用于收集、沉積和分離流體流的化學化合物的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種適用于在流體流中收集、沉積并分離化合物并適于插入到封閉容積中的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括:具有多個窗口(Si)的層的堆疊體(21，…2n；41，…4n),所述窗口允許所述流體流穿過，相鄰的層形成0<α<90°的角度，所述角度是可變且受控的，相鄰的層之間的距離是可變且受控的，以便在系統(tǒng)內部控制流體流的流動速度；在所述層之間的多個擴張孔(31，…3m；51，…5m)，所述擴張孔適于在封閉容積內部噴射液體化學溶液，以便在層的表面上和在封閉容積的側壁上形成液體化學溶液的薄膜；用于在所述堆疊體的上游產生要被混合在所述流體流中的化學溶液液滴的系統(tǒng)；化學化合物的顆粒，所述化學化合物的顆粒通過利用液滴碰撞并通過在薄膜上擴散來收集，并且所述顆粒相對于所述化學溶液反向流動。
【專利說明】
用于收集、沉積和分離流體流的化學化合物的方法和系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及用于收集、沉積和分離流體流的化學化合物的方法和系統(tǒng)，通過在固體大表面中濃縮化學化合物并且通過分離和積聚化學化合物而在流體流中分離化學化合物。
【背景技術】
[0002]已知的是，基于在污染物和液滴之間的碰撞效應的不同種類的分離器系統(tǒng)、特別是液體氣體接觸裝置主要用于洗滌系統(tǒng)中。
[0003]然而，這些已知的系統(tǒng)限于僅在要被分離和積聚的具體種類的化學化合物的特別情況下使用，并且沒有針對在不同且變化的情況和表面中的普遍的使用進行優(yōu)化。

【發(fā)明內容】

[0004]因此，本發(fā)明的主要目的是提出能夠解決以上所描述的問題的用于沉積和分離存在于穿過濃縮和分離系統(tǒng)的流體流中的化合物的方法和系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的基本思想是基于改變流體流的流動速度形成用于濃縮存在于流體流中的化合物并且用于從濃縮表面分離已濃縮的材料的系統(tǒng)和方法。
[0006]本發(fā)明的特別的目的在于一種用于在流體流中收集、沉積和分離化學化合物的方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0007]在封閉容積中提供具有多個窗口的層的堆疊體，所述窗口允許流體流穿過，相鄰的層形成O < α〈90°的角度，該角度是可變且受控的，在相鄰的層之間的距離是可變且受控的，以便控制流體流的流動速度；
[0008]在所述封閉容積中在所述層之間提供擴張孔，該擴張孔適于在封閉容積內部噴射液體化學溶液，并適于在所述層的表面上和在封閉容積的側壁上形成液體化學溶液薄膜；
[0009]在所述堆疊體的上游生成要被混合在流體流中的化學溶液液滴；
[0010]通過與液滴碰撞并通過在薄膜上擴散來收集化學化合物的顆粒，所述顆粒相對于化學溶液反向流動。
[0011]本發(fā)明的另外的目的是提供一種適于在流體流中收集、沉積和分離化學化合物、也適于插入到封閉容積中的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括:
[0012]具有多個窗口的層的堆疊體，所述窗口允許流體流穿過，相鄰的層形成O<α〈90°的角度，該角度是可變且受控的，在相鄰的層之間的距離是可變且受控的，以便在該系統(tǒng)內部控制流體流的流動速度；
[0013]在所述層之間的多個擴張孔，所述多個擴張孔適于在封閉容積內部噴射液體化學溶液，以便在所述層的表面上和在封閉容積的側壁上形成液體化學溶液薄膜；
[0014]用于在堆疊體的上游生成要被混合在所述流體流中的化學溶液液滴的系統(tǒng)；
[0015]化學化合物的顆粒，所述顆粒通過與液滴碰撞并且通過在薄膜上擴散來收集，所述顆粒相對于所述化學溶液反向流動。
[0016]正如在形成本發(fā)明說明書的整體的一部分的所附的權利要求中所描述的，這些和其它目的通過基于改變流體流的流動速度而適于濃縮存在于流體流中的化合物且適于從濃縮表面分離已濃縮的材料的方法和系統(tǒng)獲得。
