一种用于研究气液传质机理的湿壁塔

技术领域

本发明涉及研究气液传质机理的实验设备，尤其涉及一种用于研究气液传质机理的湿壁塔。

背景技术

局部的大气污染和全球气候的变化，引起了人们对生存环境和健康安全的广泛关注，低碳经济在国际上已成为探讨的热点。在我国局部地区因煤燃烧造成的大气污染如酸雨等，给当地的生态环境和居民的健康带来巨大危害。火电厂排放的NOx和SO₂是目前主要的来源，如果不加以控制，我国未来的酸雨污染可能将由硫酸型向硫酸/硝酸复合型发展。

目前主要采用湿壁塔作为反应器来研究包括CO₂、NO、SO₂在内的气体化学溶剂吸收动力学数据。

这种现有的湿壁塔包括套筒、位于套筒中间的湿壁柱。液体顺着湿壁柱从上向下进入，烟气从套筒的底部从下向上进入。气液反应后，废液从底部排出，被吸收有害气体后的烟气从上部排出。

现有的湿壁塔存在如下缺点：

1、现有的湿壁塔不能实现温度的自动精确控制，温度的不均衡会影响气液反应效率；

2、现有的湿壁塔中，液体直接从湿壁柱中流出，这样容易造成湿壁塔液体分布不均匀，液体不良分布会引起放大效应，从而影响有害气体的脱除效率。

3、现有的湿壁塔中，液体从位于湿壁塔中间的湿壁柱进入，这样使气液接触面积小，气液反应效率低。

发明内容

本发明的目的是针对目前存在的问题，提供一种用于研究气液传质机理的湿壁塔，其能够解决现有技术中有害气体的脱除效率低、气液反应效率低的技术问题。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明提供一种用于研究气液传质机理的湿壁塔，其包括：

套筒、液体分布装置、气体分布装置、上法兰盖和下法兰盖；

套筒为具有容置腔的壳体；液体分布装置放置在套筒内的容置腔中，且与套筒之间形成供保温液流动通路的夹套；

液体分布装置包括受液腔和气液反应腔，液体自下流入受液腔并向上运行到设定的间隙处溢流到气液反应腔落下形成液膜；

气体分布装置设置在所述液体分布装置内的中空部，包括进气管，从进气管进入的气体自下流入并向上运行而后折返到底部又反向朝上运行；

上法兰盖设置在套筒的上方，并有出气管向下延伸与液体分布装置的中空部相通，以将气液反应后的烟气及时排到外部；

下法兰盖设置在套筒的底部，吸收液入口管、废液出口管和进气管穿过该下法兰盖并延伸向外。

更优选地，所述液体分布装置包括：

湿壁壁部、吸收液入口管、废液出口管、溢流体、帽件、积聚板；

湿壁壁部围绕形成中空部，积聚板设在湿壁壁部的底部；

溢流体设置在所述中空部中，溢流体的外侧与湿壁壁部内侧和底部的积聚板之间形成受液腔；溢流体的内侧与和底部的积聚板之间形成气液反应腔；

帽件一端部与湿壁壁部接在一起，且位于溢流体的上方并与溢流体之间有间隙；

废液出口管设置在积聚板的底部与所述气液反应腔相通，另一端与外部废液收集设备连通；

吸收液入口管设置在积聚板的底部且通向所述受液腔，吸收液入口管另一端连通外部的溶液供给装置。

更优选地，所述积聚板上开有环形凹槽与所述气液反应腔相通；所述废液出口管设置在积聚板的底部且与环形凹槽相通。

更优选地，所述溢流体的上部铣有储液槽，且储液槽的外侧边高于储液槽的内侧边，在储液槽的外侧边上均匀分布且在径向上与所述受液腔连通的多个溢流孔；

所述帽件扣在溢流体的上方，其一端部与湿壁壁部接在一起，另一端顺着溢流体的内侧边向下弯折形成折边，且该折边与溢流体内侧边之间形成环形的间隙，且该间隙与储液槽连通。

更优选地，所述溢流体的上部铣有储液槽；

所述帽件扣在溢流体的上方，其一端部与湿壁壁部接在一起，另一端顺着溢流体的内侧边向下弯折形成折边，且该折边与溢流体内侧边之间形成环形的间隙，且该间隙与储液槽连通。

更优选地，所述气体分布装置还包括：

气体分布腔体；

所述气体分布腔体为倒U型结构且两侧腔体分别弯折并使腔体开口朝向上方；

所述进气管穿过液体分布装置底部的积聚板，并在周向上开设气孔与气体分布腔体的上部腔体相通。

更优选地，所述湿壁塔还包括：

密封件；

所述密封件设置在所述上法兰盖、下法兰盖与套筒的法兰盘之间。

更优选地，所述湿壁塔还包括：

安装在所述夹套上的热电偶温度计，所述热电偶温度计实时监测夹套中流动的保温液的温度，并实时反馈给控制器以控制夹套中流动的保温液的温度。

更优选地，所述液体分布装置与套筒由透明的亚克力玻璃材料制成。

更优选地，所述液体分布装置与套筒之间形成的夹套内的保温液为透明的双蒸水。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：

