DE2740765A1

DE2740765A1 - In=line static mixer for homogenising liquid mixtures - having two branches which diverge at 180 degrees and have straight sections which recombine at an angle of at least 15 degrees

Info

Publication number: DE2740765A1
Application number: DE19772740765
Authority: DE
Inventors: Ladislav Dipl Ing Bebar; Jaroslav Filka; Pavel Dipl Ing Lukas
Original assignee: VYZK USTAV CHEM ZARIZENI
Current assignee: VYZK USTAV CHEM ZARIZENI
Priority date: 1977-09-09
Filing date: 1977-09-09
Publication date: 1979-03-22

Abstract

Homogenisation of multiphase system flowing through a pipe is effected using a static mixer having inlet and outlet branches with >=2 sections of line between which recombine with an angle of >=15 degrees. The individual sections in the divided lines should contain straight sections whose length should be one and a half times their dia. The lines should recombine pref. perpendicular to the outlet line. The general pattern is a closed oval ring. Mixing takes place with little pressure loss.

Description

Einrichtung zum Homogenisieren eines strömenden Device for homogenizing a flowing

Mehrphasengemisches Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Homogenisieren von zwei- oder mehrphasigen in einer Rohrleitung strömenden Gemischen, insbesondere vor ihrer Verteilung in mehrere Parallelleitungen zu verschiedenen Prozeßapparaten. Multiphase Mixture The invention relates to a device for homogenizing two- or multi-phase mixtures flowing in a pipeline, especially before their distribution in several parallel lines to different ones Process apparatus.

Beim Durchfluß von zwei- oder mehrphasigen Gemischen durch eine Rohrleitung kann es zur Entmischung und zu einer ungleichmäßigen Zusammensetzung über den Rohrleitungs-Querschnitt infolge der Ungleichförmigkeiten in der Rohrleitung, Biegungen usw. kommen. Diese Erscheinung ist besonders sichtbar, wenn ein Zweiphasensystem Gas-Flüssigkeit unter Bedingungen von Stromschwellen-, Fing- oder Dispersströmung fließt. So ergibt sich z. B. When two or more phase mixtures flow through a pipeline This can lead to segregation and uneven composition across the pipe cross-section as a result of the irregularities in the pipeline, bends, etc. These Appearance is especially visible when a two-phase system Gas-liquid flows under conditions of threshold, fingertip, or dispersive flow. So results z. B.

im Bereich eines Krümmers in der Rohrleitung eine gewisse Entmischung durch die auf das strömende Gas-Flüssigkeit-System wirkenden Fliehkräfte. Als unerwünschte Folge der Phasenentmischung in der Rohrleitung können sich Komplikationen in einer ganzen Reihe von Produktionsvorgängen, wie z. B. bei einer Teilung der Strömung in Stränge vor Wärmeaustauschern, Luftkühlern, Öfen, Reaktoren usw., ergeben.a certain degree of segregation in the area of a bend in the pipeline due to the centrifugal forces acting on the flowing gas-liquid system. As undesirable Phase segregation in the pipeline can result in complications whole range of production processes, such as B. with a division of the flow in strings in front of heat exchangers, air coolers, ovens, reactors, etc.

Zur Beseitigung der Phasenentmischung über den Rohrleitungs-Querschnitt können besondere Einrichtungen, wie z. B. statische Mischer, zum wirksamen Durchmischen des Gemisches verwendet werden, die eine Anzahl von geeignet geformten, in die Rohrleitung eingebauten Elementen aufweisen (US-PSen 3 051 452, 3 195 865 und 3 286 992). To eliminate phase segregation across the pipe cross-section special facilities such as B. static mixers, for effective mixing of the mixture can be used, which is a number of suitably shaped, in the pipeline have built-in elements (U.S. Patents 3,051,452, 3,195,865, and 3,286,992).

Die einfachsten Mischer bestehen z. B. nach der US-PS 3 286 992 aus schraubenförmigen Elementen, die um 1800 verdreht und in Reihen mit wechselndem Gegendrehsinn angeordnet sind (Kenics's System). Ein anderer Mischertyp besitzt aus Wellblech in Schichten übereinander angeordnete Elemente. Vertikal und horizontal orientierte Blechschichten ergeben dabei räumlich gekreuzte Kanäle. The simplest mixers consist e.g. B. U.S. Patent 3,286,992 helical elements twisted around 1800 and arranged in rows with alternating Are arranged in the opposite direction (Kenics's system). Has another type of mixer Elements made of corrugated iron in layers one on top of the other. Vertical and horizontal oriented sheet metal layers result in spatially crossed channels.

