專利名稱：帶冷卻的高效氣液分離裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種氣液分離設備，具體涉及一種帶冷卻的高效氣液分離裝置。
背景技術：
在制藥廠、味精廠、酶制品廠、檸檬酸廠等生物工程單位及化工廠等經(jīng)常使用大量的壓縮空氣，經(jīng)空壓機后的高壓氣體溫度常常在150℃以上，需要冷卻后再輸送到車間，降溫后高壓氣體中的油水凝結(jié)，多呈霧狀被氣流夾帶。這樣的壓縮空氣要經(jīng)去油去水處理。對生物工程單位往往還需要除菌處理。對進入生物發(fā)酵車間所用的壓縮空氣，冷卻并進行氣液分離后再升溫，以確保進入高效氣體除菌過濾器中的壓縮空氣無水，油凝結(jié)的霧滴重新出現(xiàn)。顯然，進行這些處理常?；ㄙM大量的人力，物力。龐大的運行費用占生產(chǎn)成本的比例很大，因此改善壓縮空氣的處理方法，降低處理成本是很有必要的。到目前為止雖然研制出一些效率比較高的設備，處理壓縮空氣的成本也有所下降，但是現(xiàn)有設備的結(jié)構(gòu)其冷卻與旋風分離是分開的、溫度是平衡的，所以效率不夠高。另外還存在著如散熱面積不夠大，液體回流設計欠佳等問題，所以它還是制約生產(chǎn)成本的因素之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在冷卻壓縮空氣的同時，在冷卻表面附近進行氣液分離的節(jié)省能量的裝置，即提供在冷卻系統(tǒng)內(nèi)進行氣液分離的高效節(jié)能設備。
本發(fā)明的技術方案如下帶冷卻的氣液分離裝置，由五個部分組成(1)鄰近進氣管的碰撞冷凝重力分離室，它同時也是中冷卻室；(2)多個旋風子并聯(lián)或單管旋風分離器，其中中部圓筒在下冷卻室內(nèi)，下部錐體的外面是大氣，切向矩形進氣口和芯管的大部分處于中冷卻室中；(3)上冷卻室；(4)鄰近進氣管的芯管分離室；(5)殼體、液體排泄管和支架等。
冷卻系統(tǒng)由上冷卻室，中冷卻室和下冷卻室組成。上冷卻室較小，僅有旋風子芯管，通過對芯管的冷卻有利于鄰近出氣管的芯管分離室中的氣液分離。和下冷卻室，中冷卻室相比，上冷卻室中的冷卻水水溫最高，熱交換后的冷卻水從冷卻水出口管排出。中冷卻室內(nèi)安裝多根垂直的，內(nèi)冷的冷卻管，旋風子氣體切向進口和芯管大部分都處于該冷卻室之內(nèi)，裝置進氣管也在該室中，它也是碰撞冷凝重力分離室。在下冷卻室，旋風子上部筒體為水冷卻，旋風子下部錐形管由環(huán)境自然冷卻。和上冷卻室、中冷卻室相比，在下冷卻室中的冷卻水溫度最低，冷卻水是從下冷卻室下部的冷卻水進口管進入冷卻器的。
氣液分離室也有三個碰撞冷凝重力分離室，旋風子分離室和芯管分離室。碰撞冷凝重力分離室同時也是中冷卻室，壓縮空氣碰撞的管道就是中冷卻室中的冷卻管。在重力作用下，碰撞形成較大的液滴下沉到中冷卻室的底部，由排泄管將分離出來的液體排走。芯管安裝了斜擋板阻止冷卻水進入旋風子切向矩形進氣口，旋風子分離室由多個旋風子并聯(lián)而成，其數(shù)目取決于裝置需要處理的壓縮空氣額定流量和每個旋風子處理風量的能力。在旋風子中段的芯管上安裝一口朝下的筒狀檔板，壓縮空氣只能從中段圓管內(nèi)壁和檔板之間的空間通過。芯管上端部為芯管分離室，芯管分離室上端為孔板，旋風子芯管的上端和冷卻管的上端分別固定在上管板上，冷卻管的下端固定在下管板上，孔板上的孔和芯管相對應，并在同一軸線上。孔板上的孔直徑稍小于芯管的直徑。
裝置的外殼既是冷卻器外殼，也是分離器外殼。凈化氣體匯集室中的壓縮空氣經(jīng)過三次分離。匯集室的高度要大于芯管直徑的三倍，以使氣流平滑。旋風子分離出來的液體匯集到液體收集室中，由排泄管排走。液體收集室中保持一定的液面，避免對旋風子分離的干擾。支架承擔整個裝置的重量，為保持其穩(wěn)定性，支架應有一定的斜度，例如和水平面夾角在80°左右。
