RU2105598C1

RU2105598C1 - Mixer of substances chemically reacted with each other

Info

Publication number: RU2105598C1
Application number: RU96109608A
Authority: RU
Inventors: Нелли Дмитриевна Вертинская
Original assignee: Нелли Дмитриевна Вертинская
Priority date: 1996-05-06
Filing date: 1996-05-06
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: mixers of substances chemically reacted with each other; may be used in regulated highly efficient mixing of reagents entering into reaction to form new substance which is a product of reaction of initial substances; may be used in chemical and pharmaceutical industries in capacity of mixers of reactors of various purposes. SUBSTANCE: mixer consists of cylindrical chamber in the form of sleeve with inlet of one reagent. Located along the axis of the inlet is conoid-helicoid from hollow plate of aerodynamic profile with turns overlapping one another up to full overlapping of slotted nozzle by surface of next turn from hollow of turn along the edge of previous turn, and hollow of turns from hollow plate is connected with inlet of the second reagent. Conoid-helicoid is located with the help of bellows with screw mechanism for varying the height of bellows. With supply of reagents under preset pressure through inlets into chamber and hollow of plate of turns of conoid-helicoid, jets of reagent from chamber between turns of conoid-helicoid flow out of suck, in compliance with velocities and pressure of reagents, the jets of reagent from slotted nozzles supplied to hollow of plate of turns of conoid-helicoid. Jets form vortex inside hollow of conoid-helicoid to provide conditions of mixing and contact of reagents over large area of surfaces of spiral jets and vortexes. As height of conoid-helicod may be varied with the help of screw mechanism for varying the height of bellows, i.e. variation of relative position of turn of conoid-helicoid, it ensures smooth regulation of parameters of reagents, high quality of mixing and increased efficiency of reaction process. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Предлагаемый смеситель химически реагирующих между собой веществ предназначен для регулируемого высокопроизводительного смешивания реагентов, вступающих между собой в химическую реакцию с образованием нового вещества, являющегося продуктом реакции исходных веществ, поэтому он может быть использован в химической и фармацевтической промышленности в качестве смесителя реакторов различного назначения. The proposed mixer of chemically reacting substances is intended for controlled high-performance mixing of reagents that enter into a chemical reaction with each other with the formation of a new substance, which is the reaction product of the starting materials, so it can be used in the chemical and pharmaceutical industries as a mixer for reactors for various purposes.

В настоящее время известны и широко используются смесители различных принципов действия и конструктивного исполнения, описанные, например: Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии, М. Химия, 1973, с.711 и далее, Брагинский Л.Н. и др. Перемешивание в жидких средах, Л. Химия, 1984, с.322 и далее, авт. св. СССР N 1063450 кл. B 01 F 07/30, 1982. At present, mixers of various principles of action and design are known and widely used, described, for example: Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology, M. Chemistry, 1973, p. 711 ff., Braginsky L.N. and others. Mixing in liquid media, L. Chemistry, 1984, p. 322 and further, ed. St. USSR N 1063450 cells B 01 F 07/30, 1982.

Для указанных целей в настоящее время широко применяются аппараты непрерывного действия, описанные в: Странк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками, Л. Химия, 1975, с.69 и далее, авт. св. СССР N 1020155 кл. B 01 F 13/02, 1982. For these purposes, continuous apparatuses are currently widely used, described in: Strank F. Stirring and apparatuses with stirrers, L. Chemistry, 1975, p.69 onwards, ed. St. USSR N 1020155 cells B 01 F 13/02, 1982.

Известные из указанной литературы и др. аналоги инжекционного, циклонного, пневматического типов и т.п. обладают большими гидравлическими сопротивлениями, поэтому не могут обеспечить высокую производительность и необходимое качество перемешивания. Known from the literature and other analogues of injection, cyclone, pneumatic types, etc. They have high hydraulic resistances, therefore they cannot provide high productivity and the required quality of mixing.

Прототипом предлагаемого смесителя является смеситель, описанный в авт. св. СССР N 1308370, кл. B 01 F 5/00, 1987. The prototype of the proposed mixer is the mixer described in ed. St. USSR N 1308370, class B 01 F 5/00, 1987.

Смеситель по прототипу содержит цилиндрический канал, по оси которого установлена смесительная камера, в боковых стенках которой выполнены отверстия с изменяющимися по длине смесительной камеры гидравлическими сопротивлениями, а снаружи камера со штуцером ввода реагента, выход цилиндрического канала снабжен диффузором, соединенным с входом реактора. The prototype mixer contains a cylindrical channel along the axis of which a mixing chamber is installed, in the side walls of which there are openings with hydraulic resistances varying along the length of the mixing chamber, and on the outside the chamber with the reagent inlet fitting, the outlet of the cylindrical channel is equipped with a diffuser connected to the reactor inlet.