Allen bekannten Mischern ist gemeinsam, daß die Homogenisierung entweder durch Aufteilung der ursprünglichen Strömung in mehrere Teilströme und gegenseitige Umlenkung, Splitterung und Wiederdurchmischung oder durch Verwirbelung, gegebenenfalls durch Kombination beider dieser Prinzipe erreicht wird. Nachteilig ist dabei, daß zum wirkungsvollen Durchmischen der Mischer aus einer verhältnismäßig großen Anzahl von Einzelteilen (5 bis 10 und mehr) besteht, womit ein relativ hoher Druckverlust der Gemischströmung in der Rohrleitung verbunden ist. Ferner können diese Mischer dann nicht eingesetzt werden, wenn mit Sedimentbildungen zu rechnen ist oder wenn durch die Rohrleitung eine Mischung mit festen Teilchen strömt. Daher können statische Mischer nicht eingesetzt werden, wenn eine Verschlämmung oder Verstopfung der Rohrleitung den Betrieb der Produktions-Einrichtungen gefährden kann und Betriebsunterbrechungen zur Folge hätte. All known mixers have in common that the homogenization either by dividing the original flow into several partial flows and mutual Deflection, splintering and remixing or by swirling, if necessary is achieved by combining both of these principles. The disadvantage here is that for effective mixing of the mixers from a relatively large number of individual parts (5 to 10 and more), which is a relative high pressure loss of the mixture flow in the pipeline. Further these mixers cannot be used if sediment builds up too is to be expected or if a mixture with solid particles flows through the pipeline. Therefore, static mixers cannot be used when there is a sludge or blockages in the pipeline endanger the operation of the production facilities can and would result in business interruptions.

Die statischen Mischer ergeben auch keine befriedigende Nomogenisierwirkung bei mit hohen Geschwindigkeiten von ca. 5 m/sec und mehr strömenden Gemischen oder bei Gemischen, die aus Phasen mit beträchtlich unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften bestehen, wie z. B. The static mixers also do not produce a satisfactory nomogenizing effect in the case of mixtures flowing at high speeds of approx. 5 m / sec and more or in the case of mixtures consisting of phases with considerably different physical Properties exist, such as: B.

Dichte, Viskosität, Oberflächenspannung usw. In diesen Fällen kommt es häufig zu unerwünschten Entmischungen der Phasen an den Flächen der Mischerelemente und damit zu einer ungleichmäßigen Zusammensetzung des Gemisches.Density, viscosity, surface tension etc. In these cases it comes there is often undesirable segregation of the phases on the surfaces of the mixer elements and thus to an uneven composition of the mixture.

Eine andere mögliche Lösung zur Beseitigung der ungünstigen Einwirkung von Leitungskrümmern ist die Installation einer Abzweigung in der Form einer verblendeten direkten Rohrleitung. Another possible solution to eliminate the adverse impact of pipe bends is the installation of a branch in the form of a blinded direct pipeline.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Homogenisiereinrichtung für in einer Rohrleitung strömende aus mehreren Phasen bestehende Gemische zu schaffen, die bei geringen Strömungsverlusten und Vermeidung von Anlagerungen eine intensive Durchmischung des Strömungsmediums ergibt, so daß es nach dem Abströmen eine über den gesamten Rohrquerschnitt gleichmäßige Zusammensetzung besitzt. The object of the invention is to provide a homogenizing device for in to create multi-phase mixtures flowing through a pipeline, which is an intensive one with low flow losses and avoidance of deposits Mixing of the flow medium results, so that there is an overflow after flowing off the entire pipe cross-section has a uniform composition.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Einströmstutzen und einen Abströmstutzen, die durch wenigstens zwei Rohrverzweiger verbunden sind, welche um weniger als 150 gegeneinandergerichtet in den Abströmstutzen münden. According to the invention, this object is achieved by an inflow nozzle and a discharge nozzle, which are connected by at least two manifolds, which open against each other by less than 150 in the outflow nozzle.