在不需要冷卻時，可只用一個旋風子分離管。旋風分離管分上下兩部分，上粗下細。裝置進氣管也是上旋風分離進氣管，并與旋風管圓筒相切，被離心力分離出來的液體下沉到粗管底部，從排泄管排到裝置外面。經(jīng)一次氣液分離后，氣流進入導向葉片，加強了旋轉(zhuǎn)，流向下部。經(jīng)過筒狀擋板和圓筒之間的夾縫向下流動，被離心力拋向圓筒內(nèi)壁的液體在重力作用下向下運動，被排泄管排到裝置外面，而分離后的氣流轉(zhuǎn)彎沿著芯管向上旋轉(zhuǎn)流動。出氣管和芯管具有共同的中心軸線，出氣管外徑比芯管內(nèi)徑稍小。出氣管下端和芯管上端間距離較小。排泄管排出從間隙外拋出的液體，這樣從出氣管流出的壓縮空氣經(jīng)過了三次氣液分離。


圖1帶冷卻高效氣液分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2自然冷卻或噴灑冷卻水的高效氣液分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3自然冷卻單管旋風分離器串聯(lián)的高效氣液分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1出氣管 2外殼 3旋風子芯管4上冷卻室5中冷卻室(鄰近進氣管分離室)6冷卻水出口管7進氣管8斜擋板9進氣口 10冷卻管 11下冷卻室12旋風子圓筒 13錐形管 14筒狀擋板15液體收集室 16液體排泄管 17冷卻水進口管18液體排泄管 19芯管分離室(上分離室)20液體排泄管 21孔板 22氣體匯集室23下底板 24導向葉片 25支架26上管板 27下管板具體實施方式
實施例1 帶冷卻高效氣液分離裝置如圖1所示，該裝置由上、中、下三個冷卻室4、5、11和鄰近進氣管分離室5(中分離室)，旋風子分離室11(下分離室)和芯管分離室19(上分離室)等三個分離室構(gòu)成。旋風子分離室(下分離室)由多個旋風子并聯(lián)而成。旋風子數(shù)目是由裝置和旋風子額定流量決定的。推薦旋風子尺寸如下旋風子中部圓筒12直徑D＝200mm，芯管3直徑d＝100mm，切向矩形進氣口面積為50×100(mm2)，筒體高度(不包括芯管)為1200mm，這樣的旋風子額定流量(在標準狀態(tài)下)約10米3/分。根據(jù)氣液分離裝置額定流量要求確定所用這種旋風子數(shù)目。
裝置最上方是出氣管1，它接到裝置外殼2上，出氣管1周圍的外殼和上分離室孔板21組成排出氣體匯集室22，孔板21和上冷卻室4之間是芯管分離室(上分離室)19。各旋風子芯管3的上端都在上分離室19中，旋風子芯管3的上端和冷卻管10的上端分別固定在上管板26上，冷卻管(10)的下端固定在下管板27上，孔板21上的孔和芯管3對應，它們在同一軸線上?？装?1上的孔直徑略小于芯管3的外徑。上分離室19的氣液分離就發(fā)生在孔板21上的孔和芯管3上端的間隙之中，在離心力作用下，被分離出來的液體通過上分離室19下部排泄管20排到裝置外面。上分離室19的下面是上冷卻室4，已經(jīng)充分進行熱交換的冷卻水從上冷卻室4的上端排水管6排出。
上冷卻室4下面是中冷卻室5，同時也是中分離室，在中冷卻室安裝許多垂直放置的冷卻管10，它是內(nèi)冷卻。中冷卻室5和裝置進氣管7相連，中冷卻室5的分離主要發(fā)生在冷卻管10的外面，同時也發(fā)生在芯管3的外表面。由于氣流中蒸汽碰撞冷表面，蒸汽凝結(jié)成小液滴。小液滴間的碰撞還會形成大液滴，在重力作用下，液滴落在中分離室5的底面上。分離出來的液體從中分離室5下方的排泄管18排到裝置外。中冷卻室5內(nèi)還裝有旋風子圓筒12，在旋風子圓筒12的上部裝有切向矩形進氣口9。為了避免碰撞冷凝的液滴落入旋風子切向矩形進氣口9之中，在緊靠進氣口9上方的芯管3的外圓周上安裝一傾斜擋板8。
串聯(lián)的旋風子，上部進氣口處于中冷卻室5中，旋風子圓筒12處于下冷卻室11中，旋風子圓筒12的下部為錐形管13是自然冷卻，下冷卻室11底部有冷卻水進口管17，向冷卻器供給冷卻水。
