RU2186614C2

RU2186614C2 - Apparatus and method of interaction of phases in gas- to-liquid and liquid-to-liquid systems

Info

Publication number: RU2186614C2
Application number: RU2000123334/12A
Authority: RU
Inventors: Руфат Шовкет оглы Абиев
Original assignee: Руфат Шовкет оглы Абиев
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: dispersion of gas in liquid, dispersion of one liquid in another (emulsification) at accompanying heat- and mass-exchange processes - gas-and-liquid reactions, absorption, cooling of gases, extraction; chemical, petrochemical, pharmaceutical, food-processing and other industries. SUBSTANCE: apparatus has housing with one or several phase contacting tubes and technological branch pipes. Phase contacting tubes are made in form of confuser-diffuser members of Venturi tube type connected in succession; opening angle of confuser part is 10-40 deg and that diffuser part is 4-20 deg. Tubes may be made by plastic deformation of cylindrical tubes. Method of interaction in gas-to-liquid and liquid-to-liquid systems consists in delivery of continuous and dispersed phases from confuser ends of phase contacting tubes. Volumetric flow rate of heterogeneous medium fed through each tube is related to volume of each confuser-diffuser member according to definite relationship. EFFECT: enhanced efficiency of apparatus. 3 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение может быть использовано для проведения процессов диспергирования газа в жидкости, одной жидкости в другой (эмульгирования) с сопутствующими тепло- и массообменными процессами - газожидкостных реакций, абсорбции, охлаждения газов, экстракции, и может быть использовано в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. The present invention can be used to carry out the processes of dispersing gas in a liquid, one liquid in another (emulsification) with the accompanying heat and mass transfer processes - gas-liquid reactions, absorption, gas cooling, extraction, and can be used in chemical, petrochemical, pharmaceutical, food and other industries.

Известен аппарат для осуществления взаимодействия в системе газ-жидкость (МПК 4 В 01 J 10/00. А.с. СССР 1745329), содержащий трубки, в нижних концах которых по их оси установлены специальные вставки, каждая из которых представляет собой тело вращения, состоящее из двух конусов с противоположно направленными вершинами и равными основаниями, соединенными цилиндрическим участком, площадь которого составляет 0,9-0,95 площади барботажной трубы, углы при вершинах нижнего и верхнего конусов составляют соответственно 40-60^o и 10-20^o, причем цилиндрическая часть вставок расположена на 1-1,5 диаметра барботажной трубы выше отверстий в барботажной трубе, предназначенных для подачи газа. В известном аппарате обеспечивается существенное дробление дисперсной фазы в узком кольцевом зазоре между вставкой и барботажной трубой, однако пузыри, поднимаясь выше вставки, осциллируют и за счет сил гидродинамического взаимодействия и турбулентных пульсаций быстро коалесцируют, вследствие чего резко снижается межфазная поверхность, и тепло- и массообменные процессы значительно замедляются. Кроме того, для достижения равномерного диспергирования вставка должна быть установлена соосно барботажной трубе с высокой точностью, что на практике трудно достижимо.A known apparatus for interacting in a gas-liquid system (IPC 4 V 01 J 10/00. A.S. USSR 1745329), containing tubes, in the lower ends of which along the axis there are special inserts, each of which represents a body of revolution, consisting of two cones with oppositely directed peaks and equal bases connected by a cylindrical section, the area of which is 0.9-0.95 of the area of the bubble tube, the angles at the vertices of the lower and upper cones are 40-60 ^o and 10-20 ^o , respectively cylindrical part the inserts are located 1-1.5 diameters of the bubbler pipe above the holes in the bubbler pipe designed to supply gas. In the known apparatus, substantial dispersion phase crushing is ensured in a narrow annular gap between the insert and the bubble tube, however, the bubbles rising above the insert oscillate and rapidly coalesce due to the forces of hydrodynamic interaction and turbulent pulsations, as a result of which the interfacial surface and the heat and mass transfer sharply decrease processes slow down significantly. In addition, to achieve uniform dispersion, the insert must be installed coaxially to the bubbler pipe with high accuracy, which is difficult in practice.

