在常壓條件下，分離器通常是水平或垂直設(shè)計(jì)。本節(jié)討論了臥式氣液分離器和立式氣液分離器的設(shè)計(jì)或選型。
圖1顯示了臥式氣液分離器的原理圖。氣電解質(zhì)混合物進(jìn)入液體部分的氣液分離器。在這里，氣泡以上升的速度上升到表面，并在頂部離開分離器。電解液從氣液分離器的底部排出。重要的是，液體的停留時(shí)間要足夠長(zhǎng)，以便在液體離開分離器之前，氣泡可以上升到表面。
圖1：臥式氣液分離器示意圖。氣體-電解質(zhì)混合物在液體中進(jìn)入氣液分離器。氣泡上升到氣相并在頂部離開，而電解質(zhì)則在底部離開。
氣泡上升速度可由上篇公式計(jì)算。最小必要液體停留時(shí)間(τl，必要停留時(shí)間(necessary))，單位為[s]的計(jì)算如公式1所示。
其中氣泡的最大上升距離為相對(duì)液體高度(h *)乘以分離器直徑D，單位[m]。此外，對(duì)于氣泡的上升速度，必須確定最小氣泡的直徑。
液體的實(shí)際停留時(shí)間(τl，實(shí)際停留時(shí)間（actual）)，單位為[s]，可由的液體體積流量(Ql)[m3/s]、Al液體流動(dòng)面積[m2]和的分離器長(zhǎng)度L[m]來估計(jì)，如公式2所示。
對(duì)于液體體積流量，假設(shè)它不改變，等于入口液體體積流量。液體面積的計(jì)算方法為總流動(dòng)面積(Aves) [m2]乘以相對(duì)液體面積(A*)。相對(duì)液體面積(A*)由相對(duì)液體高度(h*)計(jì)算得到。下圖2解釋了這一點(diǎn)。
圖2?：相關(guān)的相對(duì)高度和相對(duì)液體面積，在上圖2中，液體高度(h)為[m]， φ為角度[?]。
當(dāng)必要停留時(shí)間等于實(shí)際停留時(shí)間時(shí)，可以找到氣液分離器的最小尺寸。然而，當(dāng)氣泡到達(dá)液體表面時(shí)，它會(huì)打破液體膜，形成如下圖3所示的噴射液滴。這樣，一些液滴進(jìn)入氣相，又回落到液相。下面將解釋這一現(xiàn)象。
為了將液滴從氣相中去除，氣體的停留時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，以便液滴再次沉淀。根據(jù)公式3和4可估計(jì)出[s]內(nèi)的必要停留時(shí)間(τg，必要停留時(shí)間(necessary))和[s]內(nèi)的實(shí)際停留時(shí)間(τg，實(shí)際停留時(shí)間（actual）)。
當(dāng)實(shí)際停留時(shí)間等于或大于必要停留時(shí)間時(shí)，得出氣液分離器的可能的最小尺寸。對(duì)于臥式氣液分離器，典型的L/D比在2.5到5之間。
在低氣體量分離時(shí)，通常使用垂直氣液分離器。在這段落中討論這種垂直分離器的尺寸。垂直立式氣液分離器原理圖如下圖4所示。與臥式氣液分離器相同，重要的是液體的停留時(shí)間要足夠長(zhǎng)，以便在液體離開分離器之前氣泡能夠上升到表面。
氣體-電解質(zhì)混合物進(jìn)入液相。氣泡上升到頂部并離開，而電解質(zhì)則在底部離開。
在這個(gè)例子中，入口剛好低于液位。液體必要的停留時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，以便混合物中的氣泡能夠上升到液體表面。可由公式5計(jì)算。
其中hi為入口的相對(duì)高度，hl為液體的相對(duì)高度。對(duì)于氣泡上升速度，可采用上章節(jié)的公式。液體的最小實(shí)際停留時(shí)間可由公式6計(jì)算。
對(duì)于氣液分離器的最小尺寸，實(shí)際液體停留時(shí)間至少等于或高于必要的液體停留時(shí)間。液體高度和入口高度取決于液滴形成情況，如圖4所示。對(duì)于垂直氣液分離器，典型的L/D比在2和4之間。
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為確定氣液分離器的設(shè)計(jì)方案，作以下假設(shè)：
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氣液分離器入口為液相。對(duì)于垂直氣液分離器，假設(shè)相對(duì)液高為0.4。
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液滴的大小尚不清楚，因此在本研究中沒有考慮到這一行為。為了防止液滴離開系統(tǒng)，確定a h =0.5
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合適的L/D比值以減小分離器體積。因此，在臥式氣液分離器中選擇L/D比為5，而在立式氣液分離器中選擇L/D比為2。
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在圖5中，氣泡直徑與氣液分離器所需體積相關(guān)。由于臥式氣液分離器的總?cè)莘e總是小于立式氣液分離器，所以假定氣液分離器是水平的。
因此，在本文中，氣液分離器采用水平設(shè)計(jì)。圖6為氣泡直徑與氣液分離器長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖6：以最小氣泡直徑為基礎(chǔ)的氣液分離器的理論尺寸
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氫科技網(wǎng)）：堿性電解系統(tǒng)氣液分離器的設(shè)計(jì)機(jī)理
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