CS241033B2

CS241033B2 - Gas mixting device

Info

Publication number: CS241033B2
Application number: CS806833A
Authority: CS
Inventors: Tekeshi Shibano; Yasuyuki Sakakura; Mitsuo Akatsu; Noboru Hashimoto
Original assignee: Mitsubishi Petrochemical Co
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1980-10-09
Publication date: 1986-03-13
Also published as: GB2061744A; YU248680A; JPS5653733A; DE3037817C2; GB2061744B; YU41219B; DE3037817A1; FR2467015B1; FR2467015A1; CS683380A2; DD153521A5; JPS5811247B2

Abstract

A gas-mixing device having a shell-and-tube heat-exchanger type structure, in which a first gas is supplied through relatively small-diameter tubes 2, and a second gas is supplied in a shell 3 accommodating a bundle of the tubes the second gas flowing into the tubes through small apertures 6 provided through the tube walls, whereby homogeneous mixing of these gases is carried out rapidly and safely without a risk of explosion in the tubes. Pressure loss through the device is relatively small. <IMAGE>

Description

Vynález se týká zařízení pro rychlé a bezpečné míšení dvou plynů.The invention relates to a device for the rapid and safe mixing of two gases.

Při reakcích prováděných v plynné fázi je Často nutné smíchávat dva plyny. Příkladem takovýchto reakcí je oxidace v plynné fázi, která zahrnuje jako první stupeň míšení p.lynu, obsahujícího organickou sloučeninu, s plynem obsahujícím molekulární kyslík (včetně samotného molekulárního kyslíku). Mezi takovéto reakční postupy patří například způsob výroby ethylenoxidu z ethylenu, příprava anhydridu kyseliny malelnové z benzenu nebo uhlovodíků obsahujících 4 atomy uhlíku, příprava anhydridu kyseliny fialové z xylenu, propylenoxidu, akroleinu nebo akrylonitrilu z propylenu, kyseliny akrylové z akroleinu, butadienu z uhlovodíků obsahujících 4 atomy uhlíku, styrenu z ethylbenzenu, formaldehydu z methanolu, methakroleinu z isobutyleпи^.а.. kyseliny methakrylové z methakrolei- . nu.In gas phase reactions, it is often necessary to mix two gases. An example of such reactions is gas phase oxidation, which comprises as a first step the mixing of a gas containing the organic compound with a gas containing molecular oxygen (including molecular oxygen itself). Such reaction processes include, for example, a process for producing ethylene oxide from ethylene, preparing malelic anhydride from benzene or hydrocarbons containing 4 carbon atoms, preparing violet anhydride from xylene, propylene oxide, acrolein or acrylonitrile from propylene, acrylic acid from acrolein, butadiene from hydrocarbons containing 4 carbon atoms. carbon atoms, styrene from ethylbenzene, formaldehyde from methanol, methacrolein from isobutylic acid, methacrylic acid from methacrole. nu.

Při míšení plynu, obsahujícího organickou sloučeninu, který se má oxidovat, s plynem obsahujícím molekulární kyslík, je nutno u takovýchto reakčních postupů plně respektovat meze hořlavosti směsi organické sloučeniny s molekulárním kyslíkem. 2 hlediska bezpečnosti je naprosto nutné kontrolovat směšovací- poměr těchto plynů takovým způsobem, aby složení plynné směsi, přiváděné do oxidační zóny, bylo mimo, meze hořlavosti. Během míšení plynu, obsahujícího organickou sloučeninu, s plynem obsahujícím molekulární kyslík, není ale možnézabránit místně a časově omezené tvorbě směsi, jejíž složení je v mezích hořlavosti.When mixing the gas containing the organic compound to be oxidized with the gas containing the molecular oxygen, the flammability limits of the mixture of the organic compound with the molecular oxygen must be fully respected in such reaction procedures. For safety reasons, it is absolutely necessary to control the mixing ratio of these gases in such a way that the composition of the gaseous mixture fed to the oxidation zone is outside the flammability limits. However, during the mixing of the gas containing the organic compound with the gas containing the molecular oxygen, it is not possible to prevent the formation of a mixture whose composition is within the flammability limits locally and temporarily.

Z výše uvedeného důvodu je velmi důležité provádět rychlé smísení těchto dvou plynů v mísící zóně takovým způsobem, áby se snížil objem plynové směsi, jejíž lokální složení leží v mezích hořlavosti, na co nejmenší míru.For this reason, it is very important to rapidly mix the two gases in the mixing zone in such a way that the volume of the gas mixture whose local composition lies within the flammability limits is kept to a minimum.

Zařízení náležící do dosavadního stavu techniky se snaží dosáhnout stavu dokonalého smísení co nejrychlejším způsobem tak, že se jeden plyn rozdělí na větší množ-, ství proudů a takto rozdělený plyn se rozptyluje v druhém plynu, s nímž se má smísit, jak je to popsáno v japonských zveřejněných patentových přihláškách č. 4 362/ /1972. V zařízeních, kde se rozptylování dílčích proudů neprovádí, je jedním z možných způsobů směšování plynů postup, při kterém se přivádí jeden plyn jednou tryskou do druhého plynu, přičemž plyn vycházející z trysky se nechá narážet na přepážkovou soustavu, upravenou v dolní části trysky, aby tím došlo к rozptýlení vstřikovaného plynu.The prior art devices attempt to achieve a state of perfect mixing as quickly as possible by dividing one gas into a plurality of streams and dispersing the gas thus distributed in the other gas with which it is to be mixed, as described in Japanese Patent Application Publication No. 4,362 / 1972. In devices where partial stream dispersion is not performed, one possible gas mixing method is to feed one gas through one nozzle into the other gas, leaving the gas coming from the nozzle to strike the baffle provided at the bottom of the nozzle to this dispersed the injected gas.

