RU2296007C1 - Apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems - Google Patents

Apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems Download PDF

Info

Publication number
RU2296007C1
RU2296007C1 RU2005121586/15A RU2005121586A RU2296007C1 RU 2296007 C1 RU2296007 C1 RU 2296007C1 RU 2005121586/15 A RU2005121586/15 A RU 2005121586/15A RU 2005121586 A RU2005121586 A RU 2005121586A RU 2296007 C1 RU2296007 C1 RU 2296007C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
liquid
dispersion
dispersed phase
tank
Prior art date
Application number
RU2005121586/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руфат Шовкет Оглы Абиев (RU)
Руфат Шовкет оглы Абиев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургкий государственный технологический институт (технический университет)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургкий государственный технологический институт (технический университет)" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургкий государственный технологический институт (технический университет)"
Priority to RU2005121586/15A priority Critical patent/RU2296007C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2296007C1 publication Critical patent/RU2296007C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: chemical industry; devices for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems.
SUBSTANCE: the invention is pertaining to the apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes. The pulsation apparatus for treatment of the suspensions consists of the device for inlet of the disperse phase, which body is made in the form of the Venturi tube consisting of the cylinder-cone type convergent tube, the mounted in the body coaxially to it nozzle sealed by the tightening and ending by the branch-pipe used for the dispersion phase feeding. The body is supplied with the feeding branch-pipes, each of which is made in the form of the elbow fitting and is mounted with the capability of rotation around its axis. The apparatus contains also the tank with the branch-pipe connecting the tank with the circulation pump, to which the circulation pipeline used for the liquid continuous phase is connected. The tank is supplied with the branch-pipes and the circulation pipeline for the disperse phase. The regulating valves are intended for regulation of the ratio of the consumptions of the newly-fed liquid phase and the circulating liquid continuous phase, for regulation of the ratio of consumptions of the newly-fed and the circulating dispersion phase and for withdrawal of the spent dispersion phase. The nozzle has the capability of the axial relocation concerning the body. The invention allows to raise efficiency of the apparatus operation due to the increased degree of the dispersion of the dispersion phase and the coefficients of the mass transfer, provision of the more lengthy duration of the phases contact.
EFFECT: the invention ensures the increased efficiency of the apparatus operation, the increased degree of the dispersion of the dispersion phase and the coefficients of the mass transfer, provision of the more lengthy duration of the phases contact.
2 dwg, 2 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к аппаратам для проведения химических реакций и массообменных процессов и может быть использовано для проведения процессов диспергирования газа в жидкости, одной жидкости в другой (эмульгирования), насыщения жидкостью твердых агломератов и их дробления с сопутствующими реакционными и массообменными процессами, например, для проведения экстракции, пропитки, первой стадии экстрагирования, газожидкостных реакций, аэрирования сточных вод, абсорбции в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.The present invention relates to apparatuses for carrying out chemical reactions and mass transfer processes and can be used to carry out processes of dispersing gas in a liquid, one liquid into another (emulsification), saturating a liquid of solid agglomerates and crushing them with concomitant reaction and mass transfer processes, for example, for carrying out extraction, impregnation, the first stage of extraction, gas-liquid reactions, aeration of wastewater, absorption in the chemical, petrochemical, pharmaceutical, food howl and other industries.

