本發(fā)明涉及一種利用固體吸附材料處理液體的分離裝置，進(jìn)一步涉及一種應(yīng)用這種分離裝置的工業(yè)設(shè)備。

背景技術(shù)：

用固體吸附材料處理液體以分離或除去其中某些化學(xué)成分的方法是化工、環(huán)保、醫(yī)藥等行業(yè)的常用分離方法。通常固體吸附材料的顆粒粒度是影響吸附解吸附效率的一個(gè)關(guān)鍵因素。粒度越小，吸附材料表面積越大，吸附解吸附效率越高。尤其是利用吸附材料的納米通道的吸附作用為主要吸附方式的吸附材料，如沸石和坡縷石，其吸附和解吸附過程涉及吸附質(zhì)離子或分子在吸附材料顆粒表面和納米通道內(nèi)部之間轉(zhuǎn)移的傳質(zhì)過程，這個(gè)過程通常成為整個(gè)吸附解吸附作用過程的控制過程。就是說，這個(gè)傳質(zhì)過程的效率決定了整個(gè)吸附解吸附過程的效率。因?yàn)檫@個(gè)原因，從有利于傳質(zhì)的角度，在一定限度內(nèi)，吸附材料顆粒粒度越細(xì)，吸附解吸附的效率越高。但是，在具體應(yīng)用中，通常要用到吸附床。常用的吸附床包括固定床、膨脹床和流化床。固定吸附床因其結(jié)構(gòu)簡單吸附徹底通常會(huì)被優(yōu)先考慮。

吸附材料顆粒自然堆積的固定吸附床與清潔的顆粒過濾床結(jié)構(gòu)非常相似，故可以借用過濾床床層水頭損失計(jì)算公式卡曼-康采尼(Carman-Kozony)公式來說明吸附床的相關(guān)數(shù)據(jù)對水頭損失的影響。

卡曼-康采尼(Carman-Kozony)公式：

H_。＝(k/g)·y·((1-e)²/e³)·L·v·(6/q·d)²

其中H_o-水頭損失，k-通過試驗(yàn)所得無因次系數(shù)，g-重力加速度，y-水的運(yùn)動(dòng)勃度，e-濾料堆積孔隙率，L-濾層高度，v-濾過速度，q-濾料顆粒球形度系數(shù)，d-與濾料顆粒體積相同的球體直徑。水頭損失與濾料顆粒直徑的平方成反比，與濾料堆積的孔隙率呈復(fù)雜函數(shù)關(guān)系，但孔隙率增加對應(yīng)水頭損失的急劇減小。

參見附圖1。極細(xì)的吸附材料顆粒10的密集堆積會(huì)造成吸附床的通透性顯著下降，尤其是在液體介質(zhì)通過量大流速高的應(yīng)用中，可能會(huì)造該技術(shù)不具備可應(yīng)用性。極細(xì)的吸附材料顆粒也可能會(huì)混入分離物料，造成污染。目前固定床吸附材料的顆粒尺寸處理液相物料時(shí)一般在1-2mm，處理氣相物料時(shí)一般在3-5mm。

膨脹吸附床和流化吸附床也面臨同樣問題，其吸附材料的顆粒尺寸一般在0.5-2mm。采用吸附槽可以使用更細(xì)的吸附材料顆粒，在0.05-2mm，但操作繁瑣，而且有吸附不徹底的缺點(diǎn)，不具備高效率的應(yīng)用特性。

在現(xiàn)有的固定吸附床應(yīng)用中有的犧牲了效率，采用較大的吸附材料顆粒尺寸?；蛘邔O細(xì)的吸附材料顆粒用粘結(jié)劑粘成較大的團(tuán)粒，這在很大程度上犧牲了細(xì)顆粒的高效率特性，有違使用細(xì)顆粒的初衷。本發(fā)明公開了一種解決放案，很好地解決了這對矛盾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種超微細(xì)顆粒固定通透吸附床，由附材料微粒和通透固定支持物組成，吸附材料微粒的顆粒尺寸顯著小于目前吸附材料在固定吸附床中常規(guī)使用的顆粒尺寸。通透固定支持物是具有不規(guī)則間隙的惰性多孔材料，吸附材料顆粒被容納固定或嵌布夾持在所述的多孔材料 中。

吸附材料微粒尺寸可以在0.05-500μm之間，通常在0.1-100μm之間，最佳尺寸在0.5-10μm之間。通透固定支持物以是可以形成容納和固定吸附材料顆粒的不規(guī)則間隙的惰性纖維材料，如類似玻璃纖維、陶瓷纖維或合成纖維，穿插堆積而成的毛氈狀多孔材料，也可以是能夠形成立體網(wǎng)狀通透結(jié)構(gòu)，令吸附材料微粒被嵌布夾持其中的惰性多孔固體材料如氣凝膠或開孔泡沫。