V obou případech, které byly shora uvedeny, se použité plyny spolu smísí v trubkovém prostoru. К tomu, aby se připravila dokonale homogenní plynná směs, by měl být poměr délky (L) trubky к vnitřnímu průměru (D) trubky, tj. poměr L/D v rozmezí hodnot od asi 5 do asi 10, nebo i více.In both cases mentioned above, the gases used are mixed together in the tubular space. In order to prepare a perfectly homogeneous gas mixture, the ratio of the pipe length (L) to the inner diameter (D) of the pipe should be in the range of about 5 to about 10 or more.

V průmyslovém měřítku dochází к míšení velkých množství plynů (tzn. několik tisíc až několik desítek tisíc m³/h), přičemž dochází к velkým tlakovým ztrátám v potrubí, což je ekonomicky nevýhodné. Proto bývá vnitřní průměr potrubí zpravidla v rozmezí od 30 do 50 centimetrů a vzdálenost, která je nutná к získání dokonale homogenní plynné směsi, bývá v rozmezí od asi 1,5 do asi 5,0 metrů od místa, kde se oba plyny spolu kontaktují. Proto bude místně v tomto úseku 1,5 až 5 metrů vznikat plynná směs o složení spadajícím/ do mezí hořlavosti, což je spojeno s velkým nebezpečím.On an industrial scale, there к mixing large amounts of gas (ie. Several thousands to several tens of thousands of m ³ / h), whereupon к large pressure losses in the pipe, which is economically disadvantageous. Therefore, the internal diameter of the pipe is typically in the range of 30 to 50 centimeters and the distance required to obtain a perfectly homogeneous gas mixture is in the range of about 1.5 to about 5.0 meters from where the two gases contact each other. Therefore, a gas mixture with a composition falling within the flammability limits will be produced locally in this section of 1.5 to 5 meters, which is associated with a great danger.

Cílem vynálezu je vyřešit výše uvedené problémy související s míšením plynů a navrhnout zařízení pro bezpečné míšení plynů typu trubkového výměníku tepla, v němž by bylo využito vlastností trubek o malém průměru, kterými protéká jeden ze směšovaných plynů.It is an object of the present invention to solve the above-mentioned gas mixing problems and to propose a gas mixing device of the type of tubular heat exchanger utilizing the properties of small diameter tubes through which one of the mixed gases flows.

Podstata zařízení pro míšení plynů podle uvedeného vynálezu spočívá v tom, že je tvořeno svazkem trubek, přičemž ve stěně každé z těchto trubek je vytvořen přinejmenším jeden malý otvor, a tento svazek trubek je umístěn v plášti, který je opatřen na protilehlých koncích čelními deskami a uvnitř pláště je vytvořena dvojice trubkovnic, připevněná к protilehlým koncům svazku trubek, takže vnitřní prostor pláště je rozdělen umístěním těchto dvou trubkovnic na tři prostory. První je vytvořen mezi čelní deskou a první trubkovnicí, druhý prostor je omezen oběma trubkovnicemi a třetí prostor je vytvořen mezi druhou trubkovnicí a druhou čelní deskou. Trubky trubkového svazku ústí do prvního a třetího prostoru v plášti zařízení, vstupní hrdla pro přívod plynu ústí do prvního prostoru v navedeném plášti a další vstupní hrdlo pro druhý plýn ústí do druhého prostoru. Výstupní hrdlo pro odvod plynu z pláště zařízení jé vytvořeno Ve třetím prostoru v uvedeném plášti.The gas mixing device of the present invention consists of a tube bundle, wherein at least one small opening is formed in the wall of each tube, and the tube bundle is housed in a housing provided with facing plates at opposite ends; and a pair of tubesheets are formed within the housing, attached to opposite ends of the tube bundle, so that the inner space of the sheath is divided by placing the two tubesheets into three spaces. The first is formed between the end plate and the first tube sheet, the second space is limited by both tube sheets and the third space is formed between the second tube sheet and the second end plate. The tubes of the tube bundle open into the first and third spaces in the housing of the device, the inlet orifices for the gas inlet open into the first space in the guided jacket and another inlet orifice for the second filler opens into the second space. An outlet port for evacuating gas from the housing of the device is provided in a third space in said housing.

Při provádění míšení plynů v zařízení podle uvedeného vynálezu se dosáhne rychlého homogenního promísení těchto plynů bez nebezpečí výbuchu, přičemž současně tlaková ztráta v zařízení je poměrně malá. První plyn se vede trubkami trubkového svazku a druhý plyn se zavádí do uvedeného druhého prostoru, omezeného oběma trubkovnicemi, přičemž vniká do trubkového prostoru otvory ve stěnách trubek a tím dochází к rychlému a homogennímu promísení.When mixing the gases in the apparatus according to the invention, a rapid homogeneous mixing of these gases is achieved without the risk of explosion, while at the same time the pressure drop in the apparatus is relatively small. The first gas is passed through the tubes of the tube bundle and the second gas is introduced into said second space, limited by the two tube sheets, penetrating into the tube space through openings in the tube walls, thereby causing rapid and homogeneous mixing.

Ve výhodném provedení podle vynálezu jsou trubky tvořící svazek trubek vytvořeny jako prázdné trubky nebo trubky vyplněné pevnou náplní.In a preferred embodiment of the invention, the tubes forming the bundle of tubes are formed as empty tubes or tubes filled with a solid fill.

Vnitřní prostor každé z trubek tvořících trubkový svazek je ve výhodném provedení rozdělen dělící přepážkou, uspořádanou ve směru podélné osy trubky, na podélnéThe inner space of each of the tubes forming the tube bundle is preferably divided into a longitudinal axis of the tube by a dividing partition arranged in the direction of the longitudinal axis of the tube.

komůrky, a v každé z těchto komůrek je ve stěně trubky vytvořen malý otvor. Vnitřní průměr trubky nebo ekvivalentní průměr komůrek, vymezených v trubce dělicími přepážkami, je ve výhodném provedení maximálně 5 centimetrů.and a small opening is formed in the wall of the tube in each of these cells. The inner diameter of the tube or the equivalent diameter of the cells defined in the tube by the partition walls is preferably at most 5 centimeters.