Известен аппарат для осуществления взаимодействия двух фаз, в котором размещена труба контактирования фаз в виде конфузорно-диффузорного устройства типа трубы Вентури (патент ЕР 0477846, кл. В 01 F 5/04, 01.04.92), угол раскрытия конфузорной части которого составляет 10-40^o, а диффузорной - 4-20^o. Известное устройство предназначено для улучшения диспергирования газа в жидкости, причем в трубе Вентури установлена коническая вставка, позволяющая регулировать проходное кольцевое сечение в горловине трубы Вентури. Скорость в горловине трубы Вентури развивается такой, что при данном газосодержании она превышает скорость звука в газожидкостной среде. В газожидкостной среде возникает ударная волна, которая приводит к улучшению диспергирования пузырьков газа в жидкости, что, в свою очередь, ведет к увеличению межфазной поверхности, улучшению массопереноса, ускорению реакций, протекающих в диффузионном режиме. В известном решении отмечается и возможность обработки систем жидкость-жидкость, однако она ограничена процессами испарения следов одной жидкости в диспергируемый газ, поскольку без введения газа в жидкость (или эмульсию) аппарат попросту не будет работать, т.к. скорость звука в жидкостях (и эмульсиях) чрезвычайно высока, и имеет порядок 10³ м/с. Таким образом, ввод газа в известном решении продиктован реализуемым в нем принципом генерирования ударных волн. В процессах, где наличие газа не обязательно, это приведет к необходимости ввода в технологическую цепочку дополнительного нагнетателя газа, что обусловит рост капитальных и текущих затрат. Кроме того, существует ряд процессов, в которых присутствие газа нежелательно, например, в силу опасности окисления жидких сред и даже их взрыва. В такие жидкости придется вводить дорогостоящие инертные газы, что также повлечет за собой удорожание процесса.A known apparatus for the interaction of two phases, in which a phase contact pipe is placed in the form of a confuser-diffuser device such as a Venturi pipe (patent EP 0477846, class B 01 F 5/04, 04/01/92), the opening angle of the confuser part of which is 10- 40 ^o , and diffuser - 4-20 ^o . The known device is intended to improve the dispersion of gas in a liquid, and a conical insert is installed in the venturi, which allows you to adjust the annular cross-section in the neck of the venturi. The velocity in the throat of the Venturi pipe develops such that at a given gas content it exceeds the speed of sound in a gas-liquid medium. A shock wave arises in a gas-liquid medium, which leads to an improvement in the dispersion of gas bubbles in a liquid, which, in turn, leads to an increase in the interfacial surface, an improvement in mass transfer, and acceleration of reactions proceeding in a diffusion mode. The known solution also notes the possibility of processing liquid-liquid systems, however, it is limited by the processes of evaporation of traces of one liquid into a dispersible gas, since the apparatus simply will not work without introducing gas into the liquid (or emulsion), because the speed of sound in liquids (and emulsions) is extremely high, and is of the order of 10 ³ m / s. Thus, the gas injection in the known solution is dictated by the principle of generation of shock waves realized in it. In processes where the presence of gas is not necessary, this will lead to the need to introduce an additional gas supercharger into the process chain, which will lead to an increase in capital and current costs. In addition, there are a number of processes in which the presence of gas is undesirable, for example, due to the danger of oxidation of liquid media and even their explosion. Expensive inert gases will have to be introduced into such liquids, which will also entail an increase in the cost of the process.

В известном решении предполагается, что скорость звука в газожидкостной среде достаточно мала. Известно (Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Л.: Наука, 1973. - С. 123), что скорость звука с, м/с в газожидкостной смеси связана с газосодержанием φ приближенным соотношением