Известен аппарат для проведения химических реакций и массообменных процессов в гетерогенных системах жидкость - газ, в котором реализован способ аэрирования жидкости (МПК6 С02F 3/22, В01F 3/04, пат. РФ № 2036853, Б.И. № 16, 1995 г.), состоящий из емкости с аэрируемой жидкостью, циркуляционного насоса, трубопроводов для циркулирующей жидкости и подвода воздуха, распределительной камеры, имеющей центральный канал для ввода воздуха, а также верхний и нижний каналы - для подачи циркулирующей жидкости. Известный аппарат обладает высокой эффективностью, достигаемой за счет столкновения плоских струй жидкости, движущихся под острым углом друг к другу, при котором происходит интенсивное дробление захватываемого воздуха. Образовавшаяся струя газожидкостной смеси распространяется в жидкости в горизонтальном направлении, постепенно поднимаясь к поверхности. Недостатками известного аппарата являются следующие. Во-первых, кинетическая энергия струй жидкости в значительной степени рассеивается в жидкости, находящейся в емкости, и лишь небольшая ее часть затрачивается на дроблении пузырьков. Во-вторых, активная зона, в которой происходит диспергирование газа, ограничена небольшой областью взаимодействия струй жидкости. В-третьих, струя газожидкостной смеси обладает положительной плавучестью, в результате чего она довольно быстро всплывает в основной массе жидкости, и поэтому время пребывания газа в жидкости и контакта фаз может быть весьма коротким. Помимо этого, скорость относительного движения фаз (жидкости и газа) в струе газожидкостной смеси сравнительно мала, так как пузырьки увлекаются жидкостью, т.е. интенсивность воздействия на них заметно ослабевает по мере отдаления от распределительной камеры. Это приводит к слиянию и укрупнению пузырей, а также к снижению коэффициента массоотдачи.A known apparatus for carrying out chemical reactions and mass transfer processes in heterogeneous liquid-gas systems, which implements a method for aerating a liquid (MPK6 C02F 3/22, B01F 3/04, US Pat. RF No. 2036853, B.I. No. 16, 1995 ), consisting of a container with aerated liquid, a circulation pump, pipelines for circulating liquid and air supply, a distribution chamber having a central channel for air inlet, and also upper and lower channels for supplying circulating liquid. The known apparatus has high efficiency, achieved through the collision of flat jets of liquid moving at an acute angle to each other, at which there is intense crushing of the captured air. The resulting stream of gas-liquid mixture propagates in the liquid in the horizontal direction, gradually rising to the surface. The disadvantages of the known apparatus are as follows. Firstly, the kinetic energy of the liquid jets is largely dissipated in the liquid in the tank, and only a small part of it is spent on the fragmentation of the bubbles. Secondly, the active zone in which gas dispersion occurs is limited to a small area of interaction of the liquid jets. Thirdly, the jet of a gas-liquid mixture has positive buoyancy, as a result of which it floats rather quickly in the bulk of the liquid, and therefore the residence time of the gas in the liquid and phase contact can be very short. In addition, the relative velocity of the phases (liquid and gas) in the stream of the gas-liquid mixture is relatively small, since the bubbles are carried away by the liquid, i.e. the intensity of the effect on them noticeably decreases as they move away from the distribution chamber. This leads to the merging and enlargement of the bubbles, as well as to a decrease in the coefficient of mass transfer.

Наиболее близким к заявляемому является аппарат для проведения химических реакций и массообменных процессов в гетерогенных системах жидкость - газ, в котором реализован способ аэрирования жидкости (МПК5 С02F 3/22, пат. РФ № 2023683, Б.И. № 22, 1994 г.), состоящий из емкости с аэрируемой жидкостью, высоконапорного циркуляционного насоса, гидрокомпрессорного устройства, газораспределительной камеры, циркуляционных трубопроводов, регулировочных вентилей и штуцеров. В известном аппарате упрощена подача в жидкость газовой фазы и повышена степень ее использования. Это достигается за счет использования энергии струи жидкости, создаваемой высоконапорным циркуляционным насосом, при этом отношение расхода жидкости, направляемой на нагнетание воздуха, к расходу жидкости, подаваемой тем же насосом на диспергирование воздуха в аппарате, должно находиться в диапазоне от 0,286 до 2,0. Фактически в известном аппарате процесс взаимодействия фаз осуществляется в две ступени. Первой ступенью является гидрокомпрессорное устройство, в котором происходит тонкое диспергирование газа, второй ступенью - емкость с газораспределительной камерой. Недостатками известного аппарата являются следующие. Во-первых, в гидрокомпрессорном устройстве, использованном в известном аппарате, не может быть достигнута высокая степень диспергирования вводимого газа (жидкости, твердых частиц). Во-вторых, в гидрокомпрессорном устройстве, использованном в известном аппарате, мало время пребывания газа и, следовательно, мало время контакта фаз; это связано с тем, что потоки сплошной и дисперсной сред движутся вдоль оси гидрокомпрессорного устройства с высокой скоростью. В-третьих, двухступенчатая система диспергирования газа обладает высоким сопротивлением по жидкости. По этой причине в известном аппарате приходится использовать высоконапорный циркуляционный насос, энергия которого используется недостаточно эффективно.Closest to the claimed is an apparatus for carrying out chemical reactions and mass transfer processes in heterogeneous liquid-gas systems, which implements a method of aerating a liquid (MPK5 С02F 3/22, US Pat. RF No. 2023683, B.I. No. 22, 1994) consisting of a container with aerated liquid, a high-pressure circulation pump, a hydraulic compressor, a gas distribution chamber, circulation pipes, control valves and fittings. In the known apparatus, the flow of the gas phase into the liquid is simplified and the degree of its use is increased. This is achieved through the use of the energy of the liquid jet generated by the high-pressure circulation pump, while the ratio of the flow rate of the fluid directed to the air injection to the flow rate of the fluid supplied by the same pump to disperse the air in the apparatus should be in the range from 0.286 to 2.0. In fact, in the known apparatus, the phase interaction process is carried out in two stages. The first stage is a hydrocompressor device in which there is a fine dispersion of gas, the second stage is a container with a gas distribution chamber. The disadvantages of the known apparatus are as follows. Firstly, in the hydrocompressor device used in the known apparatus, a high degree of dispersion of the introduced gas (liquid, solid particles) cannot be achieved. Secondly, in the hydrocompressor device used in the known apparatus, the residence time of the gas is short and, therefore, the phase contact time is short; this is due to the fact that flows of continuous and dispersed media move along the axis of the hydrocompressor device at high speed. Thirdly, the two-stage gas dispersion system has a high liquid resistance. For this reason, in the known apparatus it is necessary to use a high-pressure circulation pump, the energy of which is not used efficiently.

Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности работы аппарата за счет увеличения степени диспергирования дисперсной фазы и коэффициентов массоотдачи, достижения более продолжительного времени контакта фаз.The objective of the invention is to increase the efficiency of the apparatus by increasing the degree of dispersion of the dispersed phase and mass transfer coefficients, achieve a longer contact time of the phases.

Поставленная задача решается тем, что в аппарате для проведения химических реакций и массообменных процессов в гетерогенных системах, включающем устройство для ввода дисперсной фазы, емкость, циркуляционный насос, циркуляционные трубопроводы, регулирующие клапаны и штуцеры, согласно изобретению устройство для ввода дисперсной фазы включает корпус в виде трубы Вентури, состоящий из цилиндроконического конфузора, горловины и диффузора, установленное в корпусе соосно с ним сопло, заканчивающееся патрубком ввода дисперсной фазы, и снабжено подводящими патрубками в виде колена, каждый из которых выполнен в виде колена и установлен с возможностью поворота вокруг своей оси, причем подводящие патрубки подключены к линии подачи жидкой сплошной фазы, а сопло выполнено с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и подключено к линии подачи дисперсной фазы.The problem is solved in that in the apparatus for carrying out chemical reactions and mass transfer processes in heterogeneous systems, including a device for introducing a dispersed phase, a tank, a circulation pump, circulation pipes, control valves and fittings, according to the invention, a device for introducing a dispersed phase includes a housing in the form Venturi pipes, consisting of a cylinder-conical confuser, a neck and a diffuser, a nozzle installed in the housing coaxially with it, ending with a dispersed phase inlet pipe, and equipped but the supply nozzles in the form of a knee, each of which is made in the form of a knee and mounted to rotate around its axis, and the supply nozzles are connected to the supply line of the liquid continuous phase, and the nozzle is made with the possibility of axial movement relative to the housing and connected to the feed line of the dispersed phase .

Заявляемый аппарат для проведения химических реакций и массообменных процессов в гетерогенных системах позволяет увеличить степень диспергирования дисперсной фазы, увеличить коэффициенты массоотдачи, достичь более продолжительного времени контакта фаз, а в целом позволяет интенсифицировать реакционные и массообменные процессы, что значительно увеличивает эффективность работы аппарата.The inventive apparatus for carrying out chemical reactions and mass transfer processes in heterogeneous systems allows to increase the degree of dispersion of the dispersed phase, increase the mass transfer coefficients, achieve a longer contact time of the phases, and in general allows to intensify the reaction and mass transfer processes, which significantly increases the efficiency of the apparatus.

Заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.The claimed technical solution is new, has an inventive step and is industrially applicable.

На фиг.1 представлена схема аппарата для проведения химических реакций и массообменных процессов в гетерогенных системах, на фиг.2 показан разрез А-А.Figure 1 presents a diagram of an apparatus for carrying out chemical reactions and mass transfer processes in heterogeneous systems, figure 2 shows a section aa.

