一種基于微/納尺度熱流逸效應(yīng)和宏觀渦流冷熱效應(yīng)的氣體分離系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體分離領(lǐng)域，具體是一種基于微/納尺度熱流逸效應(yīng)和宏觀渦流冷熱效應(yīng)的氣體分離系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體分離技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)療、航空航天、科學(xué)研宄等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，如從空氣中分離制備富氧和富氮，一些工業(yè)生產(chǎn)過程中的廢氣處理等。目前應(yīng)用最為廣泛的氣體分離方法主要有氣體吸收分離法、氣體吸附分離法、氣體膜分離法、氣體低溫分離法等。氣體吸收分離法由于具有吸收率和吸收速度較高、廢氣的處理量大、污染物濃度低等特點(diǎn)而被廣泛用于工業(yè)的廢氣處理。但是氣體吸收分離法的裝置較為龐大，多為一些塔設(shè)備，此夕卜，液體吸收劑的選擇受到一定限制，該方法存在吸收劑的“再生”過程，且氣體吸收過程中往往會(huì)產(chǎn)生一些額外的副產(chǎn)品。氣體膜分離法的裝置簡(jiǎn)單，操作方便，啟動(dòng)快但膜組件成本高，而且膜組件對(duì)氣體具有選擇透過性，對(duì)于特定的膜組件只能生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的氣體，不易調(diào)節(jié)，生產(chǎn)能力比較低，主要適用于富氧燃燒和醫(yī)療保健等場(chǎng)合。氣體吸附分離法的流程簡(jiǎn)單，操作方便，運(yùn)行成本較低，但由于該方法存在吸附劑的“再生”過程，使其能耗較高，且該流程是一個(gè)間歇運(yùn)行過程，所以較適合于容量不太大氣體分離裝置。氣體低溫分離法具有生產(chǎn)量大、產(chǎn)品純度高、產(chǎn)品種類多等特點(diǎn)而成為目前應(yīng)用最廣泛的空氣分離系統(tǒng)。但與氣體吸附分離法和氣體膜分離法相比流程復(fù)雜，設(shè)備體積龐大，操作繁瑣，啟動(dòng)慢，不易調(diào)節(jié)，投資大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于微/納尺度熱流逸效應(yīng)和宏觀渦流冷熱效應(yīng)的氣體分離系統(tǒng)以解決:1.現(xiàn)有氣體吸收分離法所需液體吸收劑和吸收劑需“再生”等問題。2.現(xiàn)有氣體吸附分離法中吸附劑需“再生”、耗能大和不連續(xù)運(yùn)行等問題。3現(xiàn)有氣體低溫分離法系統(tǒng)流程復(fù)雜，不易操作等問題；4.現(xiàn)有氣體膜分離法成本高、產(chǎn)品單一等問題。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0005]一種基于微/納尺度熱流逸效應(yīng)和宏觀渦流冷熱效應(yīng)的氣體分離系統(tǒng)，是將渦流效應(yīng)產(chǎn)生的冷熱氣流分別去冷卻和加熱微/納尺度熱流逸式氣體分離設(shè)備的冷腔和熱腔。該系統(tǒng)由流量調(diào)節(jié)閥、渦流管、熱流逸式氣體分離設(shè)備、第一壓力表、第一溫度表、第一壓力調(diào)節(jié)閥、氣體收集箱、氣體混合箱、第二壓力調(diào)節(jié)閥、第二壓力表、第二溫度表組成。
[0006]I各部件的結(jié)構(gòu)或作用:
[0007]I)所述渦流管由渦流管噴嘴、渦流室、分離孔板、渦流管冷管、渦流管熱管等組成。未被分離的壓縮混合氣體在渦流管噴嘴內(nèi)增速，然后在渦流室內(nèi)分成溫度不等的兩股氣流，低溫氣體流入渦流管冷管，高溫氣體流入渦流管熱管。
[0008]2)所述熱流逸式氣體分離設(shè)備是以微/納尺度熱流逸效應(yīng)為工作原理的氣體分離設(shè)備。所述熱流逸式氣體分離設(shè)備為夾層結(jié)構(gòu)，由熱通道、冷通道、微通道組、熱腔、冷腔、保溫層、導(dǎo)熱層組成；所述微通道組是發(fā)生熱流逸效應(yīng)部分，它的單個(gè)微通道的特征尺寸應(yīng)與被分離氣體的分子平均自由程相當(dāng)或者更小；所述分子平均自由程是由被分離氣體的種類和運(yùn)行工況決定；所述熱通道和所述冷通道由所述保溫層包裹著；所述熱通道與所述熱腔、所述冷通道與所述冷腔分別由導(dǎo)熱層分隔開，所述熱通道與冷通道在導(dǎo)熱層外，所述熱腔、所述微通道組和所述冷腔在導(dǎo)熱層內(nèi)；高溫氣體通過熱通道入口進(jìn)入熱通道并通過導(dǎo)熱層加熱熱腔，低溫氣體通過冷通道入口進(jìn)入冷通道并通過導(dǎo)熱層冷卻冷腔，從而使冷腔與熱腔之間形成溫度差，在溫度差的驅(qū)使下冷腔內(nèi)被分離的氣體經(jīng)過微通道組進(jìn)入熱腔，然后再由熱腔出口經(jīng)過第一壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)入氣體收集箱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣體的分離。
[0009]3)所述氣體混合箱的作用是將由氣體混合箱第一入口進(jìn)入的氣體、由氣體混合箱第二入口進(jìn)入的氣體和由氣體混合箱第三入口進(jìn)入的氣體進(jìn)行混合，并且使混合氣體的壓力在其內(nèi)穩(wěn)定。
[0010]4)所述第一壓力調(diào)節(jié)閥的作用是對(duì)熱腔的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使被分離的氣體在微通道組內(nèi)能達(dá)到發(fā)生熱流逸效應(yīng)的壓力條件。
