一种气液分离罐及气液分离系统的制作方法

1.本实用新型具体涉及一种气液分离罐及包含所述气液分离罐的气液分离系统。


背景技术：

2.在后处理领域，通常采用压缩空气输送放射性料液，其中，常采用空气提升的方式输送流量要求较小的放射性料液，在输送过程中气体和液体以混合物的形式流动，为满足后续工艺料液的处理要求，需要将气体和液体进行分离，通常，采用气液分离罐进行处理，现有技术中的气液分离罐在运行过程中存在排气夹带液体的问题，且气液分离的效果差，不仅导致气体净化系统压力大，对气体过滤器造成损坏，还会导致气液交叉污染，同时会增加气体处理的成本。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种气液分离罐及包含所述气液分离罐的气液分离系统，所述气液分离罐分离效率高，且结构简单，无需检修以及更换配件。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种气液分离罐，包括罐体和进料单元，
6.所述罐体上设置有进料口、排气口和排料口，
7.所述进料单元贯穿所述进料口，用于向所述罐体内输送气液混合物；
8.所述进料单元包括进料管和扩大管组件，所述进料管与所述扩大管组件连通，且所述扩大管组件的横截面积大于所述进料管的横截面积；
9.所述气液混合物依次通过所述进料管和所述扩大管组件，进入至所述罐体内，并在所述罐体内气液分离，且分离后的气体从所述排气口排至所述罐体外，分离后的液体从所述排料口排至所述罐体外。
10.优选的，所述扩大管组件包括扩大管和喇叭口，
11.所述扩大管竖直设置在所述罐体内，其两端分别与所述进料管和所述喇叭口连通；
12.所述扩大管与所述进料管均为圆柱形，且所述扩大管的直径大于所述进料管的直径；
13.所述喇叭口为圆台形，其上底与所述扩大管连接，且上底的直径与所述扩大管的直径相等，其下底的直径大于其上底的直径。
14.优选的，所述气液分离罐还包括挡板，
15.所述挡板设置在所述罐体内，且位于所述进料口上方；
16.所述挡板包括水平挡板和倾斜挡板，所述倾斜挡板为圆台形，通过其下底与罐体内侧壁相连，所述倾斜挡板用于改变气体的流向；
17.所述水平挡板设置在所述倾斜挡板上方，所述水平挡板为圆弧状，且其直径大于
所述倾斜挡板上底的直径，用于拦截气体中夹带的液滴。
18.优选的，所述倾斜挡板上设置有小孔，所述小孔用于排放倾斜挡板与罐体之间的液滴。
19.优选的，所述小孔的数量为多个，且均匀设置在靠近倾斜挡板下底的侧壁上。
20.优选的，所述罐体包括筒体、封头和锥体罐，
21.所述封头、所述筒体和所述锥体罐依次连接；
22.所述排气口设置在所述封头的顶部；
23.所述进料口设置在所述筒体的侧壁上；
24.所述排料口设置在所述锥体罐的底部。
25.优选的，所述扩大管组件、所述罐体、所述排气口以及所述排料口在竖直方向的中心线均重合。
26.优选的，所述进料管倾斜设置，其位于罐体内的一端的竖直高度小于其位于罐体外的一端的竖直高度，用于防止气液混合物在所述进料管内积液。
27.本实用新型还提供了一种气液分离系统，包括空气提升器，还包括上述的气液分离罐，所述空气提升器与所述气液分离罐相连，用于向所述气液分离罐中输送气液混合物。
28.本实用新型的气液分离罐的进料单元通过设置进料管和扩大管组件，且扩大管组件的横截面积大于进料管的横截面积，使得气液混合物从进料管进入至扩大管组件后，气液混合物的流速降低，能够实现气液混合物在扩大管组件中的预分离，此外，气液混合物的流速降低能够增加气液混合物在气液分离罐内的停留时间，提高气液分离罐的分离效果。本实用新型的气液分离罐结构简单，稳定可靠，阻力较小，并能够适用于乏燃料后处理领域中放射性液体的处理，且在进行放射性气液混合物的分离的过程中，由于其均采用非机械运动的组件，且无电子组件，无需进行检修和配件的更换，能够减少气液分离罐的辐射。
29.本实用新型的气液分离系统通过采用上述的气液分离罐，气液分离的效率高，能够有效节省分离出的气体的后处理成本，且结构简单，操作方便。
附图说明
30.图1为本实用新型实施例中的气液分离罐的结构示意图；
31.图2为图1的俯视图。
32.图中：1
‑
筒体；2
‑
封头；3
‑
排气口；4
‑
进料管；5
‑
排料口；6
‑
扩大管；7
‑
喇叭口；8
‑
倾斜挡板；9
‑
水平挡板；10
‑
锥体罐；11
‑
小孔。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的范围。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用
