用于气体净化吸收解吸和气提的气液传质装置及方法
【专利摘要】一种用于气体净化吸收解吸和气提的气液传质装置及方法，包括外桶和设置于外桶中的内桶，外桶的顶部开口底部封闭，其特征是在外桶底部设置有贯穿外桶底部的进气管，进气管自外桶底部向上延伸至外桶的上部，并在进气管的上部设置有溢流孔；内桶顶面封闭，底部开口，在内桶的顶面上固定设置有气道隔板，内桶被气道隔板分割形成气体通道；内桶套在进气管外面，在内桶顶面靠近内桶筒壁的位置设置有出气口。本方案气液接触行程长、接触效果好、节能，可以用于净化空气、烟气、尾气和治理扬尘，改善乘用车、居室、大型卖场、工厂车间和局部露天场所的空气质量；还可以用于气体吸收、解吸和气提过程。
【专利说明】
用于气体净化吸收解吸和气提的气液传质装置及方法
技术领域
[0001 ]本方案涉及气液传质技术领域，尤其涉及一种气液接触充分的气液传质的工艺方法和装置。
【背景技术】
[0002]污染、干燥、混浊的生产生活环境所引起的疾病也越来越多，于是各种气体净化装置应运而生，尤其是具有加湿功能的空气净化装置因具有耗材价格低、自然环保、性价比高的特点而倍受重视，但传统的加湿空气净化装置由于其中的液态净化剂与待净化的空气接触时间短而导致净化效果差，例如人们在日常生活中采用水帘式装置处理空气中的尘埃，由于水帘厚度小而导致待净化的空气在水帘中的行程短，气液接触不充分，净化效果不理想。也有采取向水中打气鼓泡的方法净化空气，由于空气在水中的行程短，且气体往往呈现大气泡状，气体中夹带的尘埃不能充分与液体接触，不能有效解决空气净化问题。
[0003]专利200420034565.3和200420033966.7公开了一种气体净化器，由旋涡式气体过滤器、轴流风机、机壳组成，旋涡式气体过滤器和轴流风机安装在机壳上，旋涡式气体过滤器设置在轴流风机的进风端，其特征在于旋涡式气体过滤器由螺旋形卷板交叉排列安装在旋涡式气体过滤器壳体上，自然形成进气口、出气口和旋涡式气体通道。该实用新型的气体净化器在工业生产室内外气体净化特别是厨房油烟的净化方面具有良好效果，其技术方案是利用气体在螺旋形气体通道内高速通过时所产生的离心力，将固体颗粒和液体微粒分离到螺旋板所组成的气体通道壁上，但利用这种离心力很难净化气体中的二氧化硫、氮氧化物和直径很小的尘埃。
[0004]另外，工业上脱硫、脱碳等过程为了获得较好的气液传质效果，使用的气体吸收塔和解吸塔一般被设计得高度很高，但这不但增加了气流阻力，而且使得安装、操作、维修难度加大;另外，工业上采用加压水洗法进行沼气提纯时，首先将沼气加压后送入装有填料的吸收塔，在吸收塔内沼气自下而上与水流逆向接触，从而实现对二氧化碳和甲烷气体组分的分离;从吸收塔底部排出的水进入闪蒸塔将溶解在水中的甲烷和大部分二氧化碳从水中释放出来，这部分混合气体重新与原料气混合再次参与分离;从闪蒸塔排出的水进入解吸塔，利用空气或惰性气体进行吹脱再生，之后循环回到吸收塔。但该工艺在长期运行时吸收塔和解吸塔内的微生物不断生长，最终出现堵塔的问题，严重影响了生产效率。
[0005]另外，微生物培养过程中往往存在着严重的代谢产物抑制问题，例如丁醇是一种很有潜力的生物燃料，可由发酵法生产，但由于高浓度丁醇对发酵菌体有毒害作用，导致生物法生产丁醇产量和生产强度较低。气提技术作为一种在线分离产物的方法，能够将产物从发酵液中移除，可有效降低产物抑制问题，但是采用传统气提装置由于气液接触效果差而导致出气中的目标产品浓度低，大大增大了能耗和降低了生产效率。另外，污水处理行业常采用气提法脱除水中溶解的气体和某些挥发性物质，即将气体通入水中，使之相互充分接触，使水中溶解的气体和挥发性物质穿过气液界面向气相转移，从而达到脱除污染物的目的，但所采用的装置或者气液接触效果较差，或者气体阻力较大，使生产效率降低。
[0006]综上可见，对于气体净化、吸收、解吸和气提等气液传质过程，急需提供一种气液接触效果好、节能的气液传质的工艺方法和装置。
【发明内容】
[0007]本方案的目的在于弥补已有技术的不足，提供一种气液接触行程长、接触效果好、节能的气液传质的工艺方法和装置，该工艺方法和装置用于气体净化时，可以吹出清新湿润的空气，用于改善工厂车间、居室、乘用车、大型卖场和局部露天场所的空气质量，以净化空气、烟气、尾气和治理扬尘;其风力来源可以是风机、气栗、空调出风口、烟气、尾气和自然风能中的一种。所述的气液传质的工艺方法和装置用于气体净化时，可以单独使用，或者和重力沉降、惯性除尘、电除尘、布袋除尘、旋风除尘、湿式除尘方式联合使用；该工艺方法和装置也可以用于气体吸收、解吸和气提过程，以获得良好的气液传质效果。