本发明通过在湿壁塔中安装液体分布装置，把液体均匀地分布于溢流体，可以使液体分布均匀，从而减少了现有技术中由于液体不良分布所引起的放大效应，充分发挥了湿壁塔的脱除效率。

本发明通过设置溢流体有稳定流量和稳压的作用，当液体流量增大时，溢流体上的溢流孔会使流量减小，从而能够保证湿壁塔内壁上的流体流量恒定，进而保证了液膜的稳定。避免了流体因为进液口压力波动而造成湿壁上的流体流量变化。

本发明液体顺着溢流体的侧壁从上向下流淌形成液膜，这样增加了气液接触面积，提高了气液反应效率。

本发明通过气体分布装置使得管内空气分布趋于均匀，提高了烟气的利用率，气体分布装置无需其它动力驱动，不仅降低了污染，爆炸的风险，也节约了能耗。

本发明通过设置夹套和热电偶温度计，保证了夹套里面流动的是温度恒定的双蒸水，从而可以精确地控制参与反应的溶液的温度。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一中的液体分布装置的结构示意图；

图3为图2中的局部放大示意图；

图4为本发明实施例二的结构示意图；

图5为本发明实施例三的结构示意图。

附图中：

套筒1、液体分布装置2、气体分布装置3、上法兰盖4、下法兰盖5和密封件6；保温液进口11、保温液出口12；湿壁壁部20、吸收液入口管21、废液出口管22、溢流体23、帽件24、积聚板25；溢流孔231、储液槽232；环形凹槽251；进气管31、气体分布腔体32；第一出气管41、第二出气管42。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，“多个”的含义是指两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明中，属于“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

本发明提供一种用于研究气液传质机理的湿壁塔，该湿壁塔的气液二相间的接触面积可以测定，因此可用于研究气液传质机理。其结构如图1所示，包括：

套筒1、液体分布装置2、气体分布装置3、上法兰盖4、下法兰盖5和密封件6。

套筒1为中空结构的壳体，该壳体可以是圆柱形壳体，也可以是棱柱形壳体，其内部的中空部分在此称为容置腔。套筒1上面设有上法兰盘，下面设有下法兰盘。套筒1的侧壁上设有保温液进口11和保温液出口12，其中保温液出口12位于靠近侧壁底端的位置，保温液进口11位于靠近侧壁顶端的位置。

液体分布装置2放置在套筒1内的容置腔中，其与套筒1之间形成供保温液流动通路的夹套。保温液由保温液进口11进入夹套，由保温液出口12流出夹套。经由该夹套流动的保温液能够对液体分布装置2进行保温。

为了保证夹套中的保温液保持恒定的温度，可以在该夹套上安装热电偶温度计，通过该热电偶温度计实时监测夹套中流动的保温液的温度，并反馈到控制器，有控制器发送控制信号来控制加热器是否加热来保证夹套内保温液的温度恒定，从而可以精确地控制参与反应的溶液的温度。

液体分布装置2与套筒1可由透明的亚克力玻璃材料制成，液体分布装置2与套筒1之间形成的夹套内的保温液可以为透明的双蒸水，这样的结构简单，且可以方便观察。

液体分布装置2的结构如图2和图3所示，包括：湿壁壁部20、吸收液入口管21、废液出口管22、溢流体23、帽件24、积聚板25。

湿壁壁部20是液体分布装置的壳体部分，其围绕形成中空部，该中控部即液体分布装置2的中空部。积聚板25设在湿壁壁部20的底部。

为了方便废液聚集，在积聚板25上开有环形凹槽251。

溢流体23设置在由湿壁壁部20围绕形成的中空部中，且与底部的积聚板25密接在一起。溢流体23的外侧、湿壁壁部20内侧和底部的积聚板25之间形成受液腔。溢流体23的内侧和底部的积聚板25之间形成气液反应腔。

溢流体23的上部铣有储液槽232，且储液槽232的外侧边高于储液槽232的内侧边，在储液槽232的外侧边上均匀分布且在径向上与受液腔连通的多个溢流孔231，这样能够保证液体从溢流孔231进入储液槽232，而后从储液槽232内侧边溢流出。溢流出的液体顺着溢流体23的内侧边向下形成液膜，而后进入气液反应腔。