Так как струи реагента из отверстий смесительной камеры после истечения в поток второго компонента сохраняют свою однородность, а их внешняя поверхность мала для интенсивного вступления в контакт со вторым компонентом, то данные обстоятельства затрудняют высокопроизводительное и качественное перемешивание реагентов, замедляя процесс реакции и снижая выход продукта в реакторе. Since the reagent jets from the holes of the mixing chamber after flowing into the stream of the second component retain their uniformity, and their external surface is small for intensive contact with the second component, these circumstances complicate high-performance and high-quality mixing of the reagents, slowing down the reaction process and reducing the product yield in the reactor.

Использование отверстий с изменяющимся гидравлическим сопротивлением не обеспечивает плавной регулировки работы смесителя, не позволяет осуществлять оптимизацию технологического процесса при неизбежных изменениях параметров реагентов-компонент. The use of holes with variable hydraulic resistance does not provide smooth adjustment of the mixer, does not allow optimization of the process with inevitable changes in the parameters of the reagent components.

Технической задачей представляется необходимость повысить качество смешивания компонентов с одновременным повышением производительности этого процесса, при необходимости плавно регулируя его параметры. The technical problem seems to be the need to improve the quality of mixing components while increasing the productivity of this process, if necessary, continuously adjusting its parameters.

Возможность повысить качество перемешивания достигается путем увеличения площади поверхности струй, истекающих из отверстий камеры одного реагента, а плавность регулировки сечения отверстия достигается путем ее выполнения в виде сопла-щели между витками коноида-геликоида, снабженного винтовым устройством регулировки своей высоты. The ability to improve the quality of mixing is achieved by increasing the surface area of the jets flowing from the holes of the chamber of one reagent, and the smoothness of the adjustment of the hole cross section is achieved by making it in the form of a nozzle-gap between the turns of the helicoid-conoid equipped with a screw device for adjusting its height.

Геометрическая поверхность коноид-геликоид известна и описана в литературе, используется в технике, например:
математическая энциклопедия, "СЭ", М. 1977 г. с. 914 (т. 1), с.1035 (т. 2), справочник машиностроителя, М. Машгиз, 1968 г. с. 293-298 (том 1), авт. св. СССР N 1589518, кл. B 62 D 57/00.The geometric surface of the conoid-helicoid is known and described in the literature, is used in technology, for example:
mathematical encyclopedia, "SE", M. 1977 p. 914 (t. 1), p. 1035 (t. 2), reference book of a machine builder, M. Mashgiz, 1968. 293-298 (volume 1), ed. St. USSR N 1589518, class B 62 D 57/00.

Для повышения качества смешивания реагирующих компонентов смеси при возможности осуществления плавного регулирования расхода реагента путем увеличения контактной поверхности струй истекающих компонентов, образования завихрений одного компонента в другом смеситель выполнен в виде цилиндрической камеры с входным патрубком одного компонента, коаксиально внутри камеры укреплен с помощью сильфона с винтовым механизмом изменения его высоты коноид-геликоид из полой оболочки аэродинамического профиля витками внахлест друг на друга до полного перекрытия поверхностью последующего витка сопла-щели вдоль крайней кромки предыдущего витка, а полость коноид-геликоида соединена с патрубком входа второго компонента. To improve the quality of mixing the reacting components of the mixture, it is possible to smoothly control the flow rate of the reagent by increasing the contact surface of the jets of the expiring components, creating turbulence of one component in another, the mixer is made in the form of a cylindrical chamber with an inlet pipe of one component, coaxially mounted inside the chamber with a bellows with a screw mechanism changes in its height of the conoid-helicoid from the hollow shell of the aerodynamic profile by turns overlapping each other to n complete overlap of the surface of the subsequent turn of the nozzle-slit along the extreme edge of the previous turn, and the cavity of the conoid-helicoid is connected to the inlet of the second component.

Так как при истечении струй первого компонента из щелей между витками коноида-геликоида одновременно высасывается из сопел-щелей кромки витков струя второго компонента, которые вступают в контакт по всей поверхности струй, образуя аэродинамические завихрения внутрь коноида-геликоида, то данное обстоятельство обеспечивает высокое качество перемешивания при осуществлении возможности регулирования сечения сопел-щелей между витками. Since at the outflow of the jets of the first component from the gaps between the turns of the conoid-helicoid, the jets of the second component are sucked out from the nozzles-gaps of the edges of the turns, which come into contact over the entire surface of the jets, forming aerodynamic vortices inside the conoid-helicoid, this circumstance ensures high quality mixing with the possibility of regulating the cross section of nozzle slots between the turns.