Rovněž je výhodné, jestliže je druhý prostor, vymezený oběma trubkovnicemi, rozdělen dělící přepážkou, umístěnou v axiálním směru, tohoto prostoru, na jednotlivé komry, přičemž v každé z těchto komor je vytvořeno vstupní hrdlo pro přívod plynu.It is also advantageous if the second space defined by the two tube plates is divided by a dividing partition located in the axial direction of this space into individual chambers, in each of which chambers a gas inlet port is formed.

Zařízení podle uvedeného vynálezu je konstruováno jako výměník tepla s pláštěm a svazkem trubek, v němž se účinně spolu smísí první plyn, přiváděný dovnitř trubek, s druhým plynem, přiváděným do prostoru vytvořeným pláštěm a vnějšími povrchy trubek trubkového svazku, přičemž druhý plyn vniká do každé z trubek malým otvorem, vytvořeným ve stěně každé trubky, čímž dochází к míšení uvnitř trubek o poměrně malém průměru. Tímto uspořádáním jsou podstatně omezeny všechny shora uvedené nedostatky zařízení náležících do dosavadního stavu techniky.The apparatus of the present invention is designed as a shell and tube bundle heat exchanger in which the first gas supplied inside the tubes is effectively mixed with a second gas introduced into the space formed by the jacket and the outer surfaces of the tube bundle tubes, the second gas entering each of the tubes through a small opening formed in the wall of each tube, thereby mixing within the tubes of relatively small diameter. By this arrangement, all the above-mentioned drawbacks of the prior art devices are substantially reduced.

Trubky v počtu často několika desítek až několika set, které vytvářejí bezpečnou oblast míšení o dostatečně velkém objemu, jsou jednoduše sdruženy do formy trubkového svazku, čímž vytvářejí konstrukci typu výměníku tepla se svazkem trubek v plášti. U tohoto zařízení podle vynálezu bylo zjištěno, že tlaková ztráta, к níž dochází při průtoku plynů zařízením, je poměrně malá.Pipes often in the range of several tens to several hundreds, which create a safe mixing area of sufficiently large volume, are simply grouped together into a tube bundle, thereby creating a heat exchanger-tube-shell design in the jacket. With this device according to the invention, it has been found that the pressure drop occurring as the gas flows through the device is relatively small.

Všeobecně je známo, že při proudění plynu trubkou, je stupeň míšení dán hodnotou poměru L/D, tzn. poměrem délka trubky/ /vnitřní průměr trubky, což platí v případech, kdy je rychlost proudění trubkou v rozsahu turbulentního proudění, tj. jestliže Reynoldsovo číslo, dané vztahem:It is generally known that when the gas flows through the pipe, the degree of mixing is given by the value of the L / D ratio, i. The tube length / / inner tube diameter ratio, which applies in cases where the velocity of the tube is within the turbulent flow range, ie if the Reynolds number given by:

vnitřní průměr trubky . průtoková rychlost plynu . hustota plynu___ viskozlta plynu má hodnotu alespoň 10 000.pipe inner diameter. gas flow rate. the gas density of the gas viscosity is at least 10,000.

Z výše uvedeného vyplývá, že míšením plynu v trubce, která má menší průměr, se dosáhne stejného stupně promísení při kratší délce trubky, jako míšením v trubce, která má větší průměr. To znamená, že míšení v trubce o menším průměru probíhá rychleji než míšení v trubce o větším průměru, čímž je možno zkrátit čas, popřípadě zkrátit oblast, kdy vzniká, resp. kde vzniká, místně směs s výše popsaným složením, spadajícím do mezí hořlavosti.It follows from the foregoing that by mixing the gas in a tube having a smaller diameter, the same degree of mixing is achieved at a shorter tube length as the mixing in a tube having a larger diameter. This means that the mixing in the smaller diameter tube proceeds faster than the mixing in the larger diameter tube, which makes it possible to shorten the time and / or the area in which it originates, respectively. where it forms, locally a mixture with the composition described above falling within the flammability limits.

Rovněž je všeobecně známo, že meze hořlavosti soustavy tvořené organickou sloučeninou a molekulárním kyslíkem, jsou v trubce o menším průměru užší, než jsou meze hořlavostí u trubky s větším průměrem.It is also well known that the flammability limits of an organic compound and molecular oxygen system are narrower in a smaller diameter pipe than the flammability limits of a larger diameter pipe.

Toto je pravděpodobně způsobeno zvětšením účinné plochy stěny trubky, která zabraňuje spalovací reakci.This is probably due to an increase in the effective wall area of the tube that prevents the combustion reaction.

Vzhledem к výše uvedeným skutečnostem se bude při míšení organické sloučeniny s molekulárním kyslíkem v trubce o menším průměru rozsah výskytu místně nebezpečného složení směsi zmenšovat se zužujícími se mezemi hořlavosti, čímž se dosáhne větší bezpečnosti míšení ve srovnání s míšením v trubce o větším průměru.In view of the above, when mixing an organic compound with molecular oxygen in a smaller diameter tube, the range of locally hazardous composition will decrease with tapering flammability limits, thereby achieving greater mixing safety compared to mixing in a larger diameter tube.

Na přiložených výkresech je znázorněno zařízení podle uvedeného vynálezu a detaily jednotlivých provedení společně s výsledky a uspořádáním postupů míšení, popsaných v následujících příkladech, ve kterých je provedeno srovnání postupu míšení v zařízení podle vynálezu se zařízením podle dosavadního stavu techniky.The accompanying drawings show the apparatus of the present invention and details of each embodiment together with the results and arrangement of the mixing procedures described in the following examples, in which the mixing process in the apparatus of the invention is compared with the prior art apparatus.