帽件24扣在溢流体23的上方，其一端部与湿壁壁部20接在一起，另一端顺着溢流体23的内侧边向下弯折形成折边，且该折边与溢流体23内侧边之间形成环形的间隙，且该间隙与储液槽232连通。这样，顺着储液槽232内侧边溢流出的液体会被帽件24的折边挡住，只能在该间隙所限制的空间中下落，从而能够形成稳定可控的液膜。

废液出口管22设置在积聚板25的底部，一端与环形凹槽251相通，以便导出从气液反应腔中汇集到环形凹槽251中的废液，废液出口管22的另一端与外部废液收集设备连通。

吸收液入口管21设置在积聚板25的底部且通向溢流体23与湿壁壁部20之间的受液腔。吸收液入口管21用于连通外部的溶液供给装置。

上述溢流体23在本发明中具有稳定流量和稳压的作用。当流量增大时，溢流体23上的溢流孔231会使液体流量减小，保证从溢流体23溢流出的液体流量恒定以及压力稳定，进而保证了液膜的稳定。避免了液体因为吸收液入口管21的进液压力波动而造成溢流体23上的液体流量变化而影响液膜的稳定。

气体分布装置3设置在液体分布装置2内的中空部，其包括进气管31和气体分布腔体32。其中进气管31的一端外部供气设备相连，另一端穿过液体分布装置2底部的积聚板25，并在周向上开设气孔，该气孔与气体分布腔体32相通。气体分布腔体32为倒U型结构且两侧腔体分别弯折并使腔体开口朝向上方。这样的结构使得经由进气管31进入的气体通过气体分布腔体32得以流向调整，最终气体从液体分布装置2的中空部的底部向上运行，与从上向下运行的液幕正好逆行。

上法兰盖4设置在套筒1的上方，并通过紧固螺栓与套筒1上的上法兰盘固定。该上法兰盖4上连接有第一出气管41和第二出气管42并向下延伸与液体分布装置2的中空部相同，以将气液反应后的烟气及时排到外部。

下法兰盖5设置在套筒1的底部，并通过紧固螺栓与套筒1上的上法兰盘固定。吸收液入口管21、废液出口管22和进气管31穿过该下法兰5并延伸向外。

为了使套筒1封闭更为严密，在上法兰盖4、下法兰盖5于套筒1之间加装密封件6。该密封件6可以是O型密封圈，也可以为其它密封件。

上述法兰连接有较好的强度和紧密性，适用的尺寸范围宽，在设备和管道上都能应用。而且通过加入的密封件可以防止介质泄漏。

本发明实施例的工作原理：

外部的溶液供给装置提供的溶液经由吸收液入口管21首先到达液体分布装置2的中空部，然后经由溢流体23的溢流孔231到达溢流体23上部的储液槽232，接着顺着储液槽232的内侧边向外溢流。在溢流过程中受帽件24的影响，只能在帽件24与溢流体23之间的间隙内向下流淌。流淌下来的液体沿着溢流体23的内侧面从上向下流动，形成液膜。

外部的供气装置提供的气体经由进气管31进入、经由气体分布腔体32的通道调整流向并引导到液体分布装置2的中空部，以向上流动而与液膜逆流接触，从而使烟气中的有害气体被液体吸收。

沿液体分布装置2的溢流体23的表面从上向下流动的吸收液吸收有害气体后经由气体分布装置3的内侧蓄积于液体分布装置2底部的积聚板25上开设的环形凹槽251中，并作为废液经由废液出口管22向外排出；

向上流动且被吸收有害气体后的烟气经由上法兰盖4上的第一出气管41和第二出气管42向外排出。

实施例二

实施例二的结构如图4所示，其与实施例一的区别之处在于，该实施例二中的溢流体23不包括溢流孔231和储液槽232。此时，只要保证帽件24一端部与湿壁壁部20接在一起，且位于溢流体23的上方并与溢流体23之间有间隙即可。这样进入受液腔中的液体从下向上运行至溢流体23上端，从帽件24与溢流体23之间的间隙流出，并顺着溢流体23的内侧边向下流淌形成液膜。

实施例三

实施例三的结构如图5所示，其与实施例一的区别之处在于，该实施例二中的溢流体23包括储液槽232，不包括溢流孔231。此时，只要保证帽件24一端部与湿壁壁部20接在一起，且位于溢流体23的上方(即储液槽232的两侧边的上方)与溢流体23之间有间隙即可。这样进入受液腔中的液体从下向上运行至溢流体23上端，从帽件24与溢流体23之间的间隙流至储液槽232，并顺着储液槽232的内侧边向下流淌形成液膜。

上述三个实施例中是以底部的积聚板25上开有环形凹槽251为例进行说明的，但本发明并不局限于此，不设置该环形凹槽251也能实现本发明的目的。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。