【附圖說明】
[0017]根據(jù)通過僅舉例的且非限制性的示例所給定的以下詳細描述，參考附圖來閱讀，本發(fā)明將變得完全清楚。
[0018]圖1示出了層的幾何形狀的實施例的示例；
[0019]圖2示出了通過沉積堆疊體的液體化學溶液流體流動的實施例的示例；
[0020]圖3示出了通過沉積堆疊體的還用于清洗沉積堆疊體表面的反向流動的液體化學溶液流的實施例的示例；
[0021]圖4示出了具有液體化學溶液流體流動的另一沉積堆疊體的幾何形狀的實施例的示例；
[0022]圖5示出了各向同性的液體化學溶液的流動速度函數(shù)的實施例的示例；以及
[0023]圖6示出了用于在層的上游形成液滴流動的系統(tǒng)的實施例的示例。
[0024]在圖中，相同的附圖標記編號和字母指示相同或功能上等同的零件。
【具體實施方式】
[0025]以下，描述了本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的一些非限制示例性的實施例。
[0026]本發(fā)明的系統(tǒng)基于改變流體流的流動速度而適于濃縮存在于流體流中的化合物并適于從濃縮表面分離已濃縮的材料，并且主要包括以下所描述的部件。
[0027]該系統(tǒng)插入到封閉容積中，該封閉容積稱之為“沉積堆疊體”，該沉積堆疊體具有給定的形狀，例如圓柱形形狀，或者平行六面體形狀，或者自定義的非標準形狀。
[0028]沉積堆疊體具有至少允許流體流進入到容積中的表面區(qū)域和至少允許流體流從容積排出的表面區(qū)域。
[0029]沉積堆疊體內部具有從入口表面區(qū)域注射水或者一般液體化學溶液并釋放該液體的液壓系統(tǒng)。
[0030]沉積堆疊體內部具有允許流體流和液體從所述層上所存在的窗口穿過的層的堆置體。
[0031]液壓系統(tǒng)具有擴張孔，例如噴霧器和/或噴嘴和/或龍頭，擴張孔存在于所述層之間(內部)，并且優(yōu)選地也存在于封閉容積的側壁上，所述擴張孔適于在沉積堆疊體內部、甚至在所述層之間噴射水和/或液體化學溶液。
[0032]層的堆疊體的特征優(yōu)選地在于一個或更多個以下特征:
[0033]層的表面可以是平面(在圖2、3中的表面21，-dn)或者非平面(在圖4中的表面41，...4η)......；
[0034]在堆疊體中，相鄰的層之間的距離是可變且可控的；
[0035]在堆疊體中，相鄰的層形成例如O<α〈90°的角度α;正如下所解釋的，該角度根據(jù)要被分離的顆粒(例如污染物顆粒)的統(tǒng)計成分來確定并能夠變化，具體地，對于要被擴散的更高比例的顆粒(即大工業(yè)設備中的無機物質，PMl)而言朝著更大角度，對于要被碰撞的更高比例的顆粒而言朝著更小角度。
[0036]層通過合適的支撐件懸置到沉積堆疊體，所述支撐件配置成使得被控制用于設定相鄰的層之間的角度。在可能的實施例中，支撐件可為以下所描述的桿。
[0037]窗口Si(圖1)的特征優(yōu)選地在于一個或更多個以下特征:
[0038]窗口限定了彼此完全不同的幾何形狀，例如滿足等周不等式的從圓形到三角形的幾何形狀；
[0039]窗口被網覆蓋，網具有小于5mm的網眼；
[0040]每一個表面(層)包含至少一個窗口；
[0041]每一個表面(層)可具有不同幾何形狀的窗口；
[0042]在單個層中的窗口的配置可以是不規(guī)則的，甚至不能在同一堆疊體配置的另一層中復制;在相繼的層中，窗口的位置可以不同。
[0043]液壓系統(tǒng)的特征優(yōu)選地在于一個或更多個以下特征:
[0044]擴張孔(噴霧器和/或噴嘴和/或龍頭)存在于所述層之間(內部)，并且優(yōu)選地也存在于封閉容積的側壁上。例如在圖2、3和4中，噴霧器和/或噴嘴和/或龍頭在大體上縱向地插入到容積中的且穿過所述層的多個桿(31，…3m;51，…5m)上獲得。借助于噴霧器和/或噴嘴和/或龍頭，水或液體化學溶液在容積內部在所述層之間噴射，大體上用于清洗所述層的表面并優(yōu)選清洗容積的側壁以及在反向流動中排走要被收集的顆粒。擴張孔的形式根據(jù)要被噴射的流體的種類確定，使得在層的整個表面上、甚至在容積的側壁上噴射盡可能多的溶液。在封閉容積中的堆疊體的層的可調節(jié)的斜度具有提高排出效應的優(yōu)點。