[0008]本方案是通过以下技术方案来实现的:
一种气液传质装置，包括外桶和设置于外桶中的内桶，外桶的顶部开口底部封闭，在外桶底部设置有贯穿外桶底部的进气管，进气管自外桶底部向上延伸至外桶的上部，并在进气管的上部设置有溢流孔；内桶顶面封闭，底部开口，在内桶的顶面上固定设置有气道隔板，内桶被气道隔板分割形成气体通道；内桶套在进气管外面，在内桶顶面靠近内桶筒壁的位置设置有出气口。
[0009]本方案的具体特点还有，气道隔板为螺旋板，呈长条带状，在内桶内卷曲呈螺旋形。
[0010]气道隔板包括至少4个相互平行的折流板，对称排布于内桶中心轴两侧，折流板的顶边都与内桶顶面连接并垂直向下延伸，折流板的一个侧边与内桶筒壁连接，相邻的折流板交错排布形成2个折线形气体通道;在最外侧折流板与内桶筒壁之间的内桶顶面位置，SP在折线形气体通道尽头的内桶顶面位置都设置有出气口。
[0011 ]所述内桶顶面的出气口至少有2个，内桶和气道隔板采用聚丙烯材料制成，在外桶的下部设置有排液管。
[0012]—种气液传质装置，由上下2个装有内桶的外桶上下叠加而成，相邻的外桶对接处密闭连接;外桶的顶部开口底部封闭，在外桶底部设置有贯穿外桶底部的进气管，进气管自外桶底部向上延伸至外桶的上部，并在进气管的上部设置有溢流孔；内桶顶面封闭，底部开口，在内桶的顶面上固定设置有气道隔板，内桶被气道隔板分割形成气体通道。内桶套在进气管外面，在内桶顶面靠近内桶筒壁的位置设置有出气口，上层外桶的进气管与下层的出气口连通，仅在下层外桶的底部设置排液管。
[0013]气道隔板为螺旋板，呈长条带状，在内桶内卷曲呈螺旋形。
[0014]气道隔板包括至少4个相互平行的折流板，对称排布于内桶中心轴两侧，折流板的顶边都与内桶顶面连接并垂直向下延伸，折流板的一个侧边与内桶筒壁连接，相邻的折流板交错排布形成2个折线形气体通道;在最外侧折流板与内桶筒壁之间的内桶顶面位置，SP在折线形气体通道尽头的内桶顶面位置都设置有出气口。
[0015]—种气液传质装置，由上中下3个装有内桶的外桶上下叠加而成，相邻的外桶对接处密闭连接;外桶的顶部开口底部封闭，在外桶底部设置有贯穿外桶底部的进气管，进气管自外桶底部向上延伸至外桶的上部，并在进气管的上部设置有溢流孔；内桶顶面封闭，底部开口，在内桶的顶面上固定设置有气道隔板，内桶被气道隔板分割形成气体通道。内桶套在进气管外面，在内桶顶面靠近内桶筒壁的位置设置有出气口，上层外桶和中层外桶的进气管均与下一层的出气口连通，仅在下层的外桶的底部设置排液管。在上层外桶顶部设置盖板，盖板设置有进液口和排气孔。
[0016]气道隔板为螺旋板，呈长条带状，在内桶内卷曲呈螺旋形。
[0017]气道隔板包括至少4个相互平行的折流板，对称排布于内桶中心轴两侧，折流板的顶边都与内桶顶面连接并垂直向下延伸，折流板的一个侧边与内桶筒壁连接，相邻的折流板交错排布形成2个折线形气体通道;在最外侧折流板与内桶筒壁之间的内桶顶面位置，SP在折线形气体通道尽头的内桶顶面位置都设置有出气口。
[0018]—种气液传质装置，由至少4个装有内桶的外桶叠加而成，相邻的外桶对接处密闭连接，外桶的顶部开口底部封闭，在外桶底部设置有贯穿外桶底部的进气管，进气管自外桶底部向上延伸至外桶的上部，并在进气管的上部设置有溢流孔；内桶顶面封闭，底部开口，在内桶的顶面上固定设置有气道隔板，内桶被气道隔板分割形成气体通道。内桶套在进气管外面，在内桶顶面靠近内桶筒壁的位置设置有出气口，每层外桶都设置进气管均与下一层的出气口连通。在最下层外桶的下部设置排液管，在最上层外桶顶部设置盖板，在盖板上设置有进液口和排气孔。
[0019]气道隔板为螺旋板，呈长条带状，在内桶内卷曲呈螺旋形。
[0020]气道隔板包括至少4个相互平行的折流板，对称排布于内桶中心轴两侧，折流板的顶边都与内桶顶面连接并垂直向下延伸，折流板的一个侧边与内桶筒壁连接，相邻的折流板交错排布形成2个折线形气体通道;在最外侧折流板与内桶筒壁之间的内桶顶面位置，SP在折线形气体通道尽头的内桶顶面位置都设置有出气口。
[0021]内桶被气道隔板分割形成气体通道，并在该气体通道中设置有依靠风力转动的叶轮，叶轮由聚丙烯制成，叶轮的下端浸没于液体中时可在风力下转动，以增加气液接触效果O
[0022]叶轮由聚丙烯制成，叶轮上布置有凸起和气孔。
[0023]本方案提供一种使用如前所述的气液传质装置进行气液传质的工艺方法，包括以下步骤:
当所述的气液传质装置仅由I个装有内桶的外桶组成时，向外桶中加入液体，通过控制排液管的出液速度以控制外桶中的液位，内桶的下端和气道隔板的一部分浸没于液体中，气道隔板与内桶内壁以及液面形成气体通道，气体从进气管进入并经过气体通道时与液体接触，之后从内桶顶面的出气口排出。
[0024]当所述的气液传质装置由至少2个装有内桶的外桶叠加而成时，首先向最上层外桶中加入液体，当液位达到该层进气管上的溢流孔时，继续加液体使液体从该层进气管溢流到下一层的外桶，如此重复使液体从上至下经过每一层的外桶，并通过阀门控制最下层夕卜桶的排液管的出液速度以控制最下层外桶中的液位；内桶的下端和气道隔板的一部分浸没于液体中，气道隔板与内桶内壁以及液面形成气体通道;气体从最下层的外桶的进气管进入，经过该层气体通道时与液体接触，然后从该层内桶顶面的出气口排出，之后从上一层外桶的进气管进入，如此重复使气体自下而上逐层与液体接触，直至从最上层内桶顶面的出气口排出。
[0025]所述的气液传质装置与工艺方法能够用于气体净化、吸收、解吸、气提、曝气和气液换热过程。
[0026]本方案的有益效果是:
(I)本方案采用螺旋板或者交替排布的折流板把气液接触空间分割成螺旋气体通道或者折线形气体通道，增大了气液在水平方向的接触行程，能够明显改善气液传质效果；由于内桶可以被取出，而且内桶和外桶均有一端开口，所以易于拆卸和组装，易于维护和清洗。
[0027](2)用于气体净化时，由于外桶具有储液功能，因此该装置可以长时间不再加液体而正常使用，可以不设置水栗，运行成本低;并且当内桶及其附件采用低密度材料(在本专利中是指密度小于950千克/立方米的材料)制成时内桶倒置于装有液体的外桶内时能够漂浮在液面上，并且能够随外桶中液位的变化而上下移动，这使得在该装置长时间不再加液体的情况下，气体通道的空间大小不受液位变化的影响，仍然具有良好的净化效果;能够同时去除气体中的尘埃和加湿气体。
[0028](3)用于气体吸收和解吸时，由于大大增大了气液在水平方向的接触行程，因此可以将该气液传质装置的高度设计制作的很小，这降低了其设计高度对周围环境的要求;利用本方案所述的气液传质装置进行沼气提纯时，相对于填料塔，避免了气液在填料的细小孔道内接触时所产生的滞液死区，在长期运行时装置内微生物生长明显减少，避免了堵塔的问题。
[0029](4)用于气提时，气液接触效果好，出气中的目标产品浓度明显提高，大大提高了生产效率。
【附图说明】
[0030]图1为气液传质装置结构示意图，当气道隔板为螺旋板时装有内桶的外桶的剖视图。图2为图1中A - A向剖视图。图3为当气道隔板为折流板时装有内桶的外桶的横截面视图。图4为由3个装有内桶的外桶叠加而成的气液传质装置的剖视图。图5为叶轮在气体通道中的布置图。图6为图5中B-B向剖视图。
[0031 ]图中:1-外桶;2-排液管;3-进气管;4-内桶;5-气道隔板;6_气体通道;7_出气口；8-溢流孔;9-折流板;10-折线形气体通道;11-盖板;12-进液口 ； 13-排气孔;14-叶轮;15-内桶4的顶部。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图并通过具体实施例对本方案作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本方案的保护范围。
[0033]实施例1:
如图1和图2所示，一种气液传质装置，包括外桶I和设置于外桶I中的内桶4，外桶I的顶部开口底部封闭，在外桶I底部设置有贯穿外桶I底部的进气管3，进气管3自外桶I底部向上延伸至外桶I的上部，并在进气管3的上部管壁设置有2个对称的溢流孔8;内桶4顶部封闭，底部开口，在内桶4的顶面上固定设置有气道隔板5，内桶4被气道隔板5分割形成气体通道
6。外桶I内径600 mm，高度400 mm;内桶4内径560 mm，高度200 mm。气道隔板5为螺旋板，呈长条带状，在内桶4内卷曲呈螺旋形，相应的气体通道6的横截面呈螺线形，螺旋板圈数为5圈。内桶4套在进气管3外面，在内桶4顶面靠近内桶4筒壁设置有出气口 7。内桶4和气道隔板5采用聚丙烯材料制成，在外桶I的下部设置有排液管2。所述出气口 7有4个。所述的气液传质装置加有外壳。
[0034]采用本实施例所述装置用于气体净化，该装置放置于一乘用车内，车内空气湿度为15%(由湿度计测定)，PM2.5数值是146 yg/m3(由汉王Ml型雾霾检测仪测定)。首先向外桶I中加入7K，进水速度为5.0升/小时，内桶4倒置于装有水的外桶I内，通过控制排液管2的出液速度以控制外桶I中的水位，内桶4的下端和气道隔板5的一部分浸没于水中，气道隔板5与内桶4内壁以及水面形成气体通道6;由一风机通过进气管3将车内空气送达至气体通道6的中心部位，进气速度为50立方米/小时，并在经过气体通道6时与水接触，之后从内桶4顶面的出气口 7排出，排出气体的湿度为55%，PM2.5数值是42 yg/m3。