Аппарат для проведения химических реакций и массообменных процессов в гетерогенных системах (фиг.1) состоит из устройства 1 для ввода дисперсной фазы (контактного устройства с функцией диспергирования газообразной, жидкой или твердой дисперсной фазы), корпус 2 которого выполнен в виде трубы Вентури, состоящей из цилиндроконического конфузора 3, горловины 4 и диффузора 5, установленное в корпусе 2 соосно с ним сопло 6, герметизированное посредством уплотнения 7 и заканчивающееся патрубком 8 ввода дисперсной фазы. Корпус 2 снабжен подводящими патрубками 9 в виде колена (на фиг.1 показан случай одного патрубка 9), выполненными с возможностью поворота вокруг своей оси. Аппарат содержит также емкость 10, снабженную патрубком 11, соединяющим емкость 10 с циркуляционным насосом 12, к нагнетательному патрубку которого подключен циркуляционный трубопровод 13 для жидкой сплошной фазы. Емкость 10 оборудована патрубком 14 для отвода готового продукта (обработанной жидкости или гетерогенной системы), а также патрубком 15, соединенным с циркуляционным трубопроводом 16 для дисперсной фазы. В случае, если дисперсная фаза тяжелее сплошной патрубок 15 должен быть присоединен к нижней части емкости 10. Регулирующие клапаны 17 и 18 предназначены для регулирования соотношения расходов вновь подаваемой и циркулирующей жидкой сплошной фазы. Регулирующие клапаны 19 и 20 предназначены для регулирования соотношения расходов вновь подаваемой и циркулирующей дисперсной фазы, а регулирующий клапан 21 - для отвода отработанной дисперсной фазы (газообразной или жидкой фазы). Сопло 6 имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса 2 благодаря наличию уплотнения 7, допускающего такое перемещение (например, типа сальникового). Патрубки 9 выполнены с возможностью поворота вокруг своей оси благодаря уплотнениям 22 (фиг.2), например, типа сальникового.The apparatus for carrying out chemical reactions and mass transfer processes in heterogeneous systems (Fig. 1) consists of a device 1 for introducing a dispersed phase (a contact device with the function of dispersing a gaseous, liquid or solid dispersed phase), the housing 2 of which is made in the form of a Venturi pipe, consisting of cylindrical conical 3, the neck 4 and the diffuser 5, installed in the housing 2 coaxially with the nozzle 6, sealed by a seal 7 and ending with a nozzle 8 for entering the dispersed phase. The housing 2 is equipped with a supply pipe 9 in the form of a knee (figure 1 shows the case of one pipe 9), made with the possibility of rotation around its axis. The apparatus also contains a tank 10, equipped with a pipe 11 connecting the tank 10 with a circulation pump 12, to the discharge pipe of which a circulation pipe 13 for a liquid continuous phase is connected. The tank 10 is equipped with a pipe 14 for discharging the finished product (treated liquid or heterogeneous system), as well as a pipe 15 connected to the circulation pipe 16 for the dispersed phase. In the event that the dispersed phase is heavier than the continuous pipe 15 should be attached to the lower part of the tank 10. Control valves 17 and 18 are designed to control the ratio of the flow rates of the newly supplied and circulating liquid continuous phase. Control valves 19 and 20 are designed to control the flow ratio of the newly supplied and circulating dispersed phase, and control valve 21 is used to divert the spent dispersed phase (gaseous or liquid phase). The nozzle 6 has the possibility of axial movement relative to the housing 2 due to the presence of a seal 7 that allows such movement (for example, such as a stuffing box). The nozzles 9 are made with the possibility of rotation around its axis due to the seals 22 (figure 2), for example, of the type of stuffing box.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. После заполнения емкости 10 включают циркуляционный насос 12 и устанавливают положения регулирующих клапанов 17-21 так, чтобы обеспечить необходимое соотношение вновь подаваемой, отходящей и циркулирующей жидкой сплошной фазы и дисперсной фазы. Жидкая сплошная фаза, поступающая через патрубки 9 в корпус 2, приобретает вращательное движение вокруг оси корпуса 2 с большой скоростью, направленной под углом к оси корпуса 2. По мере движения жидкой сплошной фазы по конфузору 3 к горловине 4 окружная составляющая ее скорости увеличивается. Кроме того, за счет сужающейся формы конфузора 3 в горловине 4 достигает максимума и осевая составляющая скорости. Таким образом, в зоне входа в горловину 4 и осевая, и окружная составляющие скорости жидкости достигают максимальных значений. В соответствии с законом сохранения энергии давление в этой зоне принимает минимальное значение, то есть вблизи конца сопла 6 возникает большое разрежение, степень которого может быть отрегулирована его осевым перемещением относительно корпуса 2. В результате этого вблизи выхода из сопла 6 складываются условия (высокая скорость вращательного и осевого движения, значительное разрежение), способствующие передаче осевого импульса и момента импульса от жидкой сплошной фазы к дисперсной фазе (газообразной, жидкой либо твердой - в виде сухих частиц или суспензии), подаваемой через патрубок 8, вследствие чего возрастает коэффициент инжекции. Дисперсная фаза приобретает мощный импульс от вращающейся жидкой сплошной фазы и интенсивно закручивается в горловине 4, служащей камерой смешения, где образуется тонкодисперсная система жидкость - газ, жидкость - жидкость или жидкость - твердое (в зависимости от вида подаваемой дисперсной фазы).The proposed device operates as follows. After filling the tank 10, turn on the circulation pump 12 and set the position of the control valves 17-21 so as to provide the necessary ratio of the newly supplied, outgoing and circulating liquid continuous phase and the dispersed phase. The continuous liquid phase entering through the nozzles 9 into the housing 2 acquires rotational motion around the axis of the housing 2 at a high speed directed at an angle to the axis of the housing 2. As the liquid solid phase moves along the confuser 3 to the neck 4, the peripheral component of its velocity increases. In addition, due to the narrowing shape of the confuser 3 in the neck 4 reaches a maximum and the axial component of speed. Thus, in the zone of entry into the neck 4, both the axial and peripheral components of the fluid velocity reach maximum values. In accordance with the law of conservation of energy, the pressure in this zone takes a minimum value, that is, near the end of the nozzle 6 there is a large vacuum, the degree of which can be adjusted by its axial movement relative to the housing 2. As a result, conditions are created near the exit of the nozzle 6 (high rotational speed and axial motion, significant rarefaction), contributing to the transfer of axial momentum and angular momentum from the liquid continuous phase to the dispersed phase (gaseous, liquid or solid - in the form of dry astits or suspension) supplied through the pipe 8, as a result of which the injection coefficient increases. The dispersed phase acquires a powerful impulse from the rotating liquid continuous phase and is intensively twisted in the neck 4, which serves as a mixing chamber, where a finely dispersed liquid - gas, liquid - liquid or liquid - solid system is formed (depending on the type of the dispersed phase supplied).

