一种带有疏水表面过滤壳的气水分离装置及其分离方法与流程

本发明属于输送管道内气水分离技术领域，尤其涉及一种带有疏水表面过滤壳的气水分离装置及其分离方法。

背景技术：

通过实践和研究发现，两相流动或者多相流动流体通过T型三通时各相会进行重新分配，大多数情况下在分支管内会发生各相分配不均现象，极端时出口支管内可能一种相存在，这为利用T型三通进行气液分离提供了理论和实践基础。相对于当前笨重昂贵的分离系统，T型三通具有结构简单、封闭紧凑、运行连续、价格低廉、安全方便等特点，但是由于T型管道几何上的多样性、流动工况的复杂性，再加上气液两相流动固有的复杂性，单个T型三通的分离效率不高。

近年来，由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用，有关超疏水表面的研究引起了极大的关注。当水滴碰撞超疏水表面后，会发生显著的回弹现象。本发明便利用超疏水表面这一特性，结合T型三通，设计一种带有疏水表面过滤壳的气水分离装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种带有疏水表面过滤壳的气水分离装置及其分离方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种带有疏水表面过滤壳的气水分离装置，包括T型三通和球面过滤壳，所述T型三通包括水平方向上的气水入口管道和竖直方向上向上的气相出口管道和竖直方向上向下的水相收集管道，所述气水入口管道、气相出口管道和水相收集管道相互连接成一体式T型结构；所述球面过滤壳选用具有超疏水特性的材料制成；所述球面过滤壳在气水入口管道、气相出口管道和水相收集管道交叉的三通口处与气相出口管道的内壁紧密贴合；所述球面过滤壳的敞口边缘成椭圆形；所述球面过滤壳的敞口边缘所在的平面与气相出口管道所在的轴线呈锐角；所述球面过滤壳凸向气水入口管道与水相收集管道的方向。

进一步地，所述球面过滤壳上设置有多个呈均匀间隔的长条状流通孔道，所述流通孔道的延伸方向与球面过滤壳的敞口边所呈的椭圆的长轴所在轴线垂直，相邻两个流通孔道之间是过滤壳基体。

进一步地，所述流通孔道的宽度小于分离后气相中允许存在的最大水滴的粒径；所述过滤壳基体的宽度不大于流通孔道的宽度。

一种带有疏水表面过滤壳的气水分离装置的分离方法，气水混合物从水平方向上的气水入口管道进入，在重力作用下，水相和气相中分散的较大的水滴会下落至水相收集管道；较小粒径的水滴，随气流上升，遇到经超疏水处理的球面过滤壳，气相与粒径小于球面过滤壳的流通孔道的宽度的水滴经过球面过滤壳进入气相出口管道；粒径较大的水滴，随气流上升，与球面过滤壳的超疏水表面碰撞，回弹、落入水相收集管道。

进一步地，所述水相收集管道外接水相收集外排装置。

本发明的有益效果是：方法简单，成本低，适于规模化生产与应用，具有广泛的社会效益和经济价值。具体地，本发明提供的带有疏水表面过滤壳的气水分离装置，因内置经超疏水处理的球面过滤壳，使得通过气水入口管道进入的气水混合物在流至交叉的三通口处时，在重力作用下，气体通过三通口处安装的球面过滤壳上的流通孔道进入气相出口管道，此时体积较大的水团，因重力作用，落入水相收集管道；体积较小的水滴，随气流携带，撞击经超疏水处理的球面过滤壳并迅速回弹、落入水相收集管道；而粒径小于过滤壳通道的水滴，可以穿过流通孔道。因球面过滤壳经超疏水处理过，小水滴不会粘附在球面过滤壳的过滤壳基体上或者流通孔道处，进而避免阻塞气体流通。

附图说明

图1是本发明气水分离装置中T型三通与球面过滤壳的相对安装位置示意图；

图2是本发明气水分离装置中球面过滤壳的结构示意图；

图3是本发明气水分离装置中球面过滤壳的局部放大示意图。

其中：1、气水入口管道；2、气相出口管道；3、球面过滤壳；4、水相收集管道；5、流通孔道；6、过滤壳基体。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进一步描述。

图1是本发明气水分离装置中T型三通与球面过滤壳的相对安装位置示意图；图2是本发明气水分离装置中球面过滤壳的结构示意图；图3是本发明气水分离装置中球面过滤壳的局部放大示意图。