Так как при изменении с помощью винтового механизма высоты сильфона одновременно изменяется и высота связанного с ним коноида-геликоида, то это обстоятельство обеспечивает возможность плавной регулировки сечения потоков струй истекающих компонентов при сохранении низкого гидравлического сопротивления, что приводит к возможности создания высокой производительности смесителя при любых соотношениях компонент смеси. Since when the height of the bellows is changed by means of a screw mechanism, the height of the helicoid-conoid associated with it also changes, this circumstance provides the possibility of smooth adjustment of the cross section of the streams of jets of the flowing components while maintaining low hydraulic resistance, which leads to the possibility of creating high mixer performance at any ratios component of the mixture.

На фиг. 1 показан разрез диаметральной плоскостью камеры смесителя (коноид-геликоид условно не разрезан); на фиг. 2 разрез диаметральной плоскостью камеры и коноида-геликоида смесителя. In FIG. 1 shows a section through the diametrical plane of the mixer chamber (the conoid-helicoid is conditionally not cut); in FIG. 2 is a section through the diametrical plane of the chamber and the conoid-helicoid mixer.

Смеситель состоит из цилиндрической камеры 1 в виде стакана с днищем 2 и торцовым кольцом 3, между которыми с помощью сильфона 4 укреплен коноид-геликоид 5 из полой оболочки 6 с щелевидным соплом 7 по крайней кромке, выход которого перекрыт очередным витком внахлест. Между днищем 2 и основанием 8 сильфона 4 помещен винтовой механизм, содержащий упор 9, шток 10 с упорной резьбой в пробке 11 днища 2 и рукоятку 12 регулировки высоты сильфона и высоты коноида-геликоида. Днище 2 соединено со стаканом камеры 1 с помощью резьбы 13, пробка 11 днища 2 соединена с днищем 2 с помощью резьбы 14, днище сильфона 4 соединено с днищем 2 с помощью резьбы 15, торцовое кольцо 3 соединено со стаканом камеры 1 с помощью резьбы 16, внутренняя резьба 17 торцового кольца 3 предназначена для соединения выхода смесителя с диффузором реактора (на чертежах не показаны как типовые, применяемые по своему прямому назначению). Упор 9 винтового механизма соединен с возможностью вращения со сверлением 18 в пробке 19, соединенной с основанием 8 сильфона 4 резьбой 20. Входные патрубки 21 и 29 подвода компонент смеси соединены с днищем 2 и коноидом-геликоидом 5 с помощью сварки 23, 24, сам коноид-геликоид 5 соединен с основанием 8 сильфона 4 и торцовым кольцом 3 с помощью сварки 25 и 26. В случае большегабаритных вариантов исполнения смесителя возможно применение промежуточных соединительных отводов 27 витков геликоида 5 с патрубком 22. The mixer consists of a cylindrical chamber 1 in the form of a cup with a bottom 2 and an end ring 3, between which with the help of a bellows 4 a conoid-helicoid 5 from a hollow shell 6 with a slot-like nozzle 7 at the extreme edge, the outlet of which is blocked by another lap, is fixed. Between the bottom 2 and the base 8 of the bellows 4 there is a screw mechanism containing a stop 9, a rod 10 with a threaded stopper in the plug 11 of the bottom 2 and a handle 12 for adjusting the height of the bellows and the height of the helicoid conoid. The bottom 2 is connected to the chamber glass 1 using a thread 13, the plug 11 of the bottom 2 is connected to the bottom 2 using the thread 14, the bottom of the bellows 4 is connected to the bottom 2 using the thread 15, the end ring 3 is connected to the glass of the chamber 1 using the thread 16, the internal thread 17 of the end ring 3 is designed to connect the output of the mixer with the reactor diffuser (not shown in the drawings as typical, used for its intended purpose). The stop 9 of the screw mechanism is rotatably connected with drilling 18 in the plug 19 connected to the base 8 of the bellows 4 by a thread 20. The inlet pipes 21 and 29 for supplying the mixture components are connected to the bottom 2 and the helicoid 5 by welding 23, 24, the conoid itself the helicoid 5 is connected to the base 8 of the bellows 4 and the end ring 3 by welding 25 and 26. In the case of large-sized versions of the mixer, it is possible to use intermediate connecting taps 27 of the turns of the helicoid 5 with the pipe 22.

В зависимости от режимов эксплуатации смеситель может иметь рубашку охлаждения, применяемую по своему прямому назначению (на чертежах не показано). Depending on the operating conditions, the mixer may have a cooling jacket used for its intended purpose (not shown in the drawings).

Материалом частей смесителя выбираются сплавы со свойствами в соответствии с условиями эксплуатации, химической активности смешиваемых реагентов, температурного режима процесса, рабочих давлений и т.п. Например, в случае применения смесителя для реакторов в технологической схеме производства эпихлоргидрина преимущественным материалом является инконель и подобные сплавы. The material of the mixer parts selects alloys with properties in accordance with the operating conditions, chemical activity of the mixed reagents, process temperature, operating pressures, etc. For example, in the case of the use of a mixer for reactors in the technological scheme for the production of epichlorohydrin, the preferred material is inconel and similar alloys.