Die einzelnen Rohrverzweiger weisen vorteilhaft vor ihrer Einmündung in den Abströmstutzen gerade Abschnitte auf, deren Länge wenigstens das Eineinalbfache des Durchmessers des Rohrverzweigers beträgt. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird eine ausreichende Homogenisierung von zwei- und mehrphasigen Gemischen erreicht, ohne daß Einbauten in den Strömungsbahnen notwendig wären, so daß die Druckverluste gering sind und ohne Verstopfungsgefahren der Rohrleitung durch Ablagerungen. Durch die Einrichtung nach der Erfindung wird der ursprüngliche Strom in zwei oder mehrere Parallelströme, und zwar ohne Rücksicht auf die Ungleichmäßigkeit der Materialverteilung oder Phasen aufgeteilt, wonach durch den nachfolgenden Frontniederschlag der Teilströme ein sehr gleichartiges Endgemisch erhalten wird. The individual manifolds advantageously point in front of their confluence straight sections in the outflow nozzle, the length of which is at least one-in-a-fold of the diameter of the manifold. With the device according to the invention a sufficient homogenization of two- and multi-phase mixtures is achieved, without internals being necessary in the flow paths, so that the pressure losses are low and there is no risk of the pipeline becoming clogged by deposits. By the device according to the invention is the original stream in two or more Parallel flows, regardless of the unevenness of the material distribution or divided into phases, according to which the partial currents due to the subsequent frontal precipitation a very similar final mixture is obtained.

In dem einfachsten Fall wird die ursprüngliche Strömung in zwei parallele Teilströme geteilt, wobei zur Verteilung und zum wiederholten Niederschlag ein einfaches ringförmiges Rohrformstück benutzt wird. In the simplest case, the original flow becomes parallel in two Partial flows divided, with a simple one for distribution and repeated precipitation annular pipe fitting is used.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In the following an embodiment of the invention is based on the Drawing described.

Ein Phasengemisch strömt durch einen Einströmstutzen 1 und in zwei Teilströmen durch zwei Rohrverzweiger 2' und 2". In den meisten Fällen ist der Stoffdurchsatz an Gemisch durch die beiden Rohrverzweiger 2' und 2" unterschiedlich, was aber nicht ausschlaggebend ist. Beide Teilströme werden unmittelbar vor oder im Bereich der Ausmündung der Rohrverzweiger 2' und 2" in einen Abströmstutzen 3 wieder frontal zusammengeführt, wobei ein gleichartiges Zweiphasengemisch entsteht. A phase mixture flows through an inlet connection 1 and into two Partial flows through two manifolds 2 'and 2 ". In most cases, the material throughput is on mixture through the two manifolds 2 'and 2 "different, but what not is crucial. Both partial flows are immediately before or in the area of the opening of the manifolds 2 'and 2 "into an outflow nozzle 3 merged again frontally, creating a similar two-phase mixture.

Zur Erzielung einer intensiven Durchmischung beider Teilströme weisen die Rohrverzweiger 2', 2" an ihren in den Abströmstutzen 3 eingemündeten Enden gerade Abschnitte 4 auf, deren Länge mindestens dem Eineinhalbfachen des Durchmessers des zugehörigen Rohrverzweigers 2' oder 2" entsprechen soll. In order to achieve an intensive mixing of the two partial flows, point the manifolds 2 ', 2 "are straight at their ends which open into the outflow nozzle 3 Sections 4, the length of which is at least one and a half times the diameter of the associated manifold should correspond to 2 'or 2 ".

Die Homogenisierung des Zweiphasengemisches beruht auf einem sog. Obergangszustand; der durch einen vorbestimmten Druckverlust erreicht wird, welcher der dynamischen Druckkomponente des strömenden Mediums gleich ist. The homogenization of the two-phase mixture is based on a so-called. Transition state; which is achieved by a predetermined pressure loss, which the dynamic pressure component of the flowing medium is the same.

Diese Wirkung ergibt sich in der beschriebenen Einrichtung durch einen frontalen Niederschlag der Teilströme, wobei eine Dissipation der kinetischen Energie der Strömung eintritt, die den der dynamischen Druckkomponente gleichen Druckverlust ergibt.This effect results in the device described by a frontal precipitation of the partial flows, whereby a dissipation of the kinetic energy the flow occurs, which is the same as that of the dynamic pressure component results.

Die Eingliederung der Einrichtung in eine Rohrleitung ist für die Berechnung des Strömungssystems und konstruktiv weniger zeitraubend als bei Verwendung von statischen Mischern und darüber hinaus ohne deren angeführte Nachteile. The integration of the facility in a pipeline is for the Calculation of the flow system and constructively less time consuming than when using it of static mixers and, moreover, without their stated disadvantages.