通透固定支持物使得吸附材料顆粒之間的空隙顯著大于吸附材料顆粒自然堆積時(shí)形成的間隙，以至于顆粒的大小對吸附床的通透性沒有顯著的影響。

參見附圖2-3。使用氣凝膠作為通透固定支持物時(shí)，稱為超微細(xì)顆粒氣凝膠吸附床，可以在氣凝膠中間體液態(tài)膠體21凝結(jié)成型前將吸附材料微?；?0入，在液態(tài)膠體凝結(jié)并脫去液體介質(zhì)的過程中形成夾帶吸附材料微粒的通透固體。氣凝膠22的空隙尺寸一般在納米級，即從數(shù)納米到數(shù)十納米，但空隙率遠(yuǎn)大于納米通道吸附材料。如果使用二氧化硅氣凝膠作為通透固定支持物時(shí)還有一個(gè)附加的優(yōu)點(diǎn)，這種氣凝膠耐氧化氣氛高溫加熱。這種吸附床可以使用灼熱空灼燒的方法再生活化。

使用開孔泡沫作為通透固定支持物時(shí)，稱為超微細(xì)顆粒泡沫吸附床。在泡沫材料發(fā)泡前將吸附材料微粒均勻混入，開孔泡沫形成后吸附材料微粒嵌布在泡沫孔洞的薄壁上。形成開孔泡沫的材料在液體狀態(tài)時(shí)對于吸附材料顆粒應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臐駶櫺裕唧w來說其接觸角在80-100°為宜，在90°最理想。接觸角太小，形成的凝聚物容易覆蓋太 多的吸附材料顆粒表面，造成吸附床的吸附面積減小。接觸角太大，則影響吸附材料顆粒與泡沫材料液體中間體混合時(shí)的均勻性，造成吸附床的吸附材料顆粒分布不均，也會(huì)造成吸附床的有效吸附面積的減小。為了保證泡沫的有足夠大的表面積，吸附材料有足夠大的曝露表面積，泡沫材料的開孔孔徑應(yīng)該在毫米以下，泡沫壁厚不大于吸附材料顆粒直徑的1/3。開孔泡沫的具體材質(zhì)可以是聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯或其混合物，制造方法可以用現(xiàn)有的鑄造法或爆破法。

參見附圖4。使用惰性纖維23作為通透固定支持物時(shí)，稱為超微細(xì)顆粒纖維吸附床。纖維的粗細(xì)、長度和柔韌性應(yīng)該與吸附材料顆粒粒度相匹配。具體來說纖維直徑應(yīng)在吸附材料顆粒的1/2到1/10，偏硬的纖維可以細(xì)一些，偏軟的纖維粗一點(diǎn)為宜。柔韌度的具體要求是纖維易于制成孔隙與吸附材料顆粒相匹配的針刺氈或水刺氈。超微細(xì)顆粒纖維吸附床的制造工藝可采用與針刺氈或水刺氈相似的生產(chǎn)工藝。制造工藝的區(qū)別點(diǎn)是在纖維原料成網(wǎng)過程中混入吸附材料顆粒，針刺或水刺過程中吸附材料顆粒與纖維材料形成穩(wěn)定的通透立體結(jié)構(gòu)。制造時(shí)用與針刺氈或水刺氈相似的工藝過程，逐層加厚形成毛氈狀的固定吸附床型材。型材具體形狀可以在制造時(shí)逐層在模具內(nèi)成型，也可以先制成厚板材，后切割成型。以上型材可以在吸附罐罐體內(nèi)疊加形成最終的工業(yè)應(yīng)用吸附床。

纖維材料在超微細(xì)顆粒纖維吸附床中所起的主要作用是通過其支撐作用阻止吸附材料顆粒相互充填形成密實(shí)的板層，通過其限制作用阻止吸附材料顆粒隨水流移動(dòng)，對纖維材料的柔韌抗拉耐折要求不高。因此選擇硬度較高的纖維如玻璃纖、陶瓷纖維比較有利。玻璃纖、 陶瓷纖維的超微細(xì)顆粒吸附床可以耐高溫加熱，可以使用灼熱空氣灼燒方法再生活化吸附床。

超微細(xì)顆粒固定通透吸附床的吸附作用主要來自超微細(xì)吸附材料微粒，因此吸附材料微粒的吸附特性決定了吸附床的吸附特性。利用不同的吸附材料微?？梢苑謩e達(dá)到去除或分離某種或某些物質(zhì)的目的。