Смеситель работает следующим образом. The mixer operates as follows.

Смешиваемые компоненты по патрубкам 21 и 22 под заданным давлением подаются в полость стакана камеры 1 (компонента первая) и в полость оболочки 6 витков коноида-геликоида 5, сопло-щель 7 которого перекрыто витками внахлест в закрытом нерабочем состоянии смесителя. При ввинчивании с помощью рукоятки 12 штока 10 регулятора высоты сильфона 4 упор 9 действует на основание 8 сильфона 4, раздвигая его и сжимая соответственно коноид-геликоид 5, сдвигая относительно друг друга его витки оболочки 6. В результате сопло-щель 7 по кромке оболочки 6 витков приоткрывается, одновременно образуя спиральное сопло-щель между витками коноида-геликоида 5, создавая выход внутрь смесителя струй компонент-реагентов, подаваемых в камеру 1 по патрубку 21 и в полость витков коноида-геликоида 5 по патрубку 22, где протекает процесс смешивания и реакции компонент. The mixed components through the nozzles 21 and 22 are supplied under the specified pressure into the cavity of the chamber 1 of the chamber (component one) and into the cavity of the shell 6 of the turns of the heloid conoid 5, the nozzle-slot 7 of which is overlapped by overlapping turns in the closed inoperative state of the mixer. When screwing with the handle 12 of the rod 10 of the bellows height regulator 4, the stop 9 acts on the base 8 of the bellows 4, pushing it apart and compressing the conoid-helicoid 5 accordingly, shifting its shell turns 6 relative to each other. As a result, the nozzle-slot 7 along the edge of the shell 6 turns slightly opens, simultaneously forming a spiral nozzle-gap between the turns of the helicoid conoid 5, creating an outlet into the mixer of the jets of component reagents supplied to the chamber 1 through the pipe 21 and into the cavity of the turns of the conoid-helicoid 5 through the pipe 22, where the mixture flows sewing and reaction components.

Так как истечение струй компонент из сопел-щелей образует контактную площадь между компонентами по поверхностям струй большой величины, а последние вследствие аэродинамического эффекта образуют завихрения внутрь полости коноида-геликоида, то данное обстоятельство обеспечивает высокое качество смешивания, позволяя повысить скорость реакции процесса. Since the outflow of the jets of the components from the nozzle slots forms the contact area between the components on the surfaces of the jets of large magnitude, and the latter, due to the aerodynamic effect, form vortices inside the cavity of the helicoid-conoid, this circumstance ensures high quality of mixing, allowing to increase the reaction rate of the process.

Так как изменение с помощью винтового механизма с рукояткой 12 регулировки относительно положения витков коноида-геликоида 5 приводит к изменению величины сечения потока и скорости истечения компонента N1, то это обстоятельство непосредственно определяет скорость истечения из сопла-щели 7 компонента 2, что обеспечивает автоматическую регулировку расхода смешиваемых компонентов по заданному режиму технологического процесса. Since a change with the help of a screw mechanism with a adjustment knob 12 relative to the position of the turns of the conoid-helicoid 5 leads to a change in the value of the flow cross section and the outflow rate of component N1, this circumstance directly determines the outflow rate from the nozzle-slot 7 of component 2, which provides automatic flow control mixed components according to a given process mode.

Так как изменения относительного положения витков коноида-геликоида 5 с помощью рукоятки 12 регулировки возможно непрерывно на любую заданную величину, то данное обстоятельство обеспечивает возможность управления технологическим процессом в соответствии с изменениями параметров компонент, предотвращая срывы режима, что невозможно по прототипу и аналогичным смесителям. Since changes in the relative position of the turns of the conoid-helicoid 5 using the adjustment knob 12 is possible continuously by any given value, this circumstance provides the ability to control the technological process in accordance with changes in the parameters of the components, preventing breakdowns, which is impossible with the prototype and similar mixers.

Claims

A mixer of chemically reacting substances containing a chamber with an inlet pipe for one of the reagents and a channel and a diffuser equipped with a supply pipe for the second of the reagents, characterized in that the channel with a diffuser is made in the form of a helicoid conoid from a hollow aerodynamic profile plate with overlapping turns until the surface of the subsequent turn of the nozzle-gap along the edge of the previous turn completely overlaps, the cavity of the plate of the turns of the conoid-helicoid is equipped with a nozzle for supplying the second reagent and the conoid-helicoid flax coaxially within the chamber to vary its height by a bellows with a screw mechanism changes its height.