В системах жидкость-газ и жидкость-жидкость за счет высокоскоростного вихревого течения в горловине ВСА и локализованного вблизи горловины 4 поля высоких касательных напряжений происходит тонкое диспергирование газообразной или жидкой дисперсной фазы. В системе жидкость - твердое происходит дробление агрегатов твердых частиц (комков) при их попадании в зону разрежения и в поле высоких касательных напряжений; в том же поле происходит уменьшение толщины пристенных гидродинамического и диффузионного слоев, что приводит к ускорению процессов массопереноса на поверхности частицы (при растворении и экстрагировании). При попадании в зону разрежения происходит фильтрация газа из пор межчастичного пространства агрегатов, т.е. вакуумирование пор, а при последующем попадании в зону нормального давления жидкость заполняет вакуумированные поры, расклинивая частицы, вследствие чего и происходит разрушение агрегатов.In liquid-gas and liquid-liquid systems, due to the high-speed vortex flow in the ICA neck and the field of high tangential stresses localized near the neck 4, fine dispersion of the gaseous or liquid dispersed phase occurs. In the liquid - solid system, aggregates of solid particles (lumps) are crushed when they enter the rarefaction zone and in the field of high tangential stresses; in the same field, a decrease in the thickness of the wall hydrodynamic and diffusion layers occurs, which leads to an acceleration of mass transfer processes on the particle surface (upon dissolution and extraction). When it enters the rarefaction zone, gas is filtered from the pores of the interparticle space of the aggregates, i.e. evacuation of pores, and when it subsequently enters the normal pressure zone, the liquid fills the evacuated pores, wedging particles, resulting in the destruction of the aggregates.