Na obr. 1 je znázorněn podélný řez rovinou procházející středovou osou zařízení pro míšení plynů podle vynálezu ve specifickém provedení, z něhož vyplývá princip t hoto zařízení, na obr. 2 je znázorněn příčný řez zařízením podél čáry II—II na obr. 1, na obr. 3a, 3b a 3c jsou znázorněna specifická provedení trubek v příčném řezu rovinou kolmou na osu zařízení, na obr. 4 je znázorněn příčný rez zařízením podle vynálezu ve specifickém provedení s trubkami a dělícími stěnami uvnitř pláště, rovinou kolmou к ose zařízení, na obr. 5 je znázorněn podélný řez mísícím zařízením s tryskou podle dosavadního stavu techniky rovinou procházející středovou osou mísiče, z něhož je patrný i princip míšení plynů v tomto provedení, a na obr. 6 je znázorněn graf, ve kterém jsou zaznamenány výsledky uvedené v tabulce č. 1.Figure 1 shows a longitudinal section through a plane passing through the central axis of the gas mixing device according to the invention in a specific embodiment showing the principle of the device; Figure 2 shows a cross section through the device along line II-II in Figure 1; Figures 3a, 3b and 3c show specific embodiments of the tubes in cross-section through a plane perpendicular to the axis of the device; Figure 4 shows a cross-section of the device according to the invention in a specific embodiment with tubes and dividing walls inside the housing; FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view of a prior art mixer with a plane passing through the central axis of the mixer showing the principle of gas mixing in this embodiment; and FIG. 6 is a graph showing the results shown in the table. no. 1.

Zařízení pro míšení plynů podle vynálezu je charakterizováno konstrukcí obdobnou konstrukci trubkového výměníku tepla s pláštěm. Mezi těmito dvěma konstrukcemi je však zásadní rozdíl spočívající v tom, že u zajízení podle vynálezu je v každé z trubek o malém průměru, které tvoří trubkový svazek, vytvořen malý otvor, jímž tekutina (plyn) proudí z oblasti vně trubek, která je omezena pláštěm, do každé z trubek tvořících trubkový svazek.The gas mixing device according to the invention is characterized by a construction similar to that of a shell-and-tube heat exchanger. However, there is a fundamental difference between the two structures in that, in the lining of the invention, in each of the small diameter tubes forming the tube bundle, a small opening is provided through which fluid (gas) flows from outside the tubes which is confined by the jacket. into each of the tubes forming the tube bundle.

Jak je zřejmé z obr. 1 a 2 jsou trubky 1 uchyceny uvnitř pláště 3 pomocí trubkovnic 2 a 2a. Tím je vytvořen vně trubek 1 prostor 4, který je v plášti 3 oddělen trubkovnicemi 2, 2a od prostoru uvnitř trubek. Plášť 3 mívá zpravidla nástavné části За a 3b.As can be seen from FIGS. 1 and 2, the tubes 1 are fastened inside the housing 3 by means of tube sheets 2 and 2a. Thereby a space 4 is formed outside the tubes 1, which is separated in the housing 3 by tube sheets 2, 2a from the space inside the tubes. As a rule, the housing 3 generally has extension parts За a 3b.

V příkladném provedení, znázorněném na obr. 1, jsou nástavné části За a 3b pláště 3 uzavřeny čelními deskami 5 a 5a. Je však též možné použít pláště 3 o stejném vnějším průměru jako má plynové potrubí, takže nástavné části За a 3b pláště 3 jsou součástí plynového potrubí.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the extension parts За and 3b of the housing 3 are closed by the end plates 5 and 5a. However, it is also possible to use shells 3 of the same external diameter as the gas conduit, so that the extension parts За and 3b of the sheath 3 are part of the gas conduit.

V zařízení podle vynálezu je ve stěně každé z trubek 1 upraven malý otvor 6. Ačkoliv na obr. 1 je v každé trubce 1 vytvořenIn the device according to the invention, a small opening 6 is provided in the wall of each of the tubes 1. Although, in FIG.

В pouze jeden tento malý otvor, je možno v každé trubce vytvořit větší počet těchto otvorů, umístěných po obvodu trubky nebo ve směru osy trubky. Velikost neboli plocha otvorů a jejich počet Je možno vhodně volit tak, aby se získala míšením homogenní plynná směs v co nejkratší době. Maximálně je možno počet otvorů vytvořit tak, že se trubky trubkového svazku vyrobí ze sítového materiálu. Počet těchto malých otvorů je obvykle jeden až několik. Aby se dosáhlo homogenního promísení v trubce omezené délky, je nutné, aby otvory ve stěnách trubek byly vytvořeny v místech ležících co nejblíže tomu konci trubek, jímž do nich vstupuje plyn.In only one of these small holes, a plurality of holes may be provided in each pipe, disposed along the circumference of the pipe or along the axis of the pipe. The size or area of the orifices and the number thereof may be suitably selected so as to obtain by mixing a homogeneous gas mixture in the shortest possible time. As a maximum, the number of openings can be made in such a way that the tube bundle tubes are made of sieve material. The number of these small holes is usually one to several. In order to achieve homogeneous mixing in a pipe of limited length, it is necessary that the openings in the walls of the pipes be formed at positions as close as possible to the end of the pipes through which the gas enters them.

Vnitřní průměr, délka, počet a podobné charakteristiky každé trubky, která je částí trubkového svazku, se výhodně volí tak, aby byl plyn procházející trubkami ve stavu turbulentního proudění, tj. aby Reynold·· sovo číslo bylo alespoň 10 000.The inner diameter, length, number and the like characteristics of each tube that is part of the tube bundle is preferably selected so that the gas passing through the tubes is in a turbulent flow state, i.e. that the Reynold · s number is at least 10,000.