где p - давление в жидкости, Па,
ρ₁ - плотность жидкости, кг/м³,
и при φ = 0,5 имеет минимум, равный при атмосферном давлении в среде вода-воздух примерно 20 м/с. Такие низкие значения сохраняются в диапазоне газосодержаний φ = 0,4-0,6, а, например, при φ = 0,05 и φ = 0,95 уже достигают значений около 45 м/с. Потери давления в устройстве при турбулентном режиме течения пропорциональны квадрату скорости, и при снижении газосодержания, например, до 0,05 для создания ударной волны потребуется такой расход жидкости, при котором потери давления существенно возрастут (в (45/20)²= 5,06 раз), энергозатраты возрастут пропорционально кубу скорости, т. е. более чем в 10, а именно в (45/20)³=11,4 раз. Таким образом, известное устройство имеет определенный экономически целесообразный диапазон работы газосодержания, примерно равный φ = 0,4-0,6.
В известном решении предполагается, что за счет введения внутренней конической вставки увеличивается доля потока, проходящего через зону ударной волны, что происходит благодаря выравниванию профиля скорости в горловине. В действительности на поверхности стенок, как самой горловины, так и конической вставки, в силу условия прилипания скорость жидкости равна нулю, т.е. вблизи обеих поверхностей существует вязкий слой, в котором скорость все равно будет меньше скорости звука. Таким образом, если даже доля потока, подвергаемая воздействию ударной волной, и увеличится, все же немалая часть его не пройдет сквозь зону сверхзвуковой скорости, и не испытает указанного воздействия, и далее будет выведена из аппарата.In the known solution, it is assumed that the speed of sound in a gas-liquid medium is quite small. It is known (Loytsyansky LG, Mechanics of liquid and gas. L .: Nauka, 1973. - P. 123) that the speed of sound s, m / s in a gas-liquid mixture is associated with the gas content φ by the approximate ratio

where p is the pressure in the liquid, Pa,
ρ ₁ is the density of the liquid, kg / m ³ ,
and at φ = 0.5 it has a minimum equal to about 20 m / s at atmospheric pressure in a water-air medium. Such low values are maintained in the gas content range φ = 0.4-0.6, and, for example, at φ = 0.05 and φ = 0.95 already reach values of about 45 m / s. The pressure loss in the device under turbulent flow conditions is proportional to the square of the velocity, and when the gas content decreases, for example, to 0.05, to create a shock wave, a liquid flow rate is required at which the pressure loss increases significantly (in (45/20) ² = 5.06 times), energy consumption will increase in proportion to the speed cube, i.e., more than 10, namely, (45/20) ³ = 11.4 times. Thus, the known device has a certain economically feasible range of gas content, approximately equal to φ = 0.4-0.6.
In the known solution, it is assumed that due to the introduction of the internal conical insert, the fraction of the flow passing through the shock wave zone increases, which occurs due to the alignment of the velocity profile in the neck. In fact, on the surface of the walls of both the neck itself and the conical insert, due to the sticking condition, the fluid velocity is zero, i.e. near both surfaces there is a viscous layer in which the speed will still be less than the speed of sound. Thus, even if the fraction of the flow exposed to the shock wave increases, nevertheless, a considerable part of it will not pass through the zone of supersonic speed, and will not experience the indicated effect, and then it will be removed from the apparatus.

Известен аппарат для осуществления взаимодействия двух фаз, а именно для разделения пластовых флюидов на компоненты - нефть, газ, воду, содержащий конфузор с углом раскрытия 20-70^o и диффузор с углом раскрытия 2-20^o (пат. RU 2149260, кл. Е 21 В 43/34, 20.05.2000). В основу принципа действия известного решения в той части, которая связана с сужением и расширением потока, положены: а) высокая турбулизация потока в удлиненной горловине, что обеспечивает полное разрушение исходной эмульсии и удаление бронирующих оболочек; б) углы конусности расширяющейся и сужающейся частей выбраны в указанном диапазоне для разрушения смеси, состоящей из нефти и воды, причем угол конусности сужающейся части определяется условиями минимальных потерь давления, а расширяющейся - условиями увеличения вероятности столкновения тонкодисперсных капелек воды и предупреждения вторичного передиспергирования укрупнившихся капель. Использование известного устройства для процессов тонкого диспергирования газа в жидкости или одной жидкости в другой не представляется возможным, поскольку известный аппарат предназначен для предотвращения эмульгирования, т. е. для "деэмульсирования". Это не позволяет использовать известное устройство сколько-нибудь эффективно в процессах взаимодействия фаз газ-жидкость и жидкость-жидкость, где требуется высокая удельная поверхность межфазного взаимодействия, а также достаточное время пребывания фаз в аппарате.A known apparatus for the interaction of two phases, namely for the separation of formation fluids into components - oil, gas, water, containing a confuser with an opening angle of 20-70 ^o and a diffuser with an opening angle of 2-20 ^o (US Pat. RU 2149260, class E 21 B 43/34, 05.20.2000). The principle of operation of the known solution in that part, which is associated with narrowing and expansion of the flow, is based on: a) high turbulization of the flow in an elongated neck, which ensures complete destruction of the initial emulsion and the removal of armor shells; b) the taper angles of the expanding and tapering parts are selected in the indicated range for the destruction of the mixture consisting of oil and water, the taper angle of the tapering part is determined by the conditions of minimal pressure loss, and the expanding angle is determined by the conditions of increasing the probability of collision of finely divided water droplets and prevention of secondary redispersion of enlarged drops. The use of a known device for processes of fine dispersion of a gas in a liquid or one liquid in another is not possible, since the known device is designed to prevent emulsification, that is, for "demulsification". This does not allow the use of the known device to be any effective in the processes of interaction of gas-liquid and liquid-liquid phases, where a high specific surface of interfacial interaction is required, as well as a sufficient residence time of the phases in the apparatus.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение эффективности аппарата за счет тонкого диспергирования капель и пузырей и интенсификации внутреннего перемешивания в дисперсных включениях, в том числе благодаря их резонансным колебаниям, упрощение конструкции барботажных труб. The technical result of the invention is to increase the efficiency of the apparatus due to the fine dispersion of droplets and bubbles and the intensification of internal mixing in dispersed inclusions, including due to their resonant vibrations, simplifying the design of bubble tubes.