[0045]在該系統(tǒng)中存在兩個相反的流動方向:水或者液體化學溶液(圖3)的反向流動和具有要被收集的顆粒的液滴和氣體的流體的向前流動，從而獲得化學溶液和主流動的濕式混合物并且形成沉積在層的表面上和沉積在容積的側壁上濕潤的薄膜。要被分離的顆粒均由作為碰撞的沉淀物的液滴和沉積在層的表面上的薄膜收集，并且所述要被分離的顆粒沿著反向方向流動。
[0046]通過任何適合的裝置在沉積堆疊體的上游的區(qū)域中相對于主流動方向形成液滴的向前流體。
[0047]在以同一
【申請人】的名義于2O I 2年I I月6日申請的意大利專利申請N0.MI2012A001893中描述了用于形成液滴流動的裝置的非限制性示例，該專利申請因此通過引用而整體結合于此。
[0048]參考圖6(之前所引用專利申請的圖2)，示出了封閉的液體溶液栗送系統(tǒng)，該封閉的液體溶液栗送系統(tǒng)能夠在封閉容積內部栗送液體溶液，以便從容積內部的集管109流出形成液滴。
[0049]具有噴霧器211的多個管分布在集管上，以噴射液體并形成與包含將要滴落的顆粒的氣體混合的液滴，并在沉積堆疊體的層的上游形成以給定的進入速度穿過沉積堆疊體的層的流體。
[0050]在沉積堆疊體的層的內部生成湍流，所有顆粒都被收集，所有液滴都掉落在容積的內部表面上，并且在沉積堆疊體的下游，凈化了顆粒的氣體根據(jù)產品的具體框架最終以給定的濕度比例或者以沒有濕度而流走。
[0051]優(yōu)選地，被栗送的用于形成液滴的化學溶液與通過以上所描述的擴張孔噴射的化學溶液種類相同。
[0052]該系統(tǒng)適于控制顆粒和液滴的相對速度:通過改變在所述層之間的距離控制最小流動速度，即距離越遠，流動速度越小;通過改變在層上的窗口的尺度和位置控制最大流動速度，即窗口尺度越小，最大流動速度越大。
[0053]因此，通過控制層之間的距離和角度以及以下更詳細地描述的擴散工藝的數(shù)量，能夠獲得基于將要處理的顆粒種類來調整的、也在時間上的變化的函數(shù)。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的所描述的方面，根據(jù)在沉積堆疊體的幾何形狀參數(shù)而不是流動化學成分獲得適應性。流動化學成分根據(jù)要被處理的顆粒的具體種類大體上是本身已知的催化物質的水溶液。
[0055]要被處理的顆粒例如是污染物的顆粒(即PMl‘"PM10、S0x、N0x、臭氧、碳氫化合物、甲烷、苯等…)以及由法律規(guī)定的污染物。在其它情況下，例如用于工業(yè)流動流體或氣體的轉化處理。
[0056]系統(tǒng)可借助惰性材料、例如聚合物或者不銹鋼實現(xiàn)，以不妨礙將要獲得的工藝。
[0057]本發(fā)明的方法基于改變流體流的流動速度而適于濃縮存在于流體流中的化合物并且適于從濃縮表面分離已濃縮的材料，并且主要地包括如下所描述的步驟。
[0058]本發(fā)明的沉積堆疊體適于收集均存在于沉積堆疊體中和存在于沉積堆疊體表面中的液體溶液液滴中的顆粒(例如污染物顆粒)。液體溶液液滴的尺寸非常小，即液滴的尺寸小于ΙΟμπι，能夠流到沉積堆疊體中。這些液體溶液液滴完全地濕潤沉積堆疊體的整個自由表面。此外，在沉積堆疊體內部具有若干液體溶液注射器，該若干液體溶液注射器確保整個表面濕潤并清洗整個表面。
[0059]顆粒主要通過以下詳細描述的碰撞效應和擴散效應來收集。
[0060]更具體地，就碰撞效應而言，顆粒(特別是污染物顆粒)在沉積堆疊體中將遵循流體流動流的流線。然而，當液體液滴被引入到流中時，由于這些流線圍繞液體化學溶液液滴偏離，顆粒不能一直遵循這些流線。由于顆粒的質量，它們脫離流線并且碰撞液滴。
[0061 ]當顆粒的直徑增大時且當顆粒和液滴之間的相對速度增大時，碰撞效應也增加。
[0062]當顆粒變得更大時，它們不太可能遵循圍繞液滴的流體流動流線。而且，當顆粒相對于液體液滴移動地更快時，顆粒將擊中液滴的機會更大。碰撞在沉積堆疊體中、特別對于流動速度大于0.3m/s的流體流動而言是非常有效的收集機制。