Vnitřní průměr každé z trubek tvořících trubkový svazek nebo ekvivalentní průměr, definovaný vztahem:Inner diameter of each of the tubes forming the tube bundle or equivalent diameter, defined by:

. průřezová plocha rozděleného prostoru obvod průřezu prostoru, jenž je ve styku s plynem je v zařízení podle vynálezu, jak již bylo uvedeno, s výhodou maximálně 5 centimetrů, nejvýhodněji pak v rozmezí od 1 do 3 centimetrů.. The cross-sectional area of the partitioned space The circumference of the cross-sectional area of the space in contact with the gas in the device according to the invention is, as already mentioned, preferably at most 5 centimeters, most preferably in the range 1 to 3 centimeters.

Délka trubky se výhodně volí tak, aby hodnota poměru L/D₍ tzn. délka trubky/ /vnitřní průměr, byla alespoň 3. Zpravidla se délka trubky volí tak, aby hodnota poměru L/D byla v rozmezí od asi 10 do asiThe length of the pipe is preferably chosen so that the L / D ratio ₍ i.e., the length of the pipe / / inner diameter) is at least 3. Typically, the length of the pipe is chosen such that the L / D ratio is in the range of about 10 to about

15. Délk.u trubky se v zařízení podle uvedeného vynálezu rozumí vzdálenost mezi malým otvorem, vytvořeným ve stěně trubky, který leží nejblíže výstupnímu konci trubky, a výstupním koncem trubky. Je-li ve stěně trubky vytvořeno více otvorů, rozumí se délkou trubky vzdálenost od posledního otvoru к výstupnímu konci , trubky ve. směru proudění plynu.15. In the device according to the invention, the length of the pipe means the distance between the small opening formed in the wall of the pipe that is closest to the outlet end of the pipe and the outlet end of the pipe. If several orifices are formed in the pipe wall, the length of the pipe means the distance from the last orifice to the outlet end of the pipe. direction of gas flow.

Počet trubek tvořících trubkový svazek je obvykle v rozmezí od 50 do 1000.The number of tubes forming the tube bundle is usually in the range of 50 to 1000.

U zařízení znázorněného na obr. 1 a 2 se první plyn, určený ke smísení, přivádí do zařízení vstupním hrdlem 7, prochází pláštěm ve směru šipek a pak trubkami, načež se odvádí výstupním hrdlem 8.In the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the first gas to be mixed is supplied to the apparatus through the inlet throat 7, passes through the jacket in the direction of the arrows and then through the pipes, and is then discharged through the outlet throat 8.

Druhý plyn, který se má smísit s prvním plynem, se přivádí vstupním hrdlem 9 do prostoru 4 uvnitř pláště 3, přičemž tento prostor je oddělen od prostoru uvnitř trubek trubkovnicemi 2 a 2a a stěnami trubek, tento druhý plyn vniká do trubek malými otvory 6; v trubkách se mísí s prvním plynem proudícím trubkami a směs plynů se odvádí výstupním hrdlem 8.The second gas to be mixed with the first gas is supplied through the inlet orifice 9 into the space 4 inside the housing 3, which space is separated from the space inside the tubes by tube sheets 2 and 2a and the tube walls; in the tubes it is mixed with the first gas flowing through the tubes and the gas mixture is discharged through the outlet orifice 8.

Buď první, nebo druhý plyn může být ve formě jedné složky nebo se může jednat o směs plynů. Například, je-li prvním plynem plyn obsahující molekulární kyslík, jedná se zpravidla o vzduch, tj. o směs molekulárního kyslíku, dusíku a vzácných plynů, nebo to může být směs vzduchu s ředícím plynem, jako například vodní pára nebo kysličník uhličitý. Je-li druhým plynem plyn obsahující organickou sloučeninu, může být tímto plynem směs s ředícím plynem.Either the first or second gas may be in the form of a single component or may be a mixture of gases. For example, when the first gas is a molecular oxygen-containing gas, it is typically air, i.e. a mixture of molecular oxygen, nitrogen and noble gases, or it may be a mixture of air with a diluent gas such as water vapor or carbon dioxide. If the second gas is a gas containing an organic compound, the gas may be a mixture with a diluent gas.

Mísící zařízení podle vynálezu je obecně popisováno pro míšení dvou plynů, tj. prvního a druhého plynu, přičemž z těchto dvou plynů může vzniknout směs o složení v mezích hořlavosti. Z výše uvedeného vyplývá, že zařízení podle vynálezu je možno použít též pro přimíchávání třetího plynu, u něhož se nevyskytuje nebezpečí výbuchu v případě smíchání s prvním a druhým plynem. Například do rozsahu vynálezu rovněž spadá provedení zařízení, ve kterém se může třetí plyn, například ředící plyn, navíc přivádět vstupním hrdlem 7a, přičemž se provede smísení všech těchto tří plynů. Poněvadž v zařízení podle vynálezu se míšení uskutečňuje rychle, mohou nastat případy, kdy první a druhý plyn nevytvářejí směs o složení v mezích hořlavosti. Je samozřejmé, že i takovéto případy spadají do rozsahu vynálezu.The mixing device according to the invention is generally described for mixing two gases, i.e. the first and second gases, whereby the two gases can form a mixture of flammability limits. It follows from the above that the device according to the invention can also be used for admixing a third gas which does not present an explosion hazard when mixed with the first and second gases. For example, it is also within the scope of the invention to provide a device in which a third gas, for example a diluent gas, can additionally be supplied through the inlet throat 7a, mixing all three gases. Since the mixing according to the invention takes place rapidly, there may be instances where the first and second gases do not form a composition of composition within the flammability limits. It goes without saying that such cases are within the scope of the invention.