以上超微細(xì)顆粒固定通透吸附床可以用來對污水進(jìn)行深度凈化處理，也可以用來分離液體中含有以離子或分子狀態(tài)存在的不同物質(zhì)。

改變一些參數(shù)，如進(jìn)一步增大空隙率，還可以用來除去或分離氣體中含有的不通物質(zhì)，如用改性沸石吸附污染空氣中的氨、硫化氫、甲醛、硫醇等刺激、惡臭或有毒物質(zhì)。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

附圖說明

圖1.吸附材料顆粒自然堆積狀態(tài)示意圖

圖2.吸附材料顆粒懸浮在氣凝膠凝結(jié)前的液態(tài)膠體中的示意圖

圖3.吸附材料顆粒嵌布在氣凝膠空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的示意圖

圖4.吸附材料顆粒填充在惰性纖維穿插形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的示意圖

圖5.由多層固定吸附床型材縱向填充而成的超微細(xì)顆粒纖維吸附床吸附罐剖面示意圖

圖6.由多個(gè)空心固定吸附床型材組件疊加形成的超微細(xì)顆粒氣凝膠吸附床空心吸附罐剖面示意圖

圖7.空心超微細(xì)顆粒氣凝膠吸附床型材組件立體剖開示意圖

具體實(shí)施

實(shí)施例1，參見附圖5。

該實(shí)施例為使用超微細(xì)顆粒纖維吸附床作為吸附功能構(gòu)件的液體吸附罐。由罐體31、下蓋體32和上蓋體33組成，罐體和上、下蓋體由快開置41密閉連接。罐體內(nèi)由多層超微細(xì)顆粒纖維吸附床型材311密實(shí)充填。工作時(shí)污水通過下蓋體進(jìn)液管321進(jìn)入進(jìn)液腔322，經(jīng)過多層超微細(xì)顆粒纖維吸附床型材311吸附后形成的潔凈水匯集在排液腔332由排液管331排出。

吸附床使用化學(xué)解吸附+蒸汽加熱去處解吸附劑再生法再生時(shí)所用的解吸附液、過熱蒸汽和壓縮空氣均可按與污水通過相反的方向通過吸附床。

使用灼熱空氣灼燒方法再生活化吸附床時(shí)，可以解脫快開裝置將吸附床連同罐體移出，移至熱空氣灼燒裝置處處理完畢后裝回。

本實(shí)施例如果采用相應(yīng)形狀的超微細(xì)顆粒氣凝膠吸附床型材，也可以達(dá)到類似或更好的效果。

實(shí)施例2，參見附圖6-7。

對于污染物含量較少的污水，或者應(yīng)用中對水頭損失要求更高，或者采用特別細(xì)的吸附顆粒以至于只能使用流速極低的水流的應(yīng)用時(shí)可以采用如圖6所示的空心圓柱結(jié)構(gòu)吸附罐。

這種結(jié)構(gòu)除與實(shí)施例1相同的罐體31、下蓋體32和上蓋體33，密閉連接罐體和上、下蓋體的快開快裝置4，進(jìn)液腔322和排液腔332 以外，不同之處在于它采用空心超微細(xì)顆粒氣凝膠固定吸附床型材組件312疊加，形成了大大增加通過面積的分別與進(jìn)液腔322和排液腔332連通的環(huán)狀進(jìn)液外腔323和柱狀排液內(nèi)腔333。在柱狀排液腔下端向進(jìn)液腔外引出一個(gè)排液管341并設(shè)置截止閥342。

每個(gè)空心固定吸附床型材312包括一塊空心圓柱狀的超微細(xì)顆粒固定通透吸附床型材3121，位于圓柱上下兩端的兩個(gè)空心圓形蓋板3122，一個(gè)緊貼于空心圓柱內(nèi)側(cè)的環(huán)狀格柵3123和一個(gè)位于最內(nèi)側(cè)的帶孔圓管2124，圓管的每個(gè)圓孔對應(yīng)格柵的一個(gè)格的最低位置。

后面三個(gè)構(gòu)件根據(jù)具體應(yīng)用不同可以采用硬質(zhì)塑料或耐腐蝕金屬材料，設(shè)置的目的是便于組裝成規(guī)則無泄漏的空心圓柱狀吸附床。

這種吸附罐還有一個(gè)附加的優(yōu)點(diǎn)是如果待處理的污水中含有少量顆粒雜質(zhì)，可以被吸附床的大面積外表面截濾而不至于造成吸附床通透性的顯著下降。

這種吸附床的再生可以使用與實(shí)施例1的相同的方式。

這種吸附罐的吸附材料也可以采用超微細(xì)顆粒纖維吸附床作為吸附功能構(gòu)件。