[0035]所述的气液传质装置的加水方式可以是通过水栗向外桶I中加水，或者是通过人为向外桶I中加水。所述的气液传质装置的外桶I和内桶4是圆柱形或者棱柱形，也可以根据实用和美观的角度改变形状。
[0036]实施例2:本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于:
如图3所示，气道隔板为8个相互平行的折流板9，对称排布于内桶4中心轴两侧，折流板9的顶边都与内桶4顶面连接并垂直向下延伸，折流板9的一个侧边与内桶4筒壁连接，相邻的折流板交错排布形成2个折线形气体通道10;在最外侧折流板与内桶4筒壁之间的内桶4顶面位置，即在折线形气体通道10尽头的内桶4顶面位置都设置有2个出气口 7，分别用于2个折线形气体通道10的出气口 7。在每个折线形气体通道10中设置有6个依靠风力转动的叶轮14，叶轮14在折线形气体通道10中的布置如图5和图6所示，叶轮14的下端浸没于液体中时可在风力下转动。
[0037]叶轮14由聚丙烯制成，叶轮14上布置有凸起和气孔。
[0038]采用本实施例所述装置用于气体净化，在一健身房内，空气湿度为16%(由湿度计测定)，PM2.5数值是121 yg/m3(由汉王Ml型雾霾检测仪测定)。首先向外桶I中加入水，进水速度为5.0升/小时，待外桶I中的水位达到进气管3上的溢流孔8时停止加水，并且停止排液管2的出水，将一健身脚踏车改装使其能够依靠人力脚踏而吹出气体，并将吹出的气体与气液传质装置的外桶I的进气管3相连，进气速度为100立方米/小时，气体净化过程同实施例1，折线形气体通道10中所设置的叶轮14的下端浸没于液体中并可在风力作用下转动以增强气液传质效果，排出气体的湿度为68%，PM2.5数值是28 yg/m3，这样在人们健身的同时还能加湿净化空气，一举两得。
[0039]本实施例实施过程中，由于外桶I具有储液功能，因此该装置可以长时间不再加水而正常使用，可以不设置水栗，运行成本低;并且当内桶4及其附件采用聚丙烯材料制成，内桶4倒置于装有水的外桶I内时能够漂浮在液面上，并且能够随外桶I中液位的变化而上下移动，这使得在该装置长时间不再加液体的情况下，气体通道的空间大小不受液位变化的影响，仍然具有良好的净化效果;能够同时去除气体中的尘埃和加湿气体。
[0040]实施例3:
一种气液传质装置，由上下2个装有内桶4的外桶I上下叠加而成，相邻的外桶I对接处密闭连接;外桶I的顶部开口底部封闭，在外桶I底部设置有贯穿外桶I底部的进气管3，进气管3自外桶I底部向上延伸至外桶I的上部，并在进气管3的上部管壁设置有2个对称的溢流孔8;内桶4顶面封闭，底部开口，在内桶4的顶面上固定设置有气道隔板5，内桶4被气道隔板5分割形成气体通道6。内桶4套在进气管3外面，在内桶4顶面靠近内桶4筒壁设置有4个出气口7。上层外桶I的进气管3与下层的出气口7连通，仅在下层外桶I的底部设置排液管2。内桶4和气道隔板5采用聚丙稀材料制成。外桶I内径600 mm，高度400 mm;内桶4内径560 mm，高度200 mm。气道隔板5为螺旋板，呈长条带状，在内桶内卷曲呈螺旋形，相应的气体通道6的横截面呈螺线形，螺旋板圈数为5圈。
[0041]采用本实施例所述装置用于气体净化，将该气液传质装置安装于一企业生产车间的风机排风口，车间内空气的PM2.5数值是182 yg/m3(由汉王Ml型雾霾检测仪测定)。首先向外桶I中加入水，进水速度为30升/小时，当外桶I中的水位达到该层进气管3上的溢流孔8时，继续加水使水从进气管3溢流到下一层的外桶I，如此重复使水从上至下经过每一层的外桶I，并通过阀门控制最下层外桶I的排液管2的出液速度以控制最下层外桶I中的液位；内桶4的下端和气道隔板5的一部分浸没于水中，气道隔板5与内桶4内壁以及液面形成气体通道6;将车间风机的出气管与该气液传质装置的进气管3相连，进气速度为100立方米/小时，气体从最下层的外桶I的进气管3进入，经过该层气体通道6时与水接触，然后从该层内桶4顶面的出气口7排出，之后从上一层外桶I的进气管3进入，如此重复使气体自下而上逐层与水接触，直至从最上层内桶4顶面的出气口 7排出，排出气体的PM2.5数值是35 yg/m3。
[0042]实施例4:本实施例与实施例3相同之处不再赘述，不同之处在于:
每层内桶4中设置的气道隔板为16个相互平行的折流板9，对称排布于内桶4中心轴两侦U，折流板9的顶边都与内桶4顶面连接并垂直向下延伸，折流板9的一个侧边与内桶4筒壁连接，相邻的折流板交错排布形成2个折线形气体通道10;在最外侧折流板与内桶4筒壁之间的内桶4顶面位置，即在折线形气体通道10尽头的内桶4顶面位置都设置有2个出气口 7，分别用于该层2个折线形气体通道10的出气口 7。在每个折线形气体通道10中设置有10个依靠风力转动的叶轮14，叶轮14在折线形气体通道10中的布置如图5和图6所示，叶轮14的下端浸没于液体中时可在风力下转动。叶轮14由聚丙烯制成，叶轮14上布置有凸起和气孔。
[0043]采用本实施例所述装置用于净化一柴油发电机(康明斯HNC-600型柴油发电机)的尾气，尾气的烟尘浓度数值是480 yg/m3(根据《GB16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》测定)。将尾气与下层外桶I的进气管3相连，进气速度为100立方米/小时，气体净化过程同实施例3，排出气体的烟尘浓度数值是38 yg/m3。
[0044]实施例5:
如图4所示，一种气液传质装置，由上中下3个装有内桶4的外桶I上下叠加而成，相邻的外桶I对接处密闭连接;外桶I的顶部开口底部封闭，在外桶I底部设置有贯穿外桶I底部的进气管3，进气管3自外桶I底部向上延伸至外桶I的上部，并在进气管3的上部管壁设置有2个对称的溢流孔8;内桶4顶面封闭，底部开口，在内桶4的顶面上固定设置有气道隔板5，内桶4被气道隔板5分割形成气体通道6。上层外桶I和中层外桶I的进气管3均与下一层的出气口 7连通，仅在下层的外桶I的底部设置排液管2。在上层外桶I顶部设置盖板11，盖板11设置有进液口 12和排气孔13。内桶4和气道隔板5采用聚丙烯材料制成。内桶4套在进气管3外面，在内桶4顶面靠近内桶4筒壁设置有4个出气口7。外桶I内径500 mm，高度400 mm;内桶4内径460 mm，高度200 mm。气道隔板5为螺旋板，呈长条带状，在内桶内卷曲呈螺旋形，相应的气体通道6的横截面呈螺线形，螺旋板圈数为5圈。
[0045]采用本实施例所述装置用于锅炉烟气净化，烟气的颗粒物数值是3080mg/m3(由崂应3012H型自动烟尘气测试仪测定)ο通过水栗从盖板11上的进液口 12向外桶I中加入水，进水速度为30升/小时，当外桶I中的水位达到该层进气管3上的溢流孔8时，继续加水使水从进气管3溢流到下一层的外桶1，如此重复使水从上至下经过每一层的外桶1，并通过阀门控制最下层外桶I的排液管2的出液速度以控制最下层外桶I中的液位；内桶4的下端和气道隔板5的一部分浸没于水中，气道隔板5与内桶4内壁以及液面形成气体通道6;将该气液传质装置最下层外桶I的进气管3与一锅炉的烟气管道相连，进气速度为100立方米/小时，气体从最下层的外桶I的进气管3进入，经过该层气体通道6时与水接触，然后从该层内桶4顶面的出气口 7排出，之后从上一层外桶I的进气管3进入，如此重复使气体自下而上逐层与水接触，直至从最上层内桶4顶面的出气口7排出，之后从盖板11上的排气孔13排出，排出气体的颗粒物数值是80 yg/m30
[0046]实施例6:本实施例与实施例5相同之处不再赘述，不同之处在于:
每层内桶4中设置的气道隔板为4个相互平行的折流板9，对称排布于内桶4中心轴两侦U，折流板9的顶边都与内桶4顶面连接并垂直向下延伸，折流板9的一个侧边与内桶4筒壁连接，相邻的折流板交错排布形成2个折线形气体通道10;在最外侧折流板与内桶4筒壁之间的内桶4顶面位置，即在折线形气体通道10尽头的内桶4顶面位置都设置有2个出气口 7，分别用于该层2个折线形气体通道10的出气口 7。在每个折线形气体通道10中设置有6个依靠风力转动的叶轮14，叶轮14在折线形气体通道10中的布置如图5和图6所示，叶轮14的下端浸没于液体中时可在风力下转动。叶轮14由聚丙烯制成，叶轮14上布置有凸起和气孔。
[0047]采用本实施例所述装置用于气提法从丁醇发酵液中分离丁醇、乙醇和丙酮，所采用的丁醇发酵液中含有丁醇浓度15 8/1、乙醇浓度2.2 8凡和丙酮浓度6.8 g/L。通过水栗从盖板11上的进液口 12向外桶I中加入丁醇发酵液，进液速度为90升/小时，当外桶I中的液位达到该层进气管3上的溢流孔8时，继续加发酵液使发酵液从进气管3溢流到下一层的外桶1，如此重复使发酵液从上至下经过每一层的外桶I，并通过阀门控制最下层外桶I的排液管2的出液速度以控制最下层外桶I中的液位；内桶4的下端和折流板9的一部分浸没于发酵液中，折流板9与内桶4内壁以及液面形成折线形气体通道10;作为载气的CO2气体从最下层的外桶I的进气管3进入，进气速度为10立方米/小时，经过该层折线形气体通道10时与水接触，然后从该层内桶4顶面的出气口7排出，之后从上一层外桶I的进气管3进入，如此重复使气体自下而上逐层与水接触，直至从最上层内桶4顶面的出气口7排出，之后从盖板11上的排气孔13排出，之后将气体冷却至5°C以将气体所挟带的蒸汽冷凝，气液分离后收集液体产品，该液体产品组成为:丁醇浓度170 g/L、乙醇浓度30 g/L、丙酮浓度70 g/L和水730 g/L。