Jestliže nastává případ, kdy se mají spolu smísit plyn obsahující molekulární kyslík a plyn obsahující organickou sloučeninu (jejíž některé případy byly výše uvedeny), je možno s přihlédnutím к poměru množství plynů, dále к příslušným mezím hořlavostí а к dalším parametrům libovolně rozhodnout, který z těchto plynů se má přivádět do trubek jejich vstupními konci a který se má přivádět do pláště.If there is a case where gas containing molecular oxygen and gas containing organic compound (some of which have been mentioned above) are to be mixed together, it is possible to arbitrarily decide which of the gas quantities, flammability limits and other parameters These gases are to be supplied to the tubes at their inlet ends and to be supplied to the housing.

V příkladném provedení zařízení pro míšení plynů podle vynálezu jsou trubky trubkového svazku prázdnými trubkami, tj. trubkami bez náplně, přičemž jsou sdruženy do trubkového svazku upevněného, v trubkovnicích, jako je to znázorněno na obr. 1 a 2.In an exemplary embodiment of the gas mixing device of the invention, the tube bundle tubes are empty tubes, i.e., tubes that are not filled, and are grouped into a tube bundle mounted in the tube sheets as shown in Figures 1 and 2.

V jiném specifickém provedení zařízení podle vynálezu je možno použít plněných trubek, které jsou sdruženy do trubkového svazku. Pevná náplň vkládaná do trubek může být ve formě kuliček, sedel, kroužků, sít, plných nebo dutých tyčinek, nebo může mít Jiný tvar. Pevnou náplní se zde rozumí, kromě obvyklých náplní, rovněž deskové přepážky, vytvořené na vnitřních stěnách trubek. Použitím trubek plněných je možno dosáhnout rychlejšího míšení plynů a rovněž zvětšení účinné plochy stěn trubek, která přispívá к zabránění vzniku výbušné spalovací reakce.In another specific embodiment of the device according to the invention, filled tubes may be used which are combined into a tube bundle. The solid fill inserted into the tubes may be in the form of balls, saddles, rings, sieves, solid or hollow rods, or may have a different shape. By solid filler is meant here, in addition to conventional fillers, also plate partitions formed on the inner walls of the tubes. By using tubes filled, it is possible to achieve faster gas mixing as well as to increase the effective wall area of the tubes, which contributes to preventing the formation of an explosive combustion reaction.

Podle dalšího specifického příkladného provedení zařízení podle vynálezu je vnitřní prostor každé z trubek tvořících trubkový svazek rozdělen na několik podélných komůrek pomocí podélných dělicích stěn, uspořádaných v axiálním směru trubky, přičemž v každém příslušném úseku stěny trubky je vytvořen malý otvor, takže každá z uvedených podélných komůrek je spojena s prostorem 4 ' (viz obr. 1) otvorem. Na obr. 3a, 3b a 3c jsou znázorněny příčné průřezy tří takto upravených trubek, u kterých je vnitřní prostor trubek rozdělen na dva, tři a čtyři podélné komůrky dělícími přepážkami 19, 10a, 10b. Takovéto rozdělení vnitřku trubek dělícími přepážkami je výhodné v případě, kdy vnitřní průměr trubek není m ·-žno volit dostatečně malý, nebo je kromě toho nutno využít účinku trubky s malým průměrem.According to another specific embodiment of the device according to the invention, the inner space of each of the tubes forming the tube bundle is divided into several longitudinal chambers by longitudinal dividing walls arranged in the axial direction of the tube, a small opening being formed in each respective section of the tube wall. the chamber is connected to the space 4 '(see Fig. 1) through an opening. FIGS. 3a, 3b and 3c show cross-sections of three pipes so treated in which the inner space of the pipes is divided into two, three and four longitudinal chambers by dividing partitions 19, 10a, 10b. Such a partitioning of the interior of the tubes by dividing baffles is advantageous when the inner diameter of the tubes cannot be chosen sufficiently small, or in addition the effect of the small diameter tube has to be exploited.

Kromě těchto různých možných řešení trubkového svazku je možno rovněž jinak volit uspořádání prostoru 4 uvnitř pláště (viz obr. 1 a 2).In addition to these different possible solutions for the tube bundle, it is also possible to choose the arrangement of the space 4 inside the housing (see FIGS. 1 and 2).

Na obr. 4 je znázorněn specifický příklad takového provedení zařízení podle vynálezu v příčném řezu. U tohoto provedení je prostor 4 uvnitř pláště rozdělen na několik p .dělných komor (ve znázorněném příkladu provedení na čtyři komory 4a, 4b, . 4c a 4d) dělicími přepážkami, uspořádanými v axiálním směru (ve znázorněném provedení dělící přepážky 11, 11a) a v každé z těchk -mor jsou upravena vstupní hrdla 9 pro přívod plynu, ve znázorněném provedení hrdla 9a, 9b, 9c a 9d. Takovéto rozdělení prostoru 4 uvnitř pláště je výhodné proto, že zamezuje kalánkovému proudění plynu a podporuje rovnoměrné rozptýlení plynu.Fig. 4 shows a specific example of such an embodiment of the device according to the invention in cross-section. In this embodiment, the space 4 within the housing is divided into a plurality of compartment chambers (in the illustrated embodiment into four compartments 4a, 4b, 4c and 4d) by dividing baffles arranged in the axial direction (in the illustrated embodiment separating baffles 11, 11a) and in each of these, gas inlet orifices 9 are provided, in the illustrated embodiment of the orifices 9a, 9b, 9c and 9d. Such a division of the space 4 within the housing is advantageous in that it prevents the flow of gas through the gas and promotes a uniform dispersion of the gas.

Na obr. 5- je znázorněno uspořádání zařízení pro míšení plynů s tryskou 13 v potrubí 12 sloužící jako srovnávací zařízení (viz srovnávací příklad).Figure 5 shows the arrangement of the gas mixing device with the nozzle 13 in the duct 12 serving as a comparator (see comparative example).

