触，当气体从下至上穿过扭线刷101，气流中的部分粉尘可以被刷毛1012离心捕捉，其他气体则因为气流作用与从上而下的喷淋液体进行逆流接触，进一步地捕捉超细微粉尘。该装置非常适于处理过滤与洗涤工况较为复杂的废气。
以下以本实施例的气液接触装置在工业除尘方面的具体应用为例，详细说明本实施例在气液接触过程中实现的压降较低的效果。
示例一：
将4个pvc材料的扭线刷101分别以自下而上的方式塞入具有4个平行管道的多孔载体102中，管道的上下表面均用不锈钢固定网进行覆盖，形成气液接触装置，其中，扭线刷101的刷体长度和多孔载体102的管道长度相同，均设置为10cm，多孔载体102的圆形管道口的直径是3cm，扭线刷101的刷体直径是管道口直径的1.0倍，扭线刷101的刷毛1012直径选择为0.05mm，多孔载体102的材料是陶瓷中的堇青石。打开自来水液泵，流量调节至50l/min，液流方向从上至下，再缓慢打开粉尘气气阀，流量控制在200l/min，气流方向从管道下方进入，在上方流出，此时气液逆流接触。在风速2m/s的情况下，该装置对于直径10微米的颗粒去除效率为99.9％，压降为50pa。
示例二：
将9个铝材料的扭线刷101分别以自上而下的方式塞入具有9个平行管道的多孔载体102中，管道的上下表面均用不锈钢固定网进行覆盖，形成气液接触装置，其中，扭线刷101的刷体长度和多孔载体102的管道长度相同，均设置为200cm，多孔载体102的圆形管道口的直径是25cm，扭线刷101的刷体直径是管道口直径的1.3倍，扭线刷101的刷毛1012直径选择为0.5mm，多孔载体102的材料是不锈钢。打开纯净水液泵，流量控制在100l/min，液体从上至下流动，再缓慢打开粉尘气气阀，气量调节至400l/min气体从下至上流动，此时气液逆流接触。在风速4m/s的情况下，该装置对于直径10微米的颗粒去除效率为99.9％，压降为80pa。
示例三：
将16个pp材料的扭线刷101分别以自下而上的方式塞入具有16个平行管道的多孔载体102中，管道的上下表面均用不锈钢固定网进行覆盖，形成气液接触装置，其中，扭线刷101的刷体长度和多孔载体102的管道长度相同，均设置为100cm，多孔载体102的圆形管道口的直径是10cm，扭线刷101的刷体直径是管道口直径的1.1倍，扭线刷101的刷毛1012直径选择为0.2mm，多孔载体102的材料是铝合金。打开浓度为1％的naoh液泵，液量调节为200l/min，液流流向从上至下，再缓慢打开粉尘气气阀，气量调节为800l/min，气流方向从上至下，此时气液并行接触。在风速8m/s的情况下，该装置对于直径10微米的颗粒去除效率为99.9％，压降为120pa。
示例四：
将4个尼龙pa材料的扭线刷101分别以自下而上的方式塞入具有4个平行管道的多孔载体102中，管道的上下表面均用铜丝固定网进行覆盖，形成气液接触装置，其中，扭线刷101的刷体长度和多孔载体102的管道长度相同，均设置为10cm，多孔载体102的圆形管道口的直径是3cm，扭线刷101的刷体直径是管道口直径的1.0倍，扭线刷101的刷毛1012直径选择为0.05mm，多孔载体102的材料是铝。打开自来水液泵，流量调节至100l/min，液流方向从上至下，再缓慢打开粉尘气气阀，流量控制在400l/min，气流方向从下方进入，在上方流出，此时气液逆流接触。在风速2m/s的情况下，该装置对于直径5微米的颗粒去除效率为99.5％，压降为80pa。
示例五：
将10个pe材料的扭线刷101分别以自下而上的方式塞入具有10个平行管道的多孔载体102中，管道的上下表面均用不锈钢丝固定网进行覆盖，形成气液接触装置，其中，扭线刷101的刷体长度和多孔载体102的管道长度相同，均设置为50cm，多孔载体102的圆形管道口的直径是6cm，扭线刷101的刷体直径是管道口直径的1.2倍，扭线刷101的刷毛1012直径选择为0.1mm，多孔载体102的材料是铁。打开自来水液泵，流量调节至200l/min，液流方向从上至下，再缓慢打开粉尘气气阀，流量控制在800l/min，气流方向从下方进入，在上方流出，此时气液逆流接触。在风速4m/s的情况下，该装置对于直径5微米的颗粒去除效率为99.5％，压降为120pa。
上述示例中，当多孔载体102中的扭线刷101的刷毛1012被粉尘填充饱和时，关闭气阀，进行清洗，便可使得气液接触装置被再次利用。
本实施例的技术方案通过设计出包括至少一个扭线刷101和至少一个多孔载体102的气液接触装置，其中，扭线刷101填塞于多孔载体102的管道内，用于吸附气体和液体，多孔载体102用于封装同时以逆流接触或并行接触方式进入管道的气体和液体，以实现气液接触，解决了现有的气液接触装置中出现的压降较高、液体堵塞、液体分布不均匀以及装置成本高和结构复杂的问题，实现了气液接触过程中压降较低、液体不易堵塞以及液体分布均匀的效果，并且对于大风量和高液量的工业操作，该气液接触装置的成本较低，结构复杂度较低。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。