用于使气体和液体形成接触的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于使气体和液体形成接触的设备和方法。特别地，本发明涉及一种用于使气体与液体形成接触的设备，所述设备包括装入件，所述装入件适合于增大气体流和液体流之间的物质交换面积，以及涉及一种用于使气体与液体形成接触的相应的方法，其中液体流动经过这种设备。

背景技术：

使气体与液体形成接触能够用于将热量和/或物质从气体中转移到液体中和/或相反。物质转移能够伴随着气体(或气体组成部分)和液体(或液体组成部分)之间的化学反应发生。

使气体与液体形成接触的一个实例是空气清洁，其中空气杂质(有害物质)通过被污染的空气与适当的吸收液体形成接触来从空气中去除，也就是说，物质从气体中转移到液体中(在液体中吸收)。相反地，也能够使物质从液体中转移到气体中，也就是说，执行解吸。根据热力学定律，吸收和解吸能够通过改变压力和/或温度来影响。代替于此或同时地，每当气体和液体的温度存在差异时，才产生气体和液体之间的热传递。在此，也能够通过物质转移(例如液体蒸发)或气体和液体之间的化学反应引起温度差。

根据现有技术的用于使气体与液体形成接触的设备的一个实例是所谓的空气洗提器，即垂直的塔柱，所述塔柱通常用填充体来填充，包含挥发性组成部分的液体从上方施加到所述塔柱上，而空气在逆流中从下向上吹送穿过塔柱，以便使挥发性的组成部分从液体中转移到空气流中(解吸，参见上文)。这种设备也能够用于空气净化，如在上文中所描述的那样，也就是说，用于逆流吸收。加载有从空气中去除的有害物质的吸收液体能够通过解吸来再生，并且重新用于吸收，使得吸收液体能够在闭合的循环回路中使用。

为了在这种塔柱中使气体和液体最佳地接触，需要最小的喷洒密度(每横截面积和时间单位的液体量(m³/(m²/h)))。低于最小的喷洒密度，物质交换减少。在借助这种塔柱清洁废气(yein，清洁过的废气用yaus来表示)时，对于大的废气量和/或小的有害物质浓度而言用于进行清洁的必要的吸收液体量无法确保达到最小的喷洒密度(参见图1a，情况a1)。当为了解决该问题而将在下方从塔柱排出的液体部分地回引时，也就是说，重新在上方施加到塔柱上(图1b，情况a2)时，系统的效率降低，因为已经清洁过的空气随后在塔柱顶处与已经加载的吸收液体形成接触。为了优化物质交换，能够提高液体的通过量(图1c，情况a3)，但是这强烈地降低所述方法的经济性。

根据用于具有五个级(五个理论上的塔柱底部)的塔柱的案例的热力学计算在不考虑因过小的喷洒密度引起物质交换降低的情况下对于情况a1得到91％的分离度、对于情况a2得到67％的分离度并且对于情况a3得到>95％的分离度，而对于情况a1而言，在实践中由于过小的喷洒密度(在该实例中为大约1m³/(m²/h)，在正常范围中为至少10m³/(m²/h))无法达到所述分离度。

技术实现要素：

这些问题通过一种用于使气体流与液体流形成接触的设备和一种用于使气体流和液体流形成接触的方法来实现，所述设备包括下述：装入件，所述装入件适合于增大气体流和液体流之间的物质交换面积，其中所述装入件尤其是散积的填充体或结构化的包装件；用于将液体施加到所述装入件的上侧上的至少两个设备，所述设备分别适合于产生从上向下穿过所述装入件的液体流；用于容纳液体的至少两个收集设备，所述液体从所述装入件的下侧流出；进入所述壳体中的气体入口；从所述壳体离开的气体出口；其中所述气体入口和所述气体出口共同适合于实现穿过所述装入件的气体流，所述气体流基本上垂直于所述液体流流动，用于施加液体的至少两个设备和至少两个所述收集设备沿着所述气流的方向依次设置，可选地设置在相同的壳体之内或设置在分开的壳体中，在所述方法中，所述液体流基本上垂直地从上向下流动穿过装入件，所述装入件适合于增大气体流和液体流之间的物质交换面积，其中所述装入件尤其是散积的填充体或结构化的包装件，所述气体流基本上垂直于所述液体流流动，所述液体流包括至少两个子液体流，所述子液体流在所述气体流的方向上依次设置。

从现有技术中已知的、上述塔柱在逆流中工作并且能够在热力学方面通过理论上的分离级的数量来计算。根据本发明，代替于此，一定程度上设有具有至少两个分离级的平放的塔柱，其中在各个级之内存在交叉流，即具有竖直的液体流和水平的气体流的交叉流，而气体流在相对于穿过至少两个级的总液体流的逆流中流动穿过至少两个级。

图2示意地示出五级的根据本发明的设备中的液体引导，其中长形的矩形表示装入件而正方形表示液体罐。

能够将散积的填充体、例如用于垂直的塔柱的市售的填充体用作为装入件。代替于散积的填充体，也能够使用市售的结构化的包装件(packung)，如在塔柱或冷却塔中所使用的包装件。就本发明而言，结构化的包装件不包括如下元件的设置，所述元件如纱线、绳、金属线、软管、编织软管或多孔的空心型材，尤其不包括如下设置，其中这些元件基本上垂直地张紧或保持。