Нужный результат достигается тем, что в аппарате для осуществления взаимодействия в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость, содержащем корпус, одну или несколько труб контактирования фаз, размещенных в нем, и технологические патрубки, причем трубы контактирования фаз выполнены в виде последовательно соединенных конфузорно-диффузорных элементов типа трубы Вентури, а угол раскрытия конфузорной части лежит в пределах от 10 до 40^o, диффузорной - в пределах от 4 до 20^o, трубы контактирования фаз выполнены путем пластического деформирования цилиндрических труб, при этом закон изменения площади их поперечного сечения вдоль оси потока соответствует таковому в конфузорно-диффузорных элементах типа трубы Вентури.The desired result is achieved by the fact that in the apparatus for interacting in gas-liquid and liquid-liquid systems containing a housing, one or more contact pipes of the phases placed in it, and process pipes, and the contact pipes of the phases are made in the form of series-connected confuser diffuser elements such as Venturi tubes, and the opening angle of the confuser part is in the range from 10 to 40 ^o , diffuser elements in the range from 4 to 20 ^o , phase contact tubes are made by plastic deformation cylindrical pipes, while the law of changing the cross-sectional area along the flow axis corresponds to that in confuser-diffuser elements such as a venturi.

Нужный результат достигается также тем, что способ эксплуатации аппарата для осуществления взаимодействия в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость заключается в подаче сплошной и диспергируемой фаз с конфузорных концов труб контактирования фаз, причем объемный расход Q гетерогенной среды, подаваемой через каждую из труб, связан с объемом V каждого конфузорно-диффузорного элемента труб контактирования фаз соотношением

где π = 3,1415...;
n - номер моды колебаний капли (пузыря); для пузыря n=0,1,2,...; для капли n=2,3,4,...;
σ - межфазное натяжение, Н/м;
ρ₁ - плотность сплошной среды, кг/м³;
ρ₂ - плотность жидкости в капле (пузыре), кг/м³;
d - диаметр капли (пузыря), м.The desired result is also achieved by the fact that the method of operation of the apparatus for interacting in gas-liquid and liquid-liquid systems consists in supplying a continuous and dispersible phase from the confuser ends of the phase contact pipes, and the volumetric flow Q of the heterogeneous medium supplied through each of the pipes is connected with volume V of each confuser-diffuser element of the phase contact tubes by the ratio

where π = 3.1415 ...;
n is the mode number of the droplet (bubble) oscillations; for a bubble n = 0,1,2, ...; for a drop n = 2,3,4, ...;
σ is the interfacial tension, N / m;
ρ ₁ is the density of the continuous medium, kg / m ³ ;
ρ ₂ - the density of the liquid in the drop (bubble), kg / m ³ ;
d is the diameter of the drop (bubble), m

Нулевая мода (n=0) соответствует радиальным колебаниям расширения-сжатия капли (пузыря) и для несжимаемой жидкости невозможна, первая мода (n=1) соответствует поступательным колебаниям капли (пузыря) как целого, и может осуществляться в периодически сужающемся и расширяющемся потоке благодаря разности плотностей фаз. The zero mode (n = 0) corresponds to the radial vibrations of expansion and contraction of the drop (bubble) and is impossible for an incompressible fluid, the first mode (n = 1) corresponds to the translational vibrations of the drop (bubble) as a whole, and can be carried out in a periodically tapering and expanding flow due to phase density differences.