Das Formstück besitzt keine Räume für Sedimentbildung; nicht einmal bei Homogenisierung eines durch Feststoffpartikel verunreinigten Mediums besteht die Gefahr von Verstopfungen. Das Rohrformstück sichert eine ausreichende Durchmischung des Gemisches ohne Rücksicht auf die Verschiedenheit der physikalischen Eigenschaften der Phasen, ihrer Volumenverhältnisse und der Strömungsgeschwindigkeit. Das Formstück beseitigt ungleichmäßige Phasenverteilungen über den Rohrleitungs-Querschnitt, die durch asymmetrische Ausbildung der Rohrleitungslinie, Krümmungen der Rohrleitung oder durch andere Ursachen hervorgerufen werden. Das Rohrformstuck in der Rohrleitung verursacht darüber hinaus wesentlich geringere Druckverluste als statische Mischer.The fitting has no spaces for sedimentation; not even exists when a medium contaminated by solid particles is homogenized the risk of clogging. The pipe fitting ensures sufficient mixing of the mixture regardless of the difference in physical properties the phases, their volume ratios and the flow velocity. The fitting eliminates uneven phase distributions via the pipe cross-section, due to the asymmetrical design of the pipeline line, curvatures of the pipeline or caused by other causes. The pipe fitting in the pipeline also causes much lower pressure losses than static mixers.

Vergleichsversuche mit einem zweiphasigen Wasser-Luftgemisch ergaben bessere Ilomogenisierungen als bei einer verblendeten geraden Rohrleitung. Die Ergebnisse dieser Vergleichsversuche sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Comparative tests with a two-phase water-air mixture resulted better ilomogenization than with a veneered straight pipe. The results these comparative tests are compiled in the following table.

Die Versuche wurden auf einer Modelleinrichtung durchgeführt, die aus Glasrohren von 50 mm Durchmesser bestand; als Verteilerelement diente ein T-Stück in einem Abstand von 500 mm hinter dem Krümmer. Zum Vergleich wurden Versuche auch mit einem leeren, geraden Rohrleitungsabschnitt mit einer Rohrleitung, in der Mischer nach der US-PS 3 286 992 installiert waren, und mit einer Abzweigung aus der verblendeten geraden Rohrleitung sowie mit einer Rohrleitung mit eingebautem 0-Stück nach der Erfindung durchgeführt. Die Distribution der flüssigen Phase in die einzelnen Rohrstränge des Verteilungsstückes wurde unter Strömungsbedingungen von 7 bis 28 m/s, mit einem Verhältnis der Gas- und Flüssigkeitsphase von 12 : 1 bis 400 : 1 (Vol.),untersucht. The tests were carried out on a model device which consisted of glass tubes 50 mm in diameter; A T-piece served as the distribution element at a distance of 500 mm behind the manifold. For comparison, tests were also made with an empty straight pipe section with a pipe in the mixer according to US-PS 3,286,992 were installed, and with a branch from the veneered straight pipeline as well as with a pipeline with built-in 0-piece after the Invention carried out. The distribution of the liquid phase in the individual pipe strings of the distribution piece was under flow conditions of 7 to 28 m / s, with a Ratio of the gas and liquid phases from 12: 1 to 400: 1 (vol.), Investigated.

Die in der Tabelle angegebenen Ergebnisse gehen auf ungefähr 750 Messungen zurück. Einzelne Ziffern stellen dabei Prozentsätze der gesamten strömenden Flüssigkeitsmenge dar. Wesentlich ist, daß die Wirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung im gesamten breiten Bereich praktisch unverändert bleibt und im Vergleich mit anderen Methoden sichtbar besser ist. The results given in the table are approximately 750 Measurements back. Individual digits represent percentages of the total flowing It is essential that the effect of the device according to the invention remains practically unchanged in the entire broad area and in comparison with others Methods is visibly better.

Das Rohrformstück nach der Erfindung kann selbstverständlich auch eine andere Form haben als die in der beigefügten Zeichnung. Es kann z. B. eine Herzform besitzen oder mehr als zwei Rohrverzweiger aufweisen. Das Formstück kann auch in die Rohrleitung in beliebig anderer als senkrechter Richtung eingebaut werden, wie in der Zeichnung dargestellt ist. The pipe fitting according to the invention can of course also have a different shape than that in the attached drawing. It can e.g. Legs Have a heart shape or have more than two manifolds. The fitting can can also be installed in the pipeline in any direction other than vertical, as shown in the drawing.