為了增大散熱面積旋風子做成細而長。如果旋風子中部圓筒12的直徑為D，芯管直徑d≈D/2，芯管3插入到筒體內(nèi)的長度為(1.25-1.5)D，旋風子中部圓筒12長度不小于1.25D(從切向矩形進氣口底部開始計算)，下錐體13的高度為(2.9-3.3)D。旋風子切向矩形進氣口9的截面積比芯管3的截面積稍小一些，長寬比2∶1。旋風子進氣旋轉(zhuǎn)部分為蝸殼形，其當量直徑比D大，約是D的(1.3-1.5)倍。
為了增加壓縮氣體中水蒸氣或水滴與旋風子中部圓筒12內(nèi)壁的碰撞幾率，在切向矩形進氣口9的下面裝置一筒狀檔板14，它和芯管同軸，并連接在芯管上。筒狀檔板14和圓筒12內(nèi)壁之間有供壓縮氣體通過的間隙。間隙面積比芯管3的截面積略小，和切向矩形進氣口9的截面積相近。筒狀檔板14表面光滑，以減少空氣阻力。
旋風子組件有共同的液體收集室15，收集室15下面是排泄管16，它將旋風子分離出來的液體排到裝置外面。液體收集室15應有較大的容積，以保證旋風子之間的流動狀態(tài)相近，不發(fā)生混流現(xiàn)象。裝置支架25要向外傾斜，和水平面夾角約80°，以保證裝置的穩(wěn)定性。
實施例2 自然冷卻或噴灑冷卻水的高效氣液分離裝置如圖2所示，該裝置比實施例1裝置簡單一些，取消了上冷卻室4和下冷卻室11，保留中冷卻室5。裝置主要向大氣散熱，如果自然冷卻散熱量不夠，可從上面噴灑冷卻水，加大散熱量。噴灑管沒有在圖中畫出。為了適應噴灑冷卻水的需要，在旋風子下方加一短圓筒形的下底板23，其下面有裝置支架25，承擔支持裝置重量的作用。下底板23上面的短圓筒是為了收集噴灑的冷卻水。收集到的冷卻水可通過下底板23的一個小孔(圖中未畫)排出。同樣理由，孔板21外緣也安裝了向上的短圓筒。
由于該裝置主要是自然冷卻，不但要求裝置散熱面積大，而且要求裝置外部通風條件好。
實施例3 自然冷卻單管旋風分離器串聯(lián)的高效氣液分離裝置如圖3所示，如果在分離裝置前已安裝冷卻器，并達到了降溫要求，這時不必特別考慮增大冷卻面積問題，用兩個單管旋風分離器串聯(lián)的方式也可以達到高效氣液分離要求。
除去單管外，這個分離裝置和前面的兩個主要區(qū)別是在中分離室5中沒有冷卻管10，不利用碰撞冷凝分離，而利用旋風分離。一次分離后的壓縮空氣再進入第二級旋風分離。第一級和第二級相串聯(lián)。旋風分離管上粗下細。裝置進氣管7也是上旋風分離進氣管，并與旋風子圓筒12的上部相切，被離心力分離出來的液體下沉到粗管底部，從排泄管18排出。第二級旋風分離入口裝有導向葉片24，和中段圓筒12及芯管3同軸的筒狀擋板14強制氣流向邊緣流動，液珠順著圓筒12的內(nèi)壁下流，而氣流卻轉(zhuǎn)向180°通過芯管3旋轉(zhuǎn)向上運動，完成了二次分離。上分離室19(即芯管分離室)由出氣管1、外殼2及芯管3上端組成。出氣管1和芯管3具有共同的中心軸線，出氣管1外徑比芯管3內(nèi)徑稍小。出氣管1下端和芯管3上端間距較小。排泄管20能夠排出從間隙外拋的液體，這樣從出氣管1流出的壓縮空氣經(jīng)過了三次氣液分離。其中導向葉片的傾斜角為25-30°。
單管旋風分離器下部安裝了短圓筒形的下底板23，其下面有裝置支架25，下底板23上面的短圓筒是為了收集噴灑的冷卻水。裝置支架25向外傾斜，和水平面夾角約80°。
該裝置有較強的適應性，即使流量有較大變化時，流場仍舊穩(wěn)定，不會發(fā)生分離室之間的流體干擾。當環(huán)境溫度過高時，也可噴灑冷卻水，以利于蒸汽的凝結(jié)，降低蒸汽的含量。