Na obr. 6 je znázorněn- - graf závislosti koncentrační odchylky na místě v mísící zóně, přičemž na ose x je vynesen poměr a/R, kde r znamená vzdálenost místa odběru vzorku uvnitř trubky od jejího středu a R je vnitřní poloměr malých trubek, a na ose y je koncentrační odchylka daná vztahem:Figure 6 is a graph of concentration deviation versus location in the mixing zone, with the a / R ratio plotted on the x-axis, where r is the distance of the sampling site within the tube from its center and R is the inner radius of the small tubes, and on the y-axis is the concentration deviation given by:

kde c je daná koncentrace a c je průměrná koncentrace, přičemž křivka 14 · se vztahuje · k průběhu míšení v zařízení podle vynálezu a křivka .15 se vztahuje k míšení v zařízení podle dosavadního' stavu techniky, které je zobrazeno na obr. 5. Podrobnosti k těmto grafům budou uvedeny v následujících příkladech míšení plynů v zařízení podle vynálezu a ve srovnávacím zařízení.where c is the given concentration and c is the average concentration, with curve 14 referring to the mixing process in the apparatus of the invention and curve 15 referring to mixing in the prior art apparatus shown in Figure 5. these graphs will be shown in the following examples of gas mixing in the apparatus of the invention and in the comparator.

PříkladExample

Podle tohoto příkladu provedení bylo převedeno míšení plynů za použití zařízení pro míšení plynů podle vynálezu typ výměníku tepla s trubkovým svazkem umístěným v plášti, které obsahovalo 37 trubek malého průměru. Každá z trubek měla vnitřní průměr 10 milimetrů a délku 400 miliягIn this example, gas mixing was converted using the gas mixing apparatus of the invention a type of heat exchanger with a tube bundle housed in a sheath containing 37 small diameter tubes. Each tube had an inside diameter of 10 millimeters and a length of 400 milligrams

IG metrů, přičemž ve vzdálenosti 50 milimetrů cd vstupního konce trubky byl vytvořen οίνον o průměru 2 milimetry. Vnitřní průměr pláště byl 146 milimetrů.IG meters, at a distance of 50 millimeters cd of the inlet end of the tube, a diameter of 2 millimeters was formed. The inside diameter of the sheath was 146 millimeters.

Jako prvního a druhého plynu bylo- použitá vzduchu. Do druhého plynu bylo- -přidáno malé objemové množství (3 %] indikačního plynu (methanu), aby bylo možno vyhodnotit stupeň smísení plynů.Air was used as the first and second gas. A small volume (3%) of indicator gas (methane) was added to the second gas to evaluate the degree of gas mixing.

R^t^lhlo^st proudění - prvního plynu trubkami o malém průměru byla 35 m^z3, zatímco rychlost druhého plynu procházejícího malým otvorem a ' zaváděného do druhého prostoru uvedeného zařízení byla 75 m/s. Tep-, ' lota obou plynů byla 35 °Č. Míšení plynů bylo měřeno u všech trubek ve vzdálenosti 370 milime-trů od vstupního konce trubky, tzn. 320 milimetrů od malého otvoru.The flow velocity of the first gas through the small diameter pipes was 35 m ^{out of} 3, while the velocity of the second gas passing through the small orifice introduced into the second space of the device was 75 m / s. The temperature of both gases was 35 ° C. Gas mixing was measured for all tubes at a distance of 370 millimeters from the inlet end of the tube, i. 320 millimeters from the small hole.

Při temto míšení nebyly zaznamenány žádné rozdíly v - rozložení koncentrace a v průměrné koncentraci indikačního plynu v trubkách, které by vyplývaly z - polohy trubek v trubkovém svazku, tzn. mezi trubkou, umístěnou uprostřed pláště ' a trubkami na? cházejícími se - u stěny pláště.In this mixing, no differences in the concentration distribution and in the average concentration of the indicator gas in the tubes were observed, which would result from the position of the tubes in the tube bundle, ie. between the pipe located in the middle of the housing and the pipes on? coming - at the wall of the mantle.

Vzorky smíšených plynů byly -odebírány na pěti odběrních místech, včetně středu každé trubky, přičemž byla stanovena koncentrace indikačního plynu. Jako výsledek těchto stanovení bylo zjištěno, že rozdíl koncentrace, v každém odběrovém - místě byl u všech trubek v mezích + 2 %, vztaženo na střední objemovou koncentraci ve všech trubkách, která činila 0,24%. Získané vý- , sledky - jsou uvedeny v tabulce 1 a graficky . znázorněny na obr. 6, viz křivka 14. Končentrace indikačního plynu byla zjišťována ply- .Mixed gas samples were taken at five sampling points, including the center of each tube, and the concentration of the indicator gas was determined. As a result of these determinations, it was found that the concentration difference at each sampling site was within + 2% of all tubes at a mean volume concentration in all tubes of 0.24%. The results obtained are shown in Table 1 and graphically. 6, see curve 14. The concentration of the indicator gas was determined by gas.

novou chromatografií.new chromatography.

V tabulce 1 a na obr. 6 znamená R vnitřní poloměr malých trubek a r je vzdálenost místa odběru vzorku uvnitř trubky od jejího středu.In Table 1 and Figure 6, R is the inner radius of the small tubes and r is the distance of the sampling point inside the tube from its center.

Střední koncentrací indikačního , plynu - se zde rozumí místní průměrná koncentrace.Mean concentration of indicator gas - is understood here as the local average concentration.