[0063]在該流動速度的范圍內，更大直徑(即直徑大于1.Ομπι)的顆粒被收集。碰撞也增加了液體溶液液滴的密度的增加。同樣地，對于在液滴上的碰撞效應而言，在沉積堆疊體的整個表面上存在碰撞。液體化學溶液薄膜存在于沉積堆疊體的整個表面上。接著碰撞表面的所有顆粒都被收集。
[0064]就擴散效應而言，非常小的顆粒(特別是直徑小于0.Ιμπι的污染物顆粒)經歷布朗運動，在流體流動流中隨機運動。這些顆粒小到使得當它們在流體流動流中運動時，它們被流體流動分子碰撞。碰撞使得它們以不同的方式隨機運動，或者通過流體流動擴散。該不規(guī)則運動可使得顆粒與液滴碰撞且被收集。正因為如此，和碰撞一樣，擴散在沉積堆疊體中、特別對于小于0.Ιμπι的顆粒而言在收集機制上是非常有效的。
[0065]擴散率取決于在顆粒和液體溶液液滴之間的相對速度和液體化學溶液液滴的直徑。
[0066]同樣地，對于在液滴上的擴散效應而言，在沉積堆疊體的整個表面上具有擴散。在沉積堆疊體的整個表面上存在液體化學溶液薄膜。接著擴散到表面的所有顆粒通過液體化學溶液的薄膜收集。
[0067]因為碰撞效應和擴散效應，收集效率隨著相對速度的增加以及液體液滴尺寸的減小而增加。
[0068]本發(fā)明的沉積堆疊體的主要特征在于使用與液滴上的碰撞相關和與大表面液體薄膜上的擴散相關的兩種效應。
[0069]當相對速度是用于收集顆粒的基本參數(shù)時，另一特征是能夠獲得通過整個沉積堆疊體的可變流動速度的沉積堆疊體的特性。因此能夠裝配沉積堆疊體，以便僅通過設定合適的流動速度函數(shù)而取得能夠收集具體顆粒的合適的流動速度函數(shù)。另外，能夠通過設定合適的流動速度函數(shù)收集不同類別的顆粒。
[0070]在圖5中描述了流動速度函數(shù)的示例。這是各向同性的沉積堆疊體的情況，其中，最大流動速度是恒定的并且最小流動速度也是恒定的。在所描述的沉積堆疊體中，能夠產生數(shù)不清的不同的流動速度函數(shù)。
[0071]在圖5中的函數(shù)參數(shù)Vmax和Vmin代表絕對最大速度和絕對最小速度;在所采用的大多數(shù)的配置中，根據(jù)將要處理的顆粒種類存在若干相對最小速度Vmin和若干相對最大速度Vmaxο
[0072]能夠根據(jù)窗口的尺度設定相對最大速度Vmax，同時能夠根據(jù)連續(xù)的層的距離設定相對最小速度Vmin。這些設定允許以精確的模式影響目標顆粒，并同時使得大量的顆粒被處理和收集。
[0073]因此，可根據(jù)顆粒尺度的差異沿著不同的層設定不同的參數(shù)。
[0074]本發(fā)明的主題的基于改變流體流的流動速度而用于濃縮存在于流體流中的化合物和用于從濃縮表面分離已濃縮的材料的方法的一般原則如下。
[0075]假定S和P分別是一般窗口的面積和周長，在圖1中我們例如使窗口具有面積Si和周長Pi = ai+bi+Ci。于是以下等周不等式一定成立:
[0076]4JiSi < Pi2
[0077]假定A是沉積堆疊體的一般單個層的面積，在圖1中我們使示例性的一般層具有面積A和周長P = a+b+c+d+e+f+g。于是以下不等式一定成立:
[0078]KT4ASXiSi
[0079]本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可通常應用于不同裝置、例如那些被稱為濕式洗滌器的裝置中。
[0080]通常，洗滌器是流動氣體控制裝置，其可用于從工業(yè)廢氣流消除污染物化合物和/或氣體。例如空氣洗滌器用于從空氣中消除二氧化碳。
[0081]當本領域技術人員從以上描述的教導出發(fā)能夠完成本發(fā)明時，將不再描述進一步的實施細節(jié)。
[0082]對于本領域的技術人員來講，在考慮到公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明書和附圖之后，本發(fā)明的多個變化、改進、變型和其它用途以及應用將變得明顯。未脫離本發(fā)明的范圍的所有這些變化、改進、變型和其它用途以及應用都被視為由本發(fā)明涵蓋。
[0083]例如，該系統(tǒng)主要應用在豎直定向的封閉容積和主流動中，然而任何其它定向、甚至水平定向也是可能的。
[0084]在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，在不同形式的優(yōu)選實施例中所描述的部件和特征可相互組合。