該氣液分離裝置的工作過程如下如圖1所示，帶冷卻高效氣液分離裝置工作時，含液體壓縮空氣從進氣管7進入中冷卻室5，當氣流中蒸汽與中冷卻室5中的冷卻管10外壁或旋風子外壁(包括芯管3的外壁)碰撞時，由于冷卻管10外壁的溫度低(接近冷卻水溫度)，蒸汽凝結(jié)成水珠，小水珠之間碰撞形成大水珠，在重力作用下沉到中分離室5底部，經(jīng)排泄管18排到裝置外。芯管3上的斜擋板8阻止下沉的水珠落入旋風子的切向矩形進氣口9中。經(jīng)過第一次脫水后的壓縮空氣，從各個旋風子的切向矩形進氣口9進入旋風子中，旋轉(zhuǎn)向下運動，離心力使氣流中的水珠外拋至旋風子圓筒12內(nèi)壁上，在旋風子芯管3安裝的與此同軸的筒狀擋板14強制氣流流向圓筒12內(nèi)壁，增加氣體中微粒和圓筒12內(nèi)壁的碰撞幾率，由于圓筒12是下冷卻室11的冷卻管，圓筒12壁上溫度低，使壓縮空氣中的水蒸氣凝結(jié)。通過圓筒12的內(nèi)壁和筒狀擋板14之間的空隙的壓縮空氣仍旋轉(zhuǎn)向下，壓縮空氣轉(zhuǎn)向180°，沿著芯管3流向上分離室19。而在圓筒內(nèi)壁凝結(jié)的水分在重力作用下沉到旋風子液體收集室15中，通過排泄管16將液體排出裝置。經(jīng)過兩次脫水后的壓縮空氣沿著芯管3旋轉(zhuǎn)向上運動，經(jīng)過中冷卻室5，上冷卻室4冷卻，壓縮空氣剩余的蒸汽或霧，在芯管3的內(nèi)壁上冷凝成霧珠，被壓縮空氣夾帶到上分離室(芯管分離室)19中。上分離室19上面有孔板21，孔板21上的孔分別和旋風子芯管3相對應。并且同軸，兩者間有微小間距。由于孔板21上的孔外經(jīng)比芯管3的內(nèi)徑稍小，水珠被拋到孔外，在重力作用下下沉，液體經(jīng)排泄管21排到裝置外。完成了三次分離后氣流收集到氣體匯集室22，通過出氣管1流向需要的地方。經(jīng)過三次冷凝和三次分離后，壓縮空氣中的99％液霧被分離出來。由于氣體在流動過程中被冷卻，被分離，分離發(fā)生在溫度較低處，在裝置內(nèi)氣體溫度并未達到平衡，和前面經(jīng)過三次脫水的壓縮空氣在氣體收集室22中匯合。溫度基本達到平衡，平衡后的溫度高于冷卻面上溫度。液體在平衡后的飽和蒸汽壓必高于在溫度低的冷卻表面上的飽和蒸汽壓。如果氣流分離后的壓縮空氣輸送到過濾器，只要過濾器出口氣溫和氣流分離裝置出口氣溫相差不大，在過濾器和氣流分離裝置之間不必加升溫裝置，在過濾器內(nèi)也不會發(fā)生液體冷凝。
如果冷卻介質(zhì)不是水二而是大氣，所用裝置如實施例2所介紹的裝置，冷卻器簡化了。裝置的工作過程和實施例1沒有多大差別。只不過冷卻表面溫度高了，冷卻效果差一些。在冬天環(huán)境溫度低，自然冷卻也可達到要求。如果環(huán)境溫度高，達不到要求，可噴灑冷卻水，降低冷卻表面溫度，對壓縮空氣中蒸汽凝結(jié)頗有好處。
如當氣液分離裝置前冷卻已經(jīng)完成，所用的氣液分離裝置如圖3所示，氣液壓縮空氣從進氣管7進入中分離室的方式是切向進氣，氣流經(jīng)正方形切向進氣口7進入上旋風分離器，旋轉(zhuǎn)向下運動。氣流中的水珠在離心力作用下外拋，排泄管18將外拋下沉的液體排到裝置外。經(jīng)上旋風分離器一次分離的壓縮空氣通過導向葉片24進入下旋風分離器，氣流旋轉(zhuǎn)向下，在筒狀擋板14的作用下，氣流流向圓筒12內(nèi)壁，被離心力拋到外面的液滴和內(nèi)壁碰撞，由小變大，下沉到下錐體13，由排泄管16將分離出來的液體排出。經(jīng)兩次脫水的氣流沿著芯管3旋轉(zhuǎn)運動流向上分離室19。裝置出氣管1也在上分離室19中，出氣管1和芯管3同軸且有一段間隙，出氣管1直徑略小于芯管3內(nèi)徑。二次分離后仍夾帶的一部分液珠或霧氣在該間隙被拋向芯管3和出氣管1外面，于是，壓縮空氣進行第三次分離，從出氣管1流出的氣體是經(jīng)過三級脫水的壓縮空氣。
本裝置分離效率高，氣液分離效率達99％以上，節(jié)省能量，可用在制藥廠，味精廠，酶制品廠，檸檬酸廠等生物工程單位，也可用在化工廠等需要對壓縮空氣進行冷卻和氣液分離的工廠。