Srovnávací příkladComparative example

V tomto srovnávacím příkladu bylo použito zařízení pro míšení plynů v provedení s tryskou, které sestává z trysky 13 o vnitřním průměru 68 milimetrů pro přívod plynu, která je umístěna v ocelovém potrubí 12 o vnitřním průměru - 305 milimetrů, jak je patrné z obr. 5.In this comparative example, a gas mixing apparatus having a nozzle design consisting of a nozzle 13 having an internal diameter of 68 millimeters was used for gas supply, which is located in a steel pipe 12 having an internal diameter of - 305 millimeters, as shown in FIG. .

Jako prvního plynu bylo v tomto provedení - použito vzduchu, přiváděného rychlostí 35 m/s ve směru zleva doprava v uvedeném potrubí (viz obr. 5J. Druhý plyn byl upraven přimíšením methanu jakožto indikačního - plynu do vzduchu, přičemž objemová koncentrace methanu byla 3 % a tento plyn byl přiváděn tryskou rychlostí 75 m/s v ústí trysky v protisměru vzhledem ke směru proudění prvního plynu. Teplota prvního a druhého plynu byla 35 °C. Obdobně jako v předchozím příkladu byly - odebrány vzorky plynné směsi ve vzdálenosti 320 milimetrů od zaústění trubky ve směru proudění prvního plynu, a stanovena koncentrace indikačního plynu. Získané výsledky jsou uvedeny v tabulce 1 a vyneseny graficky v diagramu na obr. 6, viz křivka 15, přičemž R znamená vnitřní poloměr ocelového potrubí а г má stejný význam jako je uvedeno shora. Průměrná objemová koncentrace indikačního plynu byla 0,20 °/o. Při poměru L/D rovném přibližně jedné nedochází téměř к míšení obou plynů ani ve vzdáleností 320 mm od zaústění trysky ve směru proudění.The first gas used in this embodiment was air supplied at a velocity of 35 m / s from left to right in the duct (see Fig. 5J). The second gas was treated by mixing methane as indicator gas into the air with a methane volume concentration of 3%. and the gas was fed through the nozzle at a velocity of 75 m / s at the mouth of the nozzle upstream of the first gas flow.The temperature of the first and second gas was 35 DEG C. As in the previous example, the gas mixture was sampled at a distance of 320 millimeters. The results obtained are shown in Table 1 and plotted graphically in the diagram of Fig. 6, see curve 15, where R is the inner radius of the steel pipe and is as defined above. The average volumetric concentration of the indicator gas was 0.20 ° / o Approximately one does not almost mix the two gases at a distance of 320 mm from the nozzle orifice in the flow direction.

Tabulka 1Table 1

Výsledky zkoušek míšení z příkladu a srovnávacího příkladuThe results of the mixing tests of Example and Comparative Example

Místo měření r/RInstead of measuring r / R

Koncentrace Průměrná c — c indikačního plynu c koncentrace ~~ (obj. °/o) indikačního plynu c (0/₀1 (obj. %]Concentration Average c - c of indicator gas c concentration ~~ (vol. / O) of indicator gas c ( _0/0 1 (vol.%))

PříkladExample

0,8 0.8 0,241 0.241 0,24 0.24 0,4 0.4 0,4 0.4 0,245 0.245 2,1 2.1 0,0 0.0 0,244 0.244 • • 1,7 1.7 -0,4 -0.4 0,237 0.237 -1,2 -1.2 —0,8 —0.8 0,239 0.239 -0,4 -0.4

Srovnávací příkladComparative example

0,95 0.95 0,070 0,070 0,29 0.29 —75,9 —75.9 0,84 0.84 0,104 0.104 -64,1 -64.1 0,70 0.70 0,194 0.194 —33,1 —33.1 0,55 0.55 0,318 0.318 9,7 9.7 0,0 0.0 0,705 0,705 143,1 143.1 —0,55 —0.55 0,469 0.469 61,7 61.7 —0,70 —0.70 0,328 0.328 13,1 13.1 —0,84 —0.84 0,159 0.159 —45,2 —45.2 -0,95 -0.95 0,094 0,094 —67,6 —67.6

PŘEDMĚTSUBJECT

Claims

Gas mixing device, characterized in that it consists of a bundle of pipes (1), wherein at least one small opening (6) is formed in the wall of each of said pipes (1), and the bundle of pipes (1) is located in a housing (3) having end plates (5, 5a) at opposite ends and a pair of tubesheets (2, 2a) formed at the opposite ends of the tube bundle (1) so that the inner space of the housing (3) is formed ) is divided by placing the two tube plates into three spaces, the first being formed between the faceplate (5) and the tube plate (2), the second space (4) being limited by both tube plates (2, 2a), and the third being formed between the tube plate (2a) and a front plate (5a), the tubes (1) opening into the first and third spaces in the housing (3), the gas inlet port (7, 7a) opening into the first space in said housing (3) 'and another inlet port (3). 9) for gas, it flows into the second space (4) in the housing The outlet (8) for evacuating gas from the housing (3) is formed in a third space in said housing (3).

2. Apparatus according to claim 1, characterized by

INVENTION in that the tubes forming the bundle of tubes (1) are formed as empty tubes or tubes filled with a solid filler.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the interior of each of the tubes (1) forming the tube bundle is divided by a partition (10, 10a, 10b) arranged in the direction of the longitudinal axis of the tube into longitudinal chambers. and a small opening (6) is formed in the wall of the tube (1) in each of these chambers.

4. Equipment according to any one of items 1 to

3, characterized in that the inner diameter of the tube (1j) or the equivalent diameter of the cells defined in the tube (1) by the dividing partitions (10, 10a, 10b) is at most 5 centimeters.

5. Equipment according to any one of items 1 to

4, characterized in that the second space (4) in the housing (3) defined by the two tube plates (2, 2a) is divided into individual chambers by a dividing partition (11, 11a) formed in the axial direction of the space, each of these chambers being formed with an inlet orifice (9, 9a, 9b, 9c, 9d) for supplying gas.