Образовавшаяся в корпусе 2 закрученная гетерогенная смесь движется далее через диффузор 5, при этом высокая дисперсность дисперсной фазы сохраняется, что способствует протеканию химических реакций, особенно протекающих в диффузионном режиме, и других массообменных процессов. Выходя из диффузора 5, гетерогенная смесь попадает в емкость 10, где продолжается контакт фаз, но уже не столь интенсивно, так как происходит постепенное расслоение фаз. Легкая дисперсная фаза (газообразная или жидкая) через патрубок 15, циркуляционный трубопровод 16 и регулирующий клапан 19 подается в рецикле в патрубок 8, либо отводится через регулирующий клапан 21. Тяжелая дисперсная фаза (например, шлам с нерастворенными частицами) может отводиться через патрубок 15, который в этом случае должен быть расположен в нижней части емкости 10.The swirling heterogeneous mixture formed in the housing 2 moves further through the diffuser 5, while the high dispersion of the dispersed phase is maintained, which contributes to the occurrence of chemical reactions, especially those occurring in the diffusion mode, and other mass transfer processes. Leaving the diffuser 5, the heterogeneous mixture enters the tank 10, where the contact of the phases continues, but not so intensively, since a gradual phase separation occurs. The light dispersed phase (gaseous or liquid) through the nozzle 15, the circulation pipe 16 and the control valve 19 is recycled to the nozzle 8, or is discharged through the control valve 21. A heavy dispersed phase (for example, sludge with undissolved particles) can be discharged through the nozzle 15, which in this case should be located at the bottom of the tank 10.

Благодаря тому, что осевая скорость в корпусе предлагаемого устройства снижена, а основная доля кинетической энергии приходится на вращательное движение гетерогенной среды, увеличивается время пребывания дисперсной фазы в активной зоне, к которой может быть отнесен объем устройства 1 для ввода дисперсной фазы и область в непосредственной близости от выходного торца диффузора 5.Due to the fact that the axial speed in the housing of the proposed device is reduced, and the main part of the kinetic energy is attributable to the rotational motion of a heterogeneous medium, the residence time of the dispersed phase in the core increases, which can include the volume of the device 1 for entering the dispersed phase and the area in close proximity from the outlet end of the diffuser 5.

В системе жидкость - газ пузырьки газа стремятся к оси корпуса 2 за счет центробежного поля, однако за счет кольцевых вихрей, возникающих в корпусе 2 устройства 1, а также турбулентных вихрей, увлекающих пузыри, происходит более равномерное распределение пузырей по объему диффузора и более эффективное их диспергирование.In a liquid-gas system, gas bubbles tend to the axis of the housing 2 due to the centrifugal field, however, due to the annular vortices arising in the housing 2 of the device 1, as well as turbulent vortices that entrain the bubbles, a more uniform distribution of the bubbles over the diffuser volume and their more efficient dispersion.

Аналогичная картина течения наблюдается в системе жидкость - жидкость. Капли легкой (по сравнению со сплошной фазой) диспергированной жидкости ведут себя как пузыри. Капли тяжелой диспергированной жидкости проходят путь от оси диффузора к его стенкам, по пути подвергаясь воздействию мощных вихрей.A similar flow pattern is observed in the liquid - liquid system. Drops of a light (compared to the continuous phase) dispersed liquid behave like bubbles. Drops of a heavy dispersed liquid pass from the axis of the diffuser to its walls, being exposed to powerful vortices along the way.

В предлагаемом аппарате более эффективно используется кинетическая энергия струи, так как она не рассеивается в большом объеме жидкости в емкости 10, а рассеивается в объеме, ограниченном диффузором, где все еще находится дисперсная фаза, которая еще не успела отделиться от сплошной фазы. Благодаря этому в предлагаемом аппарате можно достичь значительных коэффициентов инжекции, высокой степени диспергирования дисперсной фазы и высокой интенсивности протекания реакционных и массообменных процессов при сравнительно низком давлении (порядка 1,5-2 бар), т.е. для высокоэффективной работы предлагаемого устройства не требуется высоконапорный насос.The proposed apparatus uses the kinetic energy of the jet more efficiently, since it does not dissipate in a large volume of liquid in the tank 10, but is dissipated in the volume limited by the diffuser, where the dispersed phase is still located, which has not yet had time to separate from the continuous phase. Due to this, the proposed apparatus can achieve significant injection coefficients, a high degree of dispersion of the dispersed phase and a high intensity of the reaction and mass transfer processes at a relatively low pressure (of the order of 1.5-2 bar), i.e. for high-performance operation of the proposed device does not require a high-pressure pump.

Возможность поворота вокруг своей оси патрубков 9 позволяет добиться необходимого соотношения между тангенциальной и осевой составляющими скорости в патрубках 9. Возможность осевого перемещения сопла 6 относительно корпуса позволяет регулировать коэффициент инжекции устройства 1 для ввода дисперсной фазы.The possibility of rotation of the nozzles 9 around its axis makes it possible to achieve the necessary ratio between the tangential and axial velocity components in the nozzles 9. The axial movement of the nozzle 6 relative to the housing allows the injection coefficient of the device 1 to enter the dispersed phase to be adjusted.

