[实用新型]混合气体分离装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及混合物分离技术领域，特别涉及一种混合气体分离装置。

背景技术

在涉及化学反应的很多工业过程中，经常需要对混合气体进行分离，更纯净的气体物质有利于工程应用。常规的分离方法包括：

吸收法。利用化学反应或物理反应吸收其中一部分组分，以提高另一部分组分的纯度。如将二氧化碳和氧气的混合气体通过氢氧化钠溶液后，二氧化碳被吸收，氧气的纯度提高；再比如通过活性炭吸附减少空气中有害杂质的含量。这种方法的问题在于需要不断补充吸收剂或者吸附剂。

深冷分离。利用相变分离固、液、气相，如对空气降温至特定温度，既可以利用氧气和氮气沸点不同的特性将氮气液化而保持氧气为气态，并进一步分离气体和液体，从而实现分离。这种方法的问题在于能耗特别大。

与深冷分离相反，也可以利用加热混合液体的方式提纯不同的组分，通过把液体加热到特定温度，可以让特定的成分蒸发沸腾为气体，其他成分保持液体状态，从而实现分离，如石油蒸馏。这种方法只适用于液体，而且还要考虑加热过程中可能会发生化学反应，如焦化等问题。

气体分离膜方法。要分离的气体以高压供给膜装置透过膜的一侧，膜的另一侧保持较低压力，膜两侧压力差作为气体透过膜进行扩散的推动力，由于供料组分的相对迁移速率不同，因而得到分离。这种方法的问题在于设备尺寸巨大，而且成本高昂。

变压吸附法。需要不断调整反应室内的气体压力，以使其特定组分被吸附物吸收或者释放。调整反应室内的压力需要较大的设备，能耗也较高。

以上气体分离方法及设备均存在明显的缺陷，有没有一种结构简单、环保而高效的分离装置成为当下一个重要的课题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种混合气体分离装置，它所采用的技术方案是：一种混合气体分离装置，它包括:旋转流道，所述旋转流道呈螺旋式或盘旋式或螺旋式加盘旋式结构，流道两端设置有气体进口与气体出口；出口装置，其上设置有气体分离口，出口装置气体分离口插置于旋转流道的气体出口处，出口装置的气体分离口将旋转流道的气体出口沿旋转流道的径向从外径到内径分成若干通道；混合气体经过旋转流道在离心力的作用下，按照分子量的差异从不同的通道中流出，进入后续的气体收集装置，实现混合气体的分离及收集。

本实用新型的工作原理是：不同组分的气体虽然容易扩散混合，但是在重力的作用下，密度大的组分仍然相对集中在高度较低的位置，密度小的组分相对集中在高度较高的位置，或者更严格地说密度大的组分集中在力场的正方向，密度小的组分集中在力场的反方向。由于混合气体的压力和温度基本一致，所以密度的不同主要由分子量差异带来。空气中有很多组分，其中主要的组分中氮气分子量28，氧气分子量32，二氧化碳分子量44，在同样的温度和压力下，二氧化碳的密度比氮气和氧气大，在重力作用下，密度大的二氧化碳会在低洼处聚集。很多长时间封闭的地窖内二氧化碳浓度比外界大气高，有时甚至会导致人员中毒事故，这就是该效应的实际现象。一定的分子量差异对于大分子量气体而言比例小，因密度不同而导致的分离效应小，而对于小分子量气体而言，这“一定量”的分子量差异比例就很大，因密度不同而导致的分离效应就很大。增大力场强度就可以加强这种分离效应，对于小分子量气体而言，这种效应更加明显。可以利用离心力来替代重力实现这种效应。

让气体混合物以高速通过一个旋转流道。因为气体各组分的分子量不同，在同样的温度和压力下密度不同，在旋转流道中流动会产生巨大的离心力，在离心力作用下，分子量大的组分因为密度大故而聚集在旋转流道中外径的一侧，分子量小的组分因为密度小故而聚集在旋转流道中内径的一侧。在旋转流道气体进口处的混合气体经过旋转流道后在气体出口处则会因为分子量的不同而分离。

本实用新型更进一步的技术特征是：

所述旋转流道为半径固定的螺旋式结构，其包括：圆柱形零件，所述圆柱形零件外表面开设有螺旋形的槽；与圆柱形零件通过连接件相连接的壳体，所述壳体与圆柱形零件上的螺旋形的槽共同形成螺旋形的旋转流道。

所述旋转流道为盘旋式结构，其由中空的管路盘旋形成。

所述盘旋式结构的旋转流道的气体出口设置于靠近流道的旋转中心一端，气体进口设置于远离旋转中心一端。

所述旋转流道为半径变化的螺旋式结构，其由中空的管路圆台形盘旋形成，气体出口设置于圆台形顶端，气体进口设置于圆台形底部。