Формула (1) вытекает из анализа следующих двух аспектов работы предлагаемого аппарата. При подаче гетерогенной системы с расходом Q заполнение одного элемента объемом V произойдет за время
T=V/Q, (2)
т. е. в единицу времени поток будет проходить через конфузорно-диффузорные элементы с частотой
f=1/T=Q/V. (3)
Эта и есть та частота пульсаций давления, которую будут испытывать дисперсные включения (капли, пузыри), двигаясь вместе со сплошной средой через трубу контактирования фаз. При прохождении через ее узкие участки поток ускоряется (в узком сечении скорость максимальна), а давление, согласно известному уравнению Бернулли, - падает. При прохождении участка расширения скорость потока уменьшается, а давление - увеличивается. Такие переменные пульсации давления будет испытывать гетерогенная среда, двигаясь последовательно через конфузорно-диффузорные элементы.Formula (1) follows from the analysis of the following two aspects of the proposed apparatus. When applying a heterogeneous system with flow rate Q, filling of one element with volume V will occur in time
T = V / Q, (2)
i.e., per unit time, the flow will pass through the confuser-diffuser elements with a frequency
f = 1 / T = Q / V. (3)
This is the frequency of pressure pulsations that disperse inclusions (drops, bubbles) will experience, moving together with a continuous medium through a phase contact pipe. When passing through its narrow sections, the flow accelerates (in a narrow section the speed is maximum), and the pressure, according to the well-known Bernoulli equation, drops. With the passage of the expansion section, the flow rate decreases, and the pressure increases. Such variable pressure pulsations will be experienced by a heterogeneous medium, moving sequentially through confuser-diffuser elements.

При совпадении частоты этих пульсаций с частотой одной из мод собственных колебаний капли (пузыря), определяемой согласно формуле Рэлея (Coy С. Гидродинамика многофазных систем. - М.: Мир, 1971. - С.137)

происходят резонансные колебания капли (пузыря), сопровождающиеся наиболее мощным деформированием его поверхности, интенсивным внутренним перемешиванием и дроблением. Все это способствует улучшению гидродинамической обстановки как внутри капли, так и вблизи ее поверхности, а значит, приводит к интенсификации внутреннего и внешнего процессов массообмена. Приравнивание правых частей выражений (3) и (4) приводит к уравнению (1).If the frequency of these pulsations coincides with the frequency of one of the modes of the natural oscillations of the drop (bubble), determined according to the Rayleigh formula (Coy C. Hydrodynamics of multiphase systems. - M .: Mir, 1971. - P.137)

resonant vibrations of a drop (bubble) occur, accompanied by the most powerful deformation of its surface, intense internal mixing and crushing. All this contributes to the improvement of the hydrodynamic situation both inside the droplet and near its surface, which means that it leads to the intensification of the internal and external mass transfer processes. Equating the right-hand sides of expressions (3) and (4) leads to equation (1).

На фиг.1-3 показаны варианты исполнения предлагаемого аппарата: на фиг.1 - типа "труба в трубе", на фиг.2 - одноходовой кожухотрубный, на фиг.3 - двухходовой кожухотрубный. Все три варианта содержат трубы 1 контактирования фаз, состоящие из горловин 2, диффузоров 3, конфузоров 4. Штуцер 5 предназначен для ввода сплошной среды, патрубок 6 - для ввода дисперсной среды, штуцер 7 - для вывода эмульсии (газожидкостной смеси). Figure 1-3 shows the embodiments of the proposed apparatus: figure 1 - type "pipe in pipe", figure 2 - one-way shell-and-tube, figure 3 - two-way shell-and-tube. All three options contain phase contact pipes 1, consisting of necks 2, diffusers 3, confusers 4. The nozzle 5 is used to enter a continuous medium, the nozzle 6 is used to enter a dispersed medium, and the nozzle 7 is used to output an emulsion (gas-liquid mixture).