Die Homogenisierung von Zwei- oder Mehrphasengemischen unter Anwendung der Rohrformstücke nach der Erfindung kann mit Erfolg in allen Betrieben der chemischen und petrochemischen Industrie Anwendung finden und allgemein überall dort, wo ein vorgegebenes Verhältnis der einzelnen Gemischkomponenten eingehalten werden soll, insbesondere wo sie in mehrere Parallelströme verteilt sind, um einen unregelmäßigen Verlauf der chemischen oder physikalischen Reaktionen oder sogar einen Schadensfall an Apparaten zu vermeiden, der durch unregelmäßige Zusammensetzung des Reaktionsgemisches verursacht werden kann. The homogenization of two- or multi-phase mixtures using the pipe fittings according to the invention can be used with success in all chemical plants and petrochemical industries and generally everywhere where a the specified ratio of the individual mixture components is to be adhered to, especially where they are distributed in several parallel streams to make an irregular Course of chemical or physical reactions or even a case of damage to avoid equipment caused by the irregular composition of the reaction mixture can be caused.

Tabelle Luft- Wasser Gerade 1 Statieche Verblend. O-S tilek Menge Rohrleitung Mischer Rohrstrang Strang Rohrstrang Bohrstrang m3/St. m3/st, X I 1 II I II I II % % % % % % % % 50 34 66 - - 45 55 50 50 100 4,2 33 67 - - 44 56 50 50 150 40 60 - - 45 55 - - 200 36 64 5 - 45 55 49 51 50 33 67 - - 43 57 52 48 100 3,6 35 65 - - 42 58 46 54 150 38 62 - 44 56 - 200 38 62 - - 47 53 44 56 50 31 69 29 71 47 53 49 51 100 3,0 35 65 32 68 42 58 51 49 150 42 58 38 62 44 56 - - 200 42 58 42 58 42 58 47 53 50 32 68 26 74 42 58 50 50 100 2,2 39 61 38 62 42 58 49 51 150 43 57 46 54 43 57 - - 200 44 56 45 55 43 57 48 52 50 40 60 22 78 47 53 50 50 100 1,5 41 59 38 62 44 56 48 52 150 37 63 39 61 42 58 - - 200 35 65 46 54 41 59 47 53 50 33 67 37 63 42 58 52 48 100 1,0 32 68 48 52 39 61 50 50 150 36 64 50 50 39 61 - - 200 39 61 52 48 40 60 51 49 50 53 47 - - 42 58 52 48 100 0,5 51 49 - - 38 62 53 47 150 53 47 - - 40 60 - - 200 52 48 - - 38 62 - - L e e r s e i t eTabel Air-Water Straight 1 Statieche veneer. OS tilek Quantity pipeline mixer pipeline string Pipe string drill string m3 / h m3 / st, XI 1 II I II I II %%%%%%%% 50 34 66 - - 45 55 50 50 100 4.2 33 67 - - 44 56 50 50 150 40 60 - - 45 55 - - 200 36 64 5 - 45 55 49 51 50 33 67 - - 43 57 52 48 100 3.6 35 65 - - 42 58 46 54 150 38 62 - 44 56 - 200 38 62 - - 47 53 44 56 50 31 69 29 71 47 53 49 51 100 3.0 35 65 32 68 42 58 51 49 150 42 58 38 62 44 56 - - 200 42 58 42 58 42 58 47 53 50 32 68 26 74 42 58 50 50 100 2.2 39 61 38 62 42 58 49 51 150 43 57 46 54 43 57 - - 200 44 56 45 55 43 57 48 52 50 40 60 22 78 47 53 50 50 100 1.5 41 59 38 62 44 56 48 52 150 37 63 39 61 42 58 - - 200 35 65 46 54 41 59 47 53 50 33 67 37 63 42 58 52 48 100 1.0 32 68 48 52 39 61 50 50 150 36 64 50 50 39 61 - - 200 39 61 52 48 40 60 51 49 50 53 47 - - 42 58 52 48 100 0.5 51 49 - - 38 62 53 47 150 53 47 - - 40 60 - - 200 52 48 - - 38 62 - - L eerseite

Claims

Claims device for the hornogenization of a pipe in a pipe flowing multiphase mixture, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h an inflow nozzle (1) and an outflow nozzle (3), which are connected by at least two manifolds (2 ', 2 ") are connected, which are directed less than 150 against each other in the outflow nozzle (3) open.

2. Device according to claim 1, characterized in that the individual Pipe branch (2 ', 2 ") straight sections before they merge into the outflow nozzle (3) (4), the length of which is at least one and a half times the diameter of the associated Manifold (2 ', 2 ") is.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the manifolds (2 ', 2 ") at least approximately vertically into the outflow nozzle (3) open.

II. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that two manifolds (2 ', 2 ") have a self-contained oval Form ring line, on the broad sides of which the inflow and outflow nozzles (1, 3) are transverse are connected.