【主權項】
1.一種適于在流體流中收集、沉積和分離化學化合物并適于插入到封閉容積中的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括: 具有多個窗口(Si)的層的堆疊體(21，…2η;41，…如)，所述多個窗口允許所述流體流穿過，相鄰的層形成O <α〈90°的角度，所述角度是可變且受控的，相鄰的層之間的距離是可變且受控的，以便在所述系統(tǒng)內部控制流體流的流動速度； 在所述層之間的多個擴張孔(31，…3m;51，…5m)，所述多個擴張孔適于在所述封閉容積內部噴射液體化學溶液，以使在所述層的表面上和在所述封閉容積的側壁上形成液體化學溶液的薄膜； 用于在所述堆疊體的上游形成將要混合在所述流體流中的化學溶液的液滴的系統(tǒng)；化學化合物的顆粒，所述化學化合物的顆粒通過與液滴碰撞并通過在薄膜上擴散來收集，所述顆粒相對于所述化學溶液反向流動。2.如在權利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述層的堆疊體包括一個或更多個以下特征: 所述表面是平面或者非平面； 所述在相鄰的層之間的OS α〈90°的角度根據(jù)所述顆粒的統(tǒng)計成分來控制，具體地，對于要被擴散的更高比例的顆粒而言朝著更大角度，或者對于要被碰撞的更高比例的顆粒而言朝著更小角度； 所述層通過支撐件懸置到所述封閉容積，所述支撐件配置成使得被控制用于設定相鄰的層之間的所述角度。3.如在權利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，以下關系應用于層: 10-4AS IiSi 其中:A是層的面積，Σ iSi是在層上的窗口的面積和。4.如在權利要求3中所述的系統(tǒng)，其中，所述窗口包括一個或更多個以下特征: 窗口在層之間、甚至在同一層中具有不同的幾何形狀； 所述窗口被網覆蓋； 窗口在層中具有不規(guī)則的位置，甚至與其它層不同。5.如在權利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述擴張孔包括一個或更多個以下特征: 所述擴張孔是噴霧器和/或噴嘴和/或龍頭； 所述擴張孔存在于封閉容積的側壁上； 所述擴張孔在縱向地插入到封閉容積中的且穿過所述層的多個桿(31，…3m;51，…5m)上獲得。6.—種用于在流體流中收集、沉積和分離化學化合物的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: 在封閉容積中提供具有多個窗口的層的堆疊體，所述窗口允許流體流穿過，相鄰的層形成O < α<90°的角度，所述角度是可變且受控的，在相鄰的層之間的距離是可變且受控的，以便控制流體流的流動速度； 在所述封閉容積中在所述層之間提供擴張孔，所述擴張孔適于在所述封閉容積內部噴射液體化學溶液，并在所述層的表面上和在封閉容積的側壁上形成液體化學溶液的薄膜；在所述堆疊體的上游生成要被混合在所述流體流中的化學溶液液滴； 通過與液滴碰撞并通過在薄膜上擴散來收集化學化合物的顆粒，所述顆粒相對于化學溶液反向流動。7.如在權利要求6中所述的方法，其中:在相鄰表面的所述OSα〈90°的角度根據(jù)所述顆粒的統(tǒng)計成分來控制，具體地，對于要被擴散的更高比例的顆粒而言朝著更大角度，或者對于要被碰撞的更高比例的顆粒而言朝著更小角度。8.如在權利要求6中所述的方法，其中，以下關系應用于表面: 10-4AS IiSi 其中:A是表面(層)的面積，Σ iSi是在表面上的窗口的面積和。9.一種包括如在權利要求1至5中任一項所述的系統(tǒng)的濕式洗滌器。10.—種如在權利要求1至5中任何一項所述的適于收集、沉積和分離流體流的化學化合物的系統(tǒng)，其中，所述化學化合物是污染物的顆粒。
【文檔編號】B01D53/00GK105828914SQ201480057135
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年9月12日
【發(fā)明人】毛羅·特里波迪, 保羅·特里波迪
【申請人】創(chuàng)新科學技術有限責任公司, 毛羅·特里波迪, 保羅·特里波迪, 朱塞佩·斯潘托