Пример конкретного выполнения 1. Аппарат для проведения химических реакций и массообменных процессов в гетерогенных системах выполнен по схеме, изображенной на фиг.1. Корпус 2 выполнен из стекла с одним подводящим патрубком 9, в который насосом нагнетается вода под давлением 1,5 кгс/см2 (изб.) со скоростью 5 м/с. Поток воздуха подсасывается через патрубок 8. Наблюдения через прозрачную стенку корпуса 2 показали, что в непосредственной близости от торца сопла 6 образуется тонкодисперсная газожидкостная смесь, практически равномерно заполняющая объем горловины и диффузора. Коэффициент инжекции при этом составлял 0,9-1,0, а размер пузырей не превышал 1 мм. Объемный коэффициент массоотдачи при каталитическом окислении сульфита натрия до сульфата натрия достигал 0,2-0,3 с-1.An example of a specific implementation 1. The apparatus for conducting chemical reactions and mass transfer processes in heterogeneous systems is made according to the scheme depicted in figure 1. The housing 2 is made of glass with one inlet pipe 9, into which water is pumped at a pressure of 1.5 kgf / cm 2 (g) at a speed of 5 m / s. The air flow is sucked in through the nozzle 8. Observations through the transparent wall of the casing 2 showed that in the immediate vicinity of the end of the nozzle 6, a finely dispersed gas-liquid mixture is formed, almost uniformly filling the volume of the neck and diffuser. The injection coefficient was 0.9-1.0, and the size of the bubbles did not exceed 1 mm. The volumetric mass transfer coefficient during the catalytic oxidation of sodium sulfite to sodium sulfate reached 0.2-0.3 s -1 .

Таким образом, в предлагаемом аппарате удается эффективно использовать энергию потока жидкости, подаваемой насосом, что приводит к тонкому диспергированию дисперсной фазы и достижению высоких коэффициентов массоотдачи.Thus, in the proposed apparatus, it is possible to effectively use the energy of the fluid flow supplied by the pump, which leads to fine dispersion of the dispersed phase and the achievement of high mass transfer coefficients.

Пример конкретного выполнения 2. Аппарат для проведения химических реакций и массообменных процессов в гетерогенных системах выполнен по схеме, изображенной на фиг.1. Корпус 2 выполнен из стекла с одним подводящим патрубком 9, в который насосом нагнетается вода под давлением 2,0 кгс/см2 (изб.) со скоростью 5 м/с. Через патрубок 8 подсасывается моторное масло марки М-8Г. В непосредственной близости от торца сопла 6 образуется тонкодисперсная эмульсия масла в воде, практически равномерно заполняющая объем горловины и диффузора. После попадания эмульсии в емкость 10 и выключения насоса она долго не расслаивалась, что свидетельствует о высокой степени диспергирования масла в воде.An example of a specific implementation 2. The apparatus for conducting chemical reactions and mass transfer processes in heterogeneous systems is made according to the scheme depicted in figure 1. The housing 2 is made of glass with one inlet pipe 9, into which water is pumped at a pressure of 2.0 kgf / cm 2 (g.) At a speed of 5 m / s. Through the pipe 8, motor oil of the M-8G brand is sucked in. In the immediate vicinity of the end face of the nozzle 6, a finely dispersed emulsion of oil in water is formed, almost uniformly filling the volume of the neck and diffuser. After the emulsion got into the tank 10 and the pump was turned off, it did not stratify for a long time, which indicates a high degree of dispersion of the oil in water.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет увеличить степень диспергирования дисперсной фазы и коэффициенты массоотдачи, достичь более продолжительного времени контакта фаз и, вследствие этого, повысить эффективность работы аппарата.Thus, the present invention allows to increase the degree of dispersion of the dispersed phase and the coefficients of mass transfer, to achieve a longer contact time of the phases and, therefore, increase the efficiency of the apparatus.