如图1-3所示，一种带有疏水表面过滤壳的气水分离装置，包括T型三通和球面过滤壳3，其中T型三通包括水平方向上的气水入口管道1和竖直方向上向上的气相出口管道2和竖直方向上向下的水相收集管道4，而气水入口管道1、气相出口管道2和水相收集管道4相互连接成一体式T型结构，即水平方向上的气水入口管道1垂直于竖直方向上的气相出口管道2和水相收集管道4；球面过滤壳3选用具有超疏水特性的材料制成，即其具有超疏水特性；球面过滤壳3在气水入口管道1、气相出口管道2和水相收集管道4交叉的三通口处与气相出口管道2的内壁紧密贴合；球面过滤壳3的敞口边缘成椭圆形，且球面过滤壳3的敞口边缘所在的平面与气相出口管道2所在的轴线呈锐角，即球面过滤壳3相对气相出口管道2倾斜设置；另外，球面过滤壳3凸向气水入口管道1与水相收集管道4的方向，此处，主要考虑流体流经球面过滤壳时存在压能损失，气水入口管道1中的压力通常大于气相出口管道2中的压力，球面过滤壳3凸向气水入口管道1与水相收集管道4的方向，可以使球面过滤壳承受更大的压差；另外，球面过滤壳的表面呈球面结构可以使气水入口管道1所在的轴线与球面过滤壳表面夹角小于90°，即气水入口管道1来流中的水滴与球面过滤壳表面碰撞角度小于90°，从而使反弹后的水滴不会沿原路返回，而是水相收集朝向管道4的方向运动。

优选地，球面过滤壳3上设置有多个呈均匀间隔的长条状流通孔道5，在此，流通孔道5可以允许气体和粒径小于孔道宽度的小水滴通过，并阻挡、回弹大粒径水滴，从而实现气水分离；而流通孔道5的延伸方向与球面过滤壳3的敞口边所呈的椭圆的长轴所在轴线AA垂直，而相邻两个流通孔道5之间是过滤壳基体6，即流通孔道5和过滤壳基体6均匀间隔设置；在此，当水滴卡堵在流通孔道5内或粘附在过滤壳基体6上而无法及时回弹时，可以随来流介质的推动作用，沿流通孔道5延伸方向向远离球面过滤壳6最凸出的方向移动，逐渐靠近管壁，进入低流速区，便于水滴沿管壁流入水相收集管道4，脱离球面过滤壳3。

优选地，流通孔道5的宽度d1应小于分离后气相中允许存在的最大水滴的粒径；相邻两个流通孔道5之间的过滤壳基体6的宽度d2不宜大于流通孔道5的宽度d1，目的是在有限的球面过滤壳的面积上，尽量增加流动孔道的个数。

本发明带有疏水表面过滤壳的气水分离装置，其分离方法为：气水混合物从水平方向上的气水入口管道1进入，在重力作用下，水相和气相中分散的较大的水滴会下落至水相收集管道4；对于较小粒径的水滴，随气流上升，遇到经超疏水处理的球面过滤壳3，气相与粒径小于球面过滤壳3的流通孔道5的宽度d1的水滴经过球面过滤壳3进入气相出口管道2；对于粒径较大的水滴，随气流上升，与球面过滤壳3的超疏水表面碰撞，回弹、落入水相收集管道4。

进一步地，水相收集管道4外接水相收集、外排装置，用于对收集、分离出的水体进行收集。

本发明提供的带有疏水表面过滤壳的气水分离装置，因内置经超疏水处理的球面过滤壳，使得通过气水入口管道进入的气水混合物在流至交叉的三通口处时，在重力作用下，气体通过三通口处安装的球面过滤壳上的流通孔道进入气相出口管道，此时体积较大的水团，因重力作用，落入水相收集管道；体积较小的水滴，随气流携带，撞击经超疏水处理的球面过滤壳并迅速回弹、落入水相收集管道；而粒径小于过滤壳通道的水滴，可以穿过流通孔道。因球面过滤壳经超疏水处理过，小水滴不会粘附在球面过滤壳的过滤壳基体上或者流通孔道处，进而避免阻塞气体流通。本发明分离方法简单，成本低，适于规模化生产与应用，具有广泛的社会效益和经济价值。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“水平”、“竖直”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。