[0048]丁醇发酵液和产品中丁醇、乙醇、丙酮的含量采用气相色谱内标法测定，采用GC112A型气相色谱仪(配有氢火焰检测器)，上海精密科学仪器有限公司生产。使用N2000型色谱工作站(浙大智达信息有限公司)分析数据，色谱柱为ALPHA-Col型PEG(聚乙二醇)毛细管柱(澳大利亚SGE Infl Pty.Ltd.)。氮气为载气(14毫升/min)，氢气和空气分别为38毫升/min和252毫升/min。采用三阶程序升温法(40°C，1.0 min—升温速率3°C/min，终温700C ,1.0 min—升温速率5°C/min，终温 140°C ,1.0 min—升温速率 15°C/min，终温200°C，15min)进行分析测定。进样器温度为220°C，监测器温度为220°C。使用内标法测定，内标物为异丁醇，进样量为0.1微升。馏分中的水含量按[100% - (丁醇含量+乙醇含量+丙酮含量)]计算。
[0049]实施例7:
一种气液传质装置，由4个装有内桶4的外桶I叠加而成，相邻的外桶I对接处密闭连接，外桶I的顶部开口底部封闭，在外桶I底部设置有贯穿外桶I底部的进气管3，进气管3自外桶I底部向上延伸至外桶I的上部，并在进气管3的上部管壁设置有2个对称的溢流孔8;内桶4顶面封闭，底部开口，在内桶4的顶面上固定设置有气道隔板5，内桶4被气道隔板5分割形成气体通道6 ο内桶4套在进气管3外面，在内桶4顶面靠近内桶4筒壁设置有4个出气口 7，每层外桶I都设置进气管3均与下一层的出气口7连通。在最下层外桶I的下部设置排液管2，内桶4和气道隔板5采用聚丙烯材料制成。在最上层外桶I顶部设置盖板11，在盖板11上设置有进液口 12和排气孔13。外桶I内径800 mm，高度400 mm;内桶4内径760 mm，高度200 mm。气道隔板5为螺旋板，呈长条带状，在内桶内卷曲呈螺旋形，相应的气体通道6的横截面呈螺线形，螺旋板圈数为5圈。
[0050]采用本实施例所述装置用于气体净化，将该气液传质装置放置于一公交车站，该地点初始空气湿度为16%(由湿度计测定)，PM2.5数值是350 yg/m3(由汉王Ml型雾霾检测仪测定)。通过水栗从盖板11上的进液口 12向外桶I中加入水，进水速度为10升/小时，当外桶I中的水位达到该层进气管3上的溢流孔8时，继续加水使水从进气管3溢流到下一层的外桶I，如此重复使水从上至下经过每一层的外桶I，并通过阀门控制最下层外桶I的排液管2的出液速度以控制最下层外桶I中的液位；内桶4的下端和气道隔板5的一部分浸没于水中，气道隔板5与内桶4内壁以及液面形成气体通道6;由一鼓风机将空气从最下层的外桶I的进气管3引入，进气速度为120立方米/小时，经过该层气体通道6时与水接触，然后从该层内桶4顶面的出气口 7排出，之后从上一层外桶I的进气管3进入，如此重复使气体自下而上逐层与水接触，直至从最上层内桶4顶面的出气口7排出，之后从盖板11上的排气孔13排出，排出空气的湿度为56%，PM2.5数值是32 yg/m3。
[0051]实施例8:本实施例与实施例7相同之处不再赘述，不同之处在于:
由10个装有内桶4的外桶I叠加而成，外桶I内径600 mm，高度400 mm;内桶4内径560mm，高度200 mm。内桶4中设置的螺旋板的圈数为1圈，并在每个气体通道6中设置有10个依靠风力转动的叶轮14，叶轮14在气体通道6中的布置如图5和图6所示，叶轮14的下端浸没于液体中时可在风力下转动。