Claims (1)

Аппарат для проведения химических реакций и массообменных процессов в гетерогенных системах, включающий устройство для ввода дисперсной фазы, емкость, циркуляционный насос, циркуляционные трубопроводы, регулирующие клапаны и штуцеры, отличающийся тем, что устройство для ввода дисперсной фазы включает корпус в виде трубы Вентури, состоящий из цилиндроконического конфузора, горловины и диффузора, установленное в корпусе соосно с ним сопло, заканчивающееся патрубком ввода дисперсной фазы, и снабжено подводящими патрубками, каждый из которых выполнен в виде колена и установлен с возможностью поворота вокруг своей оси, причем подводящие патрубки подключены к линии подачи жидкой сплошной фазы, а сопло выполнено с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и подключено к линии подачи дисперсной фазы.Apparatus for carrying out chemical reactions and mass transfer processes in heterogeneous systems, including a device for introducing a dispersed phase, a tank, a circulation pump, circulation pipes, control valves and fittings, characterized in that the device for introducing a dispersed phase includes a body in the form of a Venturi pipe, consisting of a cylinder-conical confuser, a neck and a diffuser, a nozzle installed coaxially with it, ending in a dispersed phase inlet pipe, and equipped with inlet pipes, each of which The other is made in the form of a knee and is mounted with the possibility of rotation around its axis, the supply pipes being connected to the supply line of the liquid continuous phase, and the nozzle is made with the possibility of axial movement relative to the housing and connected to the supply line of the dispersed phase.
RU2005121586/15A 2005-07-08 2005-07-08 Apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems RU2296007C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005121586/15A RU2296007C1 (en) 2005-07-08 2005-07-08 Apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005121586/15A RU2296007C1 (en) 2005-07-08 2005-07-08 Apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2296007C1 true RU2296007C1 (en) 2007-03-27

Family

ID=37999102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005121586/15A RU2296007C1 (en) 2005-07-08 2005-07-08 Apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2296007C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2506995C2 (en) * 2008-06-17 2014-02-20 Рио Тинто Алюминиум Лимитед Fast cooling vessels
RU2570668C1 (en) * 2014-05-22 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет" (СГАУ) Device for liquid degassing of open dynamic tank
RU2581630C1 (en) * 2014-12-11 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Vortex jet apparatus for degassing liquids
CN117339485A (en) * 2023-12-06 2024-01-05 山东鑫宝特工业装备有限公司 Continuous reaction device using carboxylation

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2506995C2 (en) * 2008-06-17 2014-02-20 Рио Тинто Алюминиум Лимитед Fast cooling vessels
RU2570668C1 (en) * 2014-05-22 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет" (СГАУ) Device for liquid degassing of open dynamic tank
RU2581630C1 (en) * 2014-12-11 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Vortex jet apparatus for degassing liquids
CN117339485A (en) * 2023-12-06 2024-01-05 山东鑫宝特工业装备有限公司 Continuous reaction device using carboxylation
CN117339485B (en) * 2023-12-06 2024-02-06 山东鑫宝特工业装备有限公司 Carboxylation continuous reaction device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6796704B1 (en) Apparatus and method for mixing components with a venturi arrangement
CA2256531C (en) Motorless mixer
KR100843970B1 (en) Apparatus of generating microbubble
US20100237023A1 (en) Liquid treatment apparatus and methods
JP2006503227A (en) Jet pump
RU2296007C1 (en) Apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems
CN110891674A (en) Microbubble generating apparatus and microbubble generating method, and shower apparatus and oil-water separating apparatus having the same
US20040094848A1 (en) Gas eductors and gas eductor flotation separators
JP3086252B2 (en) Formation of gas particles
CA2215101A1 (en) Bubble floating type separator
EP1423183B1 (en) Mixer for mixing a liquid/liquid and/or gaseous media into a solution
JP2006122813A (en) Mixer and mixing apparatus using this
JP2002045667A (en) Device for generating circulating flow
KR200396223Y1 (en) Dissolved airfloatation system
JPH10230150A (en) Aerator
JP2001259395A (en) Aerator
US20030199595A1 (en) Device and method of creating hydrodynamic cavitation in fluids
CN113302161B (en) Device for injecting a fluid into a liquid, method for cleaning said device and effluent treatment plant
WO2017124128A1 (en) Jet aeration and mixing nozzle
JP2001115999A (en) Bubble injection nozzle
WO2002002216A1 (en) Method and device for feeding fine bubbles
JP4126381B2 (en) Ozone diffuser
JPH1157440A (en) Gas/liquid mixing device
RU2016647C1 (en) Rotary apparatus
CA3082103C (en) Multilobular supersonic gas nozzles for liquid sparging

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130709