每个级具有其自身的液体循环回路，在所述液体循环回路中，液体从上方施加到装入件上，并且在流动穿过装入件之后被接收，例如借助泵重新地施加到装入件上。所述级的分别在相对于气体流的交叉流中伸展的这种固有的液体循环回路在图2中示例地经由液体罐彼此连接，使得产生穿过所述设备的总液体循环回路。在气体流方向上观察，能够将新鲜液体输送给最后的级，所述新鲜的液体流动穿过最后的级的固有的液体循环回路并且从那里输送给连接在上游的级直至第一级，即在相对于气体流的逆流中输送，并且在离开最后的级和通过解吸再生之后(在用于进行空气清洁的时)能够重新输送给最后的级。在此，级的在固有的液体循环回路中的液体流与总液体循环回路中的液体流(即新鲜液体至最后的级的输送)相比能够通过所述设备更大或更小地调节，优选更大地调节。由此，在级的固有的液体循环回路中的较大的液体流能够实现所需要的喷洒密度，而总液体循环回路中的液体流、即新鲜液体至最后的级的输送能够保持得较小，这改进经济性。因为相对于在常规的垂直的塔柱的情况下液体的回引(情况a2，如上面描述)，最后级中的液体中的有害物质的浓度与第一级中的液体中的有害物质的浓度相比是小的，所以还是能够实现良好的清洁功效。液体流的比例能够根据应用情况进行优化。

对于对应于在上文中所描述的情况a1至a3的情况而言，热力学计算针对根据图2的具有5个级的根据本发明的设备得到85％的分离度。这好于在a1情况中在实践中所能够达到的分离度。情况a3示出最佳的清洁，然而具有极其高的成本。情况a2显示出显著更差的分离度。由此，根据本发明，可在成本低的情况下达到良好的清洁功效。

各个级分别能够借助固有的壳体实现。作为替选方案，也能够在共同的壳体中实现多个级。在这种情况下可行的是：针对每个极应用唯一的装入件或者实现具有共同的装入件的多个级，其中通过装入件产生多个基本上垂直的且至少部分彼此分离的液体流。每个这种分离的液体流对应于一个分离级。

附图说明

图1a至1c示意地示出具有不同的液体流的常规的垂直的塔柱。

图2示意地示出具有五个级的根据本发明的设备。

图3示出贯穿具有三个级的根据本发明的实施方式的示意横截面。

图4示出贯穿示例的液体分配器的示意横截面。

具体实施方式

在下文中，参考图3描述具有三个级的示例的实施方式，所述实施方式在具有共同的装入件的共同的壳体中实现。

在壳体7中存在共同的装入件3，所述装入件通过散积的市售填充体形成。例如vff公司的鲍尔环15和25已证实是尤其适当的。气体流、例如待清洁的废气从左进入到壳体7和装入件3中，并且在离开装入件3之后引导穿过具有连接在下游的液滴分离器8的空腔并且此后离开壳体7，如这通过图3中最左边和最右边的箭头示出的那样。能够将常规的设备、例如薄片分离器、除沫器、聚结器等用作为液滴分离器。适当的气体速度是壳体7的区域中2m/s的导管速度。在装入件3的上部的表面和壳体7的上侧之间存在由开孔的泡沫材料构成的垫子2，所述垫子例如由pu构成，或者作为替选方案由纤维材料、例如矿棉构成。所述液体对于每个级而言通过液体分配器1施加到垫子2上。图4中示意性地以横截面示出的液体分配器1(其中箭头表明液体流)使液体分布在装入件3的整个宽度上(横向于气体流)并且设计成，使得液体经由分配器的孔来积聚，以便实现在整个作业面之上均匀的分布。垫子2一方面防止：气体在装入件3和壳体7的上侧之间流动经过，而另一方面引起液体更均匀地施加到装入件3上。然而，所述设备即使在没有垫子2的情况下也是能工作的。壳体7的底部分离壁5一起用作为用于容纳液体的收集设备，所述液体在下方离开装入件并且穿过流出口4从壳体7流出。由于装入件3和气体流，液体穿过装入件3的流动被扩宽，这在定位分离壁5和下一个液体分配器1时必须要考虑。在图3中示出三个级，所述级分别具有液体分配器1和流出口4。在中间级中用6标记的虚线象征性地表示大致的液体流动。从流出口4中流出的液体，如在图2中所示出那样，分别引入到液体罐中，液体从所述液体罐中通过泵重新输送给液体分配器1。在这种情况下液体罐彼此连接，以便实现穿过设备的总液体流。作为替选方案，液体能够从流出口4输送给共同的罐，所述罐借助各个流出口和泵抽吸区域之间的分离板一方面引起部分地分离，而另一方面引起各个级之间的部分的连接。其它的实施方式也是可行的，例如，在每个级中，液体都经由流出口4和泵直接输送给液体分配器1，并且通过适当地选择分离壁5的高度或通过分离壁5中的开口实现级到级的液体流。