[0052]采用本实施例所述装置用于含有二氧化碳的水溶液的解吸，二氧化碳初始含量为7.5 g/kg水(按照国家标准《GB/T 12143.4-1992碳酸饮料中二氧化碳的测定方法》测定)。通过水栗从盖板11上的进液口 12向外桶I中加入含有二氧化碳的水溶液，进液速度为800升/小时，当外桶I中的液位达到该层进气管3上的溢流孔8时，继续加含有二氧化碳的水溶液使溶液从进气管3溢流到下一层的外桶I，如此重复使水溶液从上至下经过每一层的外桶I，并通过阀门控制最下层外桶I的排液管2的出液速度以控制最下层外桶I中的液位；内桶4的下端和气道隔板5的一部分浸没于水溶液中，气道隔板5与内桶4内壁以及液面形成气体通道6;由一鼓风机将空气从最下层的外桶I的进气管3引入，进气速度为5立方米/小时，经过该层气体通道6时与水溶液接触，然后与解吸出来的二氧化碳一起从该层内桶4顶面的出气口7排出，之后从上一层外桶I的进气管3进入，如此重复使气体自下而上逐层与水溶液接触，直至从最上层内桶4顶面的出气口7排出，之后从盖板11上的排气孔13排出。水溶液从装置底部排液管2排出，二氧化碳含量为0.15 g/kg水。
[0053]本实施例实施过程中，装置运行30天未出现堵塔问题;此过程中从装置底部引入空气的目的是用于吹脱，使水中溶解的二氧化碳得到彻底解吸。
[0054]实施例9:本实施例与实施例7相同之处不再赘述，不同之处在于:
由20个装有内桶4的外桶I叠加而成，外桶I内径600 mm，高度200 mm;内桶4内径560mm，高度150 mm。每层内桶4中设置的气道隔板为10个相互平行的折流板9，对称排布于内桶4中心轴两侧，折流板9的顶边都与内桶4顶面连接并垂直向下延伸，折流板9的一个侧边与内桶4筒壁连接，相邻的折流板交错排布形成2个折线形气体通道10;在最外侧折流板与内桶4筒壁之间的内桶4顶面位置，即在折线形气体通道10尽头的内桶4顶面位置都设置有2个出气口 7，分别用于该层2个折线形气体通道10的出气口 7。并在每个折线形气体通道10中设置有10个依靠风力转动的叶轮14，叶轮14在折线形气体通道10中的布置如图5和图6所示，叶轮14的下端浸没于液体中时可在风力下转动，叶轮14由聚丙烯制成，叶轮14上布置有凸起和气孔。
[0055]采用本实施例所述装置用于碳酸钠水溶液吸收沼气中的硫化氢气体，硫化氢初始含量为2100毫克/立方米(由Gasmet DX4000便携式烟气分析仪测定)，颗粒物数值是240 μg/m3(根据《GB16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》测定)。通过水栗从盖板11上的进液口 12向外桶I中加入浓度为2.5%(质量百分数)的碳酸钠水溶液，进液速度为36升/小时，当外桶I中的液位达到该层进气管3上的溢流孔8时，继续加碳酸钠水溶液使溶液从进气管3溢流到下一层的外桶I，如此重复使溶液从上至下经过每一层的外桶I，并通过阀门控制最下层外桶I的排液管2的出液速度以控制最下层外桶I中的液位；内桶4的下端和折流板9的一部分浸没于溶液中，折流板9与内桶4内壁以及液面形成折线形气体通道10;由一鼓风机将沼气从最下层的外桶I的进气管3引入，进气速度为120立方米/小时，经过该层折线形气体通道10时与溶液接触，然后从该层内桶4顶面的出气口 7排出，之后从上一层外桶I的进气管3进入，如此重复使气体自下而上逐层与水溶液接触，直至从最上层内桶4顶面的出气口7排出，之后从盖板11上的排气孔13排出，出气中的硫化氢含量为11毫克/立方米，颗粒物数值是24 yg/m30
[0056]本实施例实施过程中，由于增大了气液在水平方向的接触行程，使得该气液传质装置总高度为4米的情况下获得了良好的吸收效果;装置运行30天未出现堵塔问题。
[0057]实施例10:本实施例与实施例9相同之处不再赘述，不同之处在于:
由30个装有内桶4的外桶I叠加而成，每层内桶4中设置的气道隔板为12个相互平行的折流板9，在最外侧折流板与内桶4筒壁之间的内桶4顶面位置，即在折线形气体通道10尽头的内桶4顶面位置都设置有4个出气口 7，分别用于该层2个折线形气体通道10的出气口 7(每个折线形气体通道10设置有2个出气口 7)，排气孔13之后设置有背压阀。
[0058]采用本实施例所述装置用于加压水洗法沼气提纯，沼气中的二氧化碳含量为40.50%(体积百分数)(由武汉四方68813031(1-3200型沼气分析仪测定)。通过增压水栗(杭州南方⑶L1-19型水栗不锈钢多级离心栗)将水从盖板11上的进液口 12加入到外桶I中，进水速度为1.1立方米/小时，当外桶I中的液位达到该层进气管3上的溢流孔8时，继续加水使水从进气管3溢流到下一层的外桶1，如此重复使水从上至下经过每一层的外桶1，并通过阀门控制最下层外桶I的排液管2的出液速度以控制最下层外桶I中的液位；内桶4的下端和折流板9的一部分浸没于水中，折流板9与内桶4内壁以及液面形成折线形气体通道10;将来自沼气储罐(储罐内压力为1.2 MPa)的沼气从最下层的外桶I的进气管3引入，进气速度为10立方米/小时，经过该层折线形气体通道10时与溶液接触，然后从该层内桶4顶面的出气口 7排出，之后从上一层外桶I的进气管3进入，如此重复使气体自下而上逐层与水溶液接触，直至从最上层内桶4顶面的出气口7排出，之后依次经过排气孔13和背压阀后排出，背压阀压力设定为I.00 MPa(表压)，所排出气体中的二氧化碳含量为1.52%(体积百分数)。