新型的限制。
35.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“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地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.本实用新型提供一种气液分离罐，包括罐体和进料单元，
38.所述罐体上设置有进料口、排气口和排料口，
39.所述进料单元贯穿所述进料口，用于向所述罐体内输送气液混合物；
40.所述进料单元包括进料管和扩大管组件，所述进料管与所述扩大管组件连通，且所述扩大管组件的横截面积大于所述进料管的横截面积；
41.所述气液混合物依次通过所述进料管和所述扩大管组件，进入至所述罐体内，并在所述罐体内气液分离，且分离后的气体从所述排气口排至所述罐体外，分离后的液体从所述排料口排至所述罐体外。
42.本实用新型还提供一种气液分离系统，包括空气提升器，还包括上述的气液分离罐，所述空气提升器与所述气液分离罐相连，用于向所述气液分离罐中输送气液混合物。
43.实施例1：
44.本实施例公开了一种气液分离罐，如图1所示，包括罐体和进料单元，其中，罐体上设置有进料口、排气口3和排料口5。
45.进料单元贯穿进料口，用于向罐体内输送气液混合物。
46.具体的，进料单元包括进料管4和扩大管组件，进料管4与扩大管组件连通，且扩大管组件的横截面积大于进料管4的横截面积。本实施例中，进料单元的进料管4贯穿设置在罐体的进料口上。
47.气液混合物依次通过进料管4和扩大管组件，进入至罐体内，并在罐体内气液分离，且分离后的气体从排气口3排至罐体外，分离后的液体受重力的作用，从排料口5排至罐体外。
48.其中，气液混合物进入罐体内后，气体在浮力的作用下先经过减速到零再反向向上加速，进入罐体的上部分，最终从排气口3排至罐体外。
49.本实施例中，由于扩大管组件的横截面积大于进料管4的横截面积，使得气液混合物从进料管4进入至扩大管组件中时，流速降低，能够实现气液混合物的预分离，且气液混合物的流速降低能够增加气液混合物在罐体内的停留时间，增强气液分离罐的分离率。
50.本实施例中，扩大管组件包括扩大管6和喇叭口7，其中，扩大管6竖直设置在罐体内，其两端分别与进料管4和喇叭口7连通。
51.此外，扩大管6与进料管4均为圆柱形，且扩大管6的直径大于进料管4的直径。
52.喇叭口7为圆台形，其上底与扩大管6连接，且上底的直径与扩大管6的直径相等，其下底的直径大于其上底的直径。
53.通常，喇叭口7的下底位于罐体内的存储的液体的最高液面的上方，气液混合物从
喇叭口7的下底排出后直接进行气液分离，避免分离出的气体与罐体内存储的液体接触造成的气体夹带液体的问题，便于提高气体与液体的分离效率。
54.具体的，根据物料守恒的公式：
55.u1a1ρ1＝u2a2ρ2ꢀꢀ
(1)
56.其中，u为流体流速，a为管道横截面积，ρ为流体密度。
57.且
58.a＝π/4
·
d2ꢀꢀ
(2)
59.d为管径。
60.由公式(1)和公式(2)可知，流体流速u与管径d的平方成反比，即增加管径会减小流体的流速，因此，气液混合物从进料管4进入至扩大管6和喇叭口7后，气液混合物的流速会减小，使得气液混合物进入罐体内后，气液混合物在罐体内的停留时间增加，能够提高气液分离罐的分离效率。此外，气液混合物进入罐体内的流速减小还能够改善液体在罐体内喷溅的问题。
61.本实施例中，喇叭口7为圆台形，且下底的直径大于上底的直径，使得气液混合物从喇叭口7的上底到达下底的过程中，其流通的横截面积增加，流速减小，能够增加气液分离的时间，使气液混合物中的气体能够更充分的脱离液体。
62.其中，气液分离罐的高液位与低液位间距离的计算公式为：
[0063][0064]
其中，t为停留时间，d为容器的直径，v
l
为液体体积流量。
[0065]
根据公式(3)可知，在罐体尺寸一定的条件下，增加了气液混合物在罐体内停留时间有利于气液分离，能够使气液混合物充分分离。
[0066]
本实施例中，气液分离过程中，大粒径的液滴在重力作用下向下落下，直至通过排料口5排出至罐体外，而小粒径的液滴受到气体的浮力作用，首先先经过减速到零再反向向上加速，被气体夹带进入至罐体的上部分。
[0067]
具体的，在气液分离罐内，由浮动液滴的平衡条件，可以得出：
[0068][0069]
其中，v
t
为液滴的浮动(沉降)流速，d
*
为液滴的直径，ρ
l
为液体密度，ρ
g
为气体密度，g为重力加速度，c
w
为阻力系数。
[0070]
通过比较气体流速和悬浮液滴的浮动(沉降)流速v