[0011]5)所述第二壓力調(diào)節(jié)閥的作用是對(duì)冷腔的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使被分離的氣體在微通道組內(nèi)能達(dá)到發(fā)生熱流逸效應(yīng)的壓力條件。
[0012]6)所述流量調(diào)節(jié)閥的作用是調(diào)節(jié)進(jìn)入渦流管的氣體流量，從而控制經(jīng)過熱通道入口進(jìn)入熱通道的高溫氣體流量和經(jīng)過冷通道入口進(jìn)入冷通道的低溫氣體流量，最終實(shí)現(xiàn)冷腔內(nèi)和熱腔內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。
[0013]7)所述第一壓力表的作用是對(duì)熱腔內(nèi)的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便運(yùn)行過程中壓力的控制。
[0014]8)所述第二壓力表的作用是對(duì)冷腔內(nèi)的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便運(yùn)行過程中壓力的控制。
[0015]9)所述第一溫度表的作用是對(duì)熱腔內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便運(yùn)行過程中溫度的控制。
[0016]10)所述第二溫度表的作用是對(duì)冷腔內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便運(yùn)行過程中溫度的控制。
[0017]2.各部件的連接關(guān)系:
[0018]所述流量調(diào)節(jié)閥與所述渦流管的渦流管噴嘴相連；所述渦流管熱管與所述熱通道入口相連；所述熱通道出口與所述氣體混合箱的第一入口相連；所述渦流管冷管與所述冷通道入口相連；所述冷通道出口與所述氣體混合箱的第二入口相連；所述氣體混合箱的出口與所述第二壓力調(diào)節(jié)閥的入口相連；所述第二壓力調(diào)節(jié)閥的出口與所述冷腔入口相連；所述冷腔出口與所述氣體混合箱的第三入口相連；所述熱腔出口與所述第一壓力調(diào)節(jié)閥的入口相連；所述第一壓力調(diào)節(jié)閥的出口與所述氣體收集箱相連。所述第一壓力表和第一溫度表安裝在所述熱腔上，所述第二壓力表和第二溫度表安裝在所述冷腔上。
[0019]上述基于微/納尺度熱流逸效應(yīng)和宏觀渦流冷熱效應(yīng)的氣體分離系統(tǒng)可以改變所述熱流逸式氣體分離設(shè)備的運(yùn)行工況(如溫度和壓力)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所要分離氣體的分子平均自由程進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使所要分離氣體的分子平均自由程與所述微通道組中單個(gè)微通道的特征尺寸相當(dāng)即可實(shí)現(xiàn)同一設(shè)備分離出不同的氣體。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有氣體分離技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn):
[0021]1.本發(fā)明提供的氣體分離系統(tǒng)與氣體吸收分離法相比無需液體吸收劑，也無需“吸收劑再生”系統(tǒng)，而且其設(shè)備簡(jiǎn)單、易于調(diào)節(jié)。
[0022]2.本發(fā)明提供的氣體分離系統(tǒng)與氣體吸附分離法相比無需“吸附劑再生”系統(tǒng)，具有能耗低、系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單、且可以連續(xù)運(yùn)行等特點(diǎn)。
[0023]3.本發(fā)明提供的氣體分離系統(tǒng)與氣體低溫分離法相比系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單、成本低、操作簡(jiǎn)單、啟動(dòng)快等特點(diǎn)。
[0024]4.本發(fā)明提供的氣體分離系統(tǒng)與氣體膜分離法相比成本低，易于操作，可以通過調(diào)節(jié)運(yùn)行工況獲得多種產(chǎn)品。
【附圖說明】
[0025]圖1是一種基于微/納尺度熱流逸效應(yīng)和宏觀渦流冷熱效應(yīng)的氣體分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中，流量調(diào)節(jié)閥1、渦流管噴嘴2、渦流管3、渦流管熱管4、熱通道入口 5、熱流逸式氣體分離設(shè)備6、第一壓力表7、第一溫度表8、熱腔出口 9、熱通道出口 10、第一壓力調(diào)節(jié)閥11、氣體收集箱12、氣體混合箱第一入口 13、氣體混合箱14、氣體混合箱第二入口 15、氣體混合箱第三入口 16、氣體混合箱出口 17、第二壓力調(diào)節(jié)閥18、冷腔入口 19、冷通道入口20、第二壓力調(diào)表21、第二溫度表22、冷腔出口 23、冷通道出口 24、渦流管冷管25。
[0027]圖2是熱流逸式氣體分離設(shè)備的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中，熱通道入口 5、熱腔出口 9、熱通道出口 10、冷腔入口 19、冷通道入口 20、冷腔出口 23、冷通道出口 24、熱通道26、熱腔27、冷腔28、冷通道29、微通道組30、保溫層31、導(dǎo)熱層32