В аппарате, представленном на фиг.1, для отвода или подвода теплоты к аппарату служит рубашка 8, снабженная штуцерами 9 для ввода и вывода теплоносителя. Здесь же показаны фрагменты дробления дисперсных включений. In the apparatus shown in Fig. 1, for the removal or supply of heat to the apparatus, a shirt 8 is provided, equipped with fittings 9 for input and output of a heat carrier. Shredded fragments of dispersed inclusions are also shown here.

В одноходовом кожухотрубном аппарате, представленном на фиг.2, конфузорно-диффузорные элементы имеют одинаковое направление (на схеме условно показана одна труба). Трубы заключены в кожух 10, снабженный штуцерами 9 для ввода и вывода теплоносителя. Нижние и верхние части труб закреплены в трубных решетках 11 и 12 соответственно. Трубки 13 для подачи дисперсной фазы в горловины 2 в нижней части труб контактирования фаз нижней своей частью закреплены в трубной решетке 14, под которой находится камера 15 для распределения дисперсной фазы. Между трубными решетками 11 и 14 размещена камера 16 для распределения по трубам контактирования фаз сплошной фазы. Камера 17 в верхней части аппарата служит для слияния потоков эмульсии (газожидкостной системы), выходящих из труб контактирования фаз, для дальнейшего их вывода из аппарата через штуцер 7. In a single-pass shell-and-tube apparatus shown in Fig. 2, the confuser-diffuser elements have the same direction (one pipe is conventionally shown in the diagram). The pipes are enclosed in a casing 10, equipped with fittings 9 for input and output of the coolant. The lower and upper parts of the pipes are fixed in the tube sheets 11 and 12, respectively. Tubes 13 for feeding the dispersed phase into the necks 2 in the lower part of the phase contact tubes are fixed with their lower part in the tube sheet 14, under which there is a chamber 15 for distributing the dispersed phase. Between the tube sheets 11 and 14 there is a chamber 16 for distributing the phases of the continuous phase through the contact tubes. The chamber 17 in the upper part of the apparatus serves to merge the flows of the emulsion (gas-liquid system) emerging from the phase contact tubes, for their further withdrawal from the apparatus through the nozzle 7.

В двухходовом кожухотрубном аппарате, представленном на фиг.3, половина труб контактирования фаз направлена снизу вверх, вторая половина имеет противоположное направление (показано большими стрелками). Обозначения - те же, что и для аппарата по фиг.2. В камере 18 происходит разворот потока, для разделения камер 15 и 16 служит перегородка 19. Трубки 20 предназначены для подсоса сепарирующейся при развороте потока в камере 18 дисперсной фазы в горловины труб контактирования фаз, в которых поток движется вниз. In the two-way shell-and-tube apparatus shown in FIG. 3, half of the phase contact pipes are directed from the bottom up, the second half has the opposite direction (shown by large arrows). Designations are the same as for the apparatus of FIG. 2. In the chamber 18, a flow reversal occurs, to separate the chambers 15 and 16, a partition 19 is used. The tubes 20 are designed for suction of the dispersed phase that separates when the flow in the chamber 18 rotates into the necks of the contact tubes of phases in which the flow moves downward.

На фиг. 4 представлена схема пластически деформированной цилиндрической трубы контактирования фаз, позволяющая получить переменное сечение труб 1 контактирования фаз с заданным законом изменения площади поперечного сечения. Горловина 2, диффузор 3, конфузор 4 образуются путем сжатия цилиндрической трубы (контур исходной трубы показан штриховой линией) между рабочими поверхностями формующего инструмента (показан пунктирной линией), помещенного под пресс (усилие пресса показано жирной стрелкой). За одну операцию возможно формование одного или нескольких участков трубы, в зависимости от размеров формующего инструмента и мощности пресса. В сечении, показанном на разрезе Б-Б, происходит основное изменение формы продольного сечения трубы, тогда как в разрезе А-А показаны боковые деформации трубы. Аналогичным образом могут также изготавливаться трубы контактирования фаз из термопластов - путем прессования в нагретом до температуры размягчения состоянии. Такой способ изготовления труб контактирования фаз не требует проведения токарных работ с дальнейшим прецизионным закреплением вставок внутри труб, как это сделано в известных устройствах. In FIG. 4 is a diagram of a plastically deformed cylindrical phase contact pipe, allowing to obtain a variable section of the phase contact pipes 1 with a given law of change in cross-sectional area. The neck 2, diffuser 3, confuser 4 are formed by compressing a cylindrical pipe (the outline of the original pipe is shown by a dashed line) between the working surfaces of the forming tool (shown by the dashed line) placed under the press (the pressure of the press is shown by a bold arrow). In one operation, it is possible to mold one or more pipe sections, depending on the size of the forming tool and the power of the press. In the section shown in section BB, the main change in the shape of the longitudinal section of the pipe occurs, while in section AA shows the lateral deformation of the pipe. Similarly, pipes for contacting phases from thermoplastics can also be made - by pressing in a state heated to a softening temperature. This method of manufacturing phase contact tubes does not require turning with further precision fixing of the inserts inside the tubes, as is done in known devices.