權(quán)利要求1.一種帶冷卻的高效氣液分離裝置，包括外殼(2)和安裝在外殼(2)頂部的出氣管(1)、安裝在外殼(2)上部側(cè)面的進氣管(7)及安裝在外殼(2)下部的支架(25)，其特征在于在外殼(2)的內(nèi)部安裝有多個旋風子芯管(3)和多個冷卻管(10)，旋風子芯管(3)的上端和冷卻管(10)的上端分別固定在上管板(26)上，冷卻管(10)的下端固定在下管板(27)上，旋風子芯管(3)的下部裝置有防止冷凝水落入旋風子圓筒(12)中的斜擋板(8)和筒狀擋板(14)，旋風子芯管(3)的下端裝入旋風子圓筒(12)的上端內(nèi)部；在氣體匯集室(22)的下部安裝有多孔的孔板(21)，進氣管(7)的安裝位置和外殼(2)的上部相切，在芯管分離室(19)的下部一側(cè)裝置有液體排泄管(20)，在中冷卻室(5)的下部一側(cè)裝置有液體排泄管(18)、在下冷卻室(11)的下部一側(cè)裝置有冷卻水進口管(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶冷卻的高效氣液分離裝置，其特征在于旋風子圓筒(12)的下部為錐形管(13)，在錐形管(13)的下部設有液體收集器(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶冷卻的高效氣液分離裝置，其特征在于孔板(21)上的孔的直徑小于旋風子芯管(3)的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶冷卻的高效氣液分離裝置，其特征在于在液體收集器(15)的下部設有液體排泄管(16)。
5.一種自然冷卻單管旋風分離器串聯(lián)的高效氣液分離裝置，包括外殼(2)和安裝在外殼(2)頂部的出氣管(1)、安裝在外殼(2)上部一側(cè)的進氣管(7)，其特征在于在外殼(2)的內(nèi)部安裝一個旋風子芯管(3)，在旋風子芯管(3)的中部外側(cè)裝置有導向葉片(24)，在旋風子芯管(3)的下部裝置有筒狀擋板(14)，旋風子芯管(3)的下端裝入旋風子圓筒(12)的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自然冷卻單管旋風分離器串聯(lián)的高效氣液分離裝置，其特征在于出氣管(1)的直徑小于旋風子芯管(3)的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自然冷卻單管旋風分離器串聯(lián)的高效氣液分離裝置，其特征在于進氣管(7)的安裝位置和旋風子圓筒(12)的上部相切。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自然冷卻單管旋風分離器串聯(lián)的高效氣液分離裝置，其特征在于導向葉片(24)的傾斜角為25-30°。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自然冷卻單管旋風分離器串聯(lián)的高效氣液分離裝置，其特征在于旋風子圓筒(12)的下部為錐形管(13)，在錐形管(13)的下方設有圓筒形的下底板(23)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自然冷卻單管旋風分離器串聯(lián)的高效氣液分離裝置，其特征在于在芯管分離室(19)的下部裝置有液體排泄管(20)，在旋風子圓筒(12)的上部下底面裝置有液體排泄管(18)、在下底板(23)的下端裝置有液體排泄管(16)。
專利摘要本實用新型屬于一種在冷卻系統(tǒng)內(nèi)進行氣液分離的高效氣液分離裝置。該裝置由五部分組成(1)進氣管附近的碰撞冷凝分離室，它同時也是中冷卻室；(2)旋風分離器，大部分處于下冷卻室中；(3)上冷卻室；(4)出氣管附近的芯管分離室；(5)殼體、支架、液體排泄管等。本裝置分離效率高，氣液分離效率達99％以上，節(jié)省能量，可用在制藥廠，味精廠，酶制品廠，檸檬酸廠等生物工程單位，也可用在化工廠等需要對壓縮空氣進行冷卻和氣液分離的工廠。
文檔編號B01D53/24GK2638830SQ0325845
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者吳文政 申請人:吳文政