[0059]本实施例实施过程中，运行30天装置内无微生物生长，避免了堵塔的问题。
【主权项】
1.一种气液传质装置，包括外桶和设置于外桶中的内桶，外桶的顶部开口底部封闭，其特征是在外桶底部设置有贯穿外桶底部的进气管，进气管自外桶底部向上延伸至外桶的上部，并在进气管的上部设置有溢流孔；内桶顶面封闭，底部开口，在内桶的顶面上固定设置有气道隔板，内桶被气道隔板分割形成气体通道；内桶套在进气管外面，在内桶顶面靠近内桶筒壁的位置设置有出气口。2.根据权利要求1所述的气液传质装置，其特征是所述内桶顶面的出气口至少有2个，内桶和气道隔板采用聚丙烯材料制成，在外桶的下部设置有排液管。3.—种气液传质装置，其特征是由上下2个装有内桶的外桶上下叠加而成，相邻的外桶对接处密闭连接;外桶的顶部开口底部封闭，在外桶底部设置有贯穿外桶底部的进气管，进气管自外桶底部向上延伸至外桶的上部，并在进气管的上部设置有溢流孔；内桶顶面封闭，底部开口，在内桶的顶面上固定设置有气道隔板，内桶被气道隔板分割形成气体通道；内桶套在进气管外面，在内桶顶面靠近内桶筒壁的位置设置有出气口，上层外桶的进气管与下一层的出气口连通，仅在下层外桶的底部设置排液管。4.一种气液传质装置，其特征是由上中下3个装有内桶的外桶上下叠加而成，相邻的外桶对接处密闭连接;外桶的顶部开口底部封闭，在外桶底部设置有贯穿外桶底部的进气管，进气管自外桶底部向上延伸至外桶的上部，并在进气管的上部设置有溢流孔；内桶顶面封闭，底部开口，在内桶的顶面上固定设置有气道隔板，内桶被气道隔板分割形成气体通道；内桶套在进气管外面，在内桶顶面靠近内桶筒壁的位置设置有出气口，上层外桶和中层外桶的进气管均与下一层的出气口连通，仅在下层的外桶的底部设置排液管;在上层外桶顶部设置盖板，盖板设置有进液口和排气孔。5.一种气液传质装置，其特征是由至少4个装有内桶的外桶叠加而成，相邻的外桶对接处密闭连接，外桶的顶部开口底部封闭，在外桶底部设置有贯穿外桶底部的进气管，进气管自外桶底部向上延伸至外桶的上部，并在进气管的上部设置有溢流孔；内桶顶面封闭，底部开口，在内桶的顶面上固定设置有气道隔板，内桶被气道隔板分割形成气体通道；内桶套在进气管外面，在内桶顶面靠近内桶筒壁的位置设置有出气口，每层外桶都设置进气管均与下一层的出气口连通;在最下层外桶的下部设置排液管，在最上层外桶顶部设置盖板，在盖板上设置有进液口和排气孔。6.根据权利要求1或3或4或5所述的气液传质装置，其特征是气道隔板为螺旋板，呈长条带状，在内桶内卷曲呈螺旋形。7.根据权利要求1或3或4或5所述的气液传质装置，其特征是气道隔板包括至少4个相互平行的折流板，对称排布于内桶中心轴两侧，折流板的顶边都与内桶顶面连接并垂直向下延伸，折流板的一个侧边与内桶筒壁连接，相邻的折流板交错排布形成2个折线形气体通道;在最外侧折流板与内桶筒壁之间的内桶顶面位置，即在折线形气体通道尽头的内桶顶面位置都设置有出气口。8.根据权利要求1或3或4或5所述的气液传质装置，其特征是在内桶的气体通道中设置有依靠风力转动的叶轮，叶轮的下端浸没于液体中时可在风力下转动。9.根据权利要求8所述的气液传质装置，其特征是叶轮由聚丙烯制成，叶轮上布置有凸起和气孔。10.—种使用权利要求3或4或5所述的气液传质装置用于气体净化吸收解吸和气提的方法，其特征是包括以下步骤: 首先向最上层外桶中加入液体，当液位达到该层进气管上的溢流孔时，继续加液体使液体从该层进气管溢流到下一层的外桶，如此重复使液体从上至下经过每一层的外桶，并通过阀门控制最下层外桶的排液管的出液速度以控制最下层外桶中的液位；内桶的下端和气道隔板的一部分浸没于液体中，气道隔板与内桶内壁以及液面形成气体通道;气体从最下层的外桶的进气管进入，经过该层气体通道时与液体接触，然后从该层内桶顶面的出气口排出，之后从上一层外桶的进气管进入，如此重复使气体自下而上逐层与液体接触，直至从最上层内桶顶面的出气口排出。
【文档编号】C07C31/12GK106000011SQ201610602627
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】金付强, 张晓东, 许海朋, 华栋梁, 赵玉晓, 司洪宇, 梁晓辉, 伊晓路, 李岩, 牧辉
【申请人】山东省科学院能源研究所