На фиг.5 показана схема одного конфузорно-диффузорного элемента. Объем V конфузорно-диффузорного элемента определяется как объем внутренней полости одного элемента, отсекаемой поперечными сечениями 0 и 4, или как сумма объемов усеченных конусов длиной L₁ и L₃, а также цилиндров (горловин) длиной L₂ и L₄ (см. фиг. 5). В случае пластического деформирования трубы, объем элемента V равен объему между двумя поперечными сечениями, проведенными в одноименных точках профиля (например, в самом узком месте двух горловин соседних элементов типа трубы Вентури); определение объема V можно выполнить опытным путем, например, измеряя объем вмещающейся в готовую трубу жидкости, и относя его к числу одинаковых конфузорно-диффузорных элементов.Figure 5 shows a diagram of one confuser-diffuser element. The volume V of the confuser-diffuser element is defined as the volume of the internal cavity of one element cut off by cross sections 0 and 4, or as the sum of the volumes of truncated cones of length L ₁ and L ₃ , as well as cylinders (necks) of length L ₂ and L ₄ (see Fig. . 5). In the case of plastic deformation of the pipe, the volume of element V is equal to the volume between two cross sections drawn at the same points in the profile (for example, at the narrowest point of two necks of adjacent elements such as a Venturi pipe); the determination of the volume V can be carried out empirically, for example, by measuring the volume of the liquid contained in the finished pipe, and referring it to the number of identical confuser-diffuser elements.

Аппараты работают следующим образом. В штуцеры 5 подается сплошная фаза; под действием разрежения, возникающего в горловине 2, через патрубки 6 подсасывается дисперсная фаза (она может также дополнительно нагнетаться: жидкость - насосом, газ - газодувкой). Попав в горловину 2 трубы 1 контактирования фаз, дисперсные включения (капли, пузыри) под действием значительных касательных напряжений, обусловленных высокими поперечными градиентами скоростей, сильно деформируются, вытягиваясь вдоль потока (поз. а на фиг.1). Далее дисперсные включения сносятся потоком в диффузорную часть 3, где происходит его торможение с сопутствующим отрывом мелких капелек (пузырьков) от конца дисперсного включения, приводящее к тонкому диспергированию (поз. б). В зоне стыка диффузора 3 и конфузора 4 скорость потока минимальна, и там капля (пузырек) тормозится наиболее существенно, утолщаясь в поперечнике (поз. в); мелкие капельки (пузырьки) могут дополнительно отделяться от боковых частей крупных капель (пузырей). Далее, попав в следующую горловину 2, дисперсные включения вновь сильно растягиваются; цикл их растяжения, отрыва мелких капелек (пузырьков) и последующего торможения повторяется. Devices work as follows. In the fittings 5 is a continuous phase; under the action of the rarefaction that occurs in the neck 2, the dispersed phase is sucked in through the nozzles 6 (it can also be additionally pumped: liquid - by pump, gas - gas blowing). When dispersed inclusions (droplets, bubbles) fall into the neck 2 of the pipe 1 of the phase contact, significant shear stresses due to high transverse velocity gradients are strongly deformed, stretching along the flow (pos. A in Fig. 1). Further, the dispersed inclusions are carried by the stream to the diffuser part 3, where it is decelerated with a concomitant separation of small droplets (bubbles) from the end of the dispersed inclusion, resulting in fine dispersion (item b). In the zone of the junction of the diffuser 3 and confuser 4, the flow velocity is minimal, and there the drop (bubble) slows down most