t
，可以判断不同粒径的液体的运动方向，在气流速度一定的条件下，当气流速度与悬浮液滴的浮动(沉降)流速v
t
相等时，可以根据公式(4)得到临界悬浮液滴的粒径，粒径小于该临界粒径的悬浮液滴会被气流能够携带上升到气液分离罐上部，而粒径大于该临界粒径的悬浮液滴则直接聚集至气液分离罐的下部。
[0071]
本实施例中，气液分离罐还包括挡板，其中，挡板设置在罐体内，且位于进料口上方。
[0072]
设置挡板能够改变气体的流向，当向上运动的气体与挡板碰撞后，在密度差的作用下，气体中夹带的微小液滴会与气体分离，因此，挡板能够阻挡小液滴及雾沫的排出，从
而提高气液分离罐的分离效率。
[0073]
具体的，挡板包括水平挡板9和倾斜挡板8，且倾斜挡板8为圆台形，通过其下底与罐体内侧壁相连，倾斜挡板8用于改变气体的流向。
[0074]
本实施例中，倾斜挡板8的下底焊接在罐体内侧壁上。
[0075]
水平挡板9设置在倾斜挡板8上方，且其直径大于倾斜挡板8上底的直径，用于拦截气体中夹带的液滴，阻挡小液滴或雾沫被气体带出，从而达到提高气液分离罐的分离效果，并减少气体的后续处理成本。
[0076]
本实施例中，水平挡板9为圆弧形，部分气体及被气体夹带的细小液滴或雾沫直接与水平挡板9相撞，气体中夹带的细小液滴或雾沫沿着水平挡板9的半径方向流动，汇集在倾斜挡板8和罐体之间。气体则从水平挡板9的边沿到达水平挡板9的上方，最终从排气口3排出。
[0077]
还有部分的气体及被气体夹带的的细小液滴或雾沫与倾斜挡板8相撞，细小液滴或雾沫在惯性力的作用下，保持其原来向上的运动轨迹，沿着倾斜挡板8的开口向上，再与水平挡板9相撞，在水平挡板9上再次进行气液分离，最终，分离后的气体从排气口3排出。分离后的细小液滴或雾沫沿着水平挡板9的半径方向流动，汇集在倾斜挡板8和罐体之间。
[0078]
其中，小液滴到达挡板(包括水平挡板9和倾斜挡板8)的位置时，在惯性力的作用下，保持原来向上的运动轨迹。其中，根据《新型高效除沫器的分离性能研究》中的可知，液滴受到的惯性力f
i
：
[0079][0080]
其中，dp为液滴直径，t为时间，ρ
p
为液滴密度，u
p
为液滴流速。
[0081]
由公式(5)可知，惯性力f
i
与液滴直径dp成正比，直径较大的液滴首先被挡板捕捉，聚集在挡板(包括水平挡板9和倾斜挡板8)上，形成液膜，当累积到一定量时，在重力的作用下落入罐体的底部，而气体惯性较小，流向发生改变，实现气体与液体的分离。
[0082]
本实施例中，倾斜挡板8上设置有小孔11，小孔11用于排放倾斜挡板8与罐体之间的汇集的液滴，防止液体积累在倾斜挡板8上。
[0083]
具体的，小孔11的数量为多个，且均匀设置在靠近倾斜挡板8下底的侧壁上。
[0084]
本实施例中，如图2所示，小孔11的数量为4个，且小孔11的形状为弧形，便于倾斜挡板8上的液体的排放。
[0085]
本实施例中，罐体包括筒体1、封头2和锥体罐10，封头2、筒体1和锥体罐10依次连接，其中，封头2能够密封筒体1，还能够减少罐体的应力集中的作用。
[0086]
排气口3设置在封头2的顶部，用于排放分离出的气体。
[0087]
进料口设置在筒体1的侧壁上，用于向罐体内输送气液混合物。
[0088]
排料口5设置在锥体罐10的底部，用于排放分离出的液体。此外，设置锥体罐10便于汇集分离后的液体，并使汇集在锥体罐10内的液体全部排出。
[0089]
本实施例中，扩大管组件、罐体、排气口3以及排料口5在竖直方向的中心线均重合，用于减少气液夹带，进一步增强气液分离罐的分离效率。
[0090]
本实施例中，进料管4倾斜设置，其位于罐体内的一端的竖直高度小于其位于罐体外的一端的竖直高度，使得进料管4的两端具有一定位差，便于排放进料管4内的积液，防止
气液混合物在进料管4内积液。
[0091]
本实施例的气液分离罐能够在进料单元内对气液混合物进行预分离，并增加气液混合物在罐体内的停留时间，提高了气液分离罐的分离效果，且气液分离罐采用非机械运动组件，无电子组件，无需检修和更换配件，在进行放射性气液混合物的处理时，能够降低放射性物质对工作人员的辐照。
[0092]
实施例2：
[0093]
本实施例公开了一种气液分离系统，包括空气提升器，还包括实施例1的气液分离罐，空气提升器与气液分离罐相连，用于向气液分离罐中输送气液混合物。
[0094]
本实施例的气液分离系统的气液分离的效率高，避免气体中夹带大量液滴导致的气体的后处理成本高的问题，且结构简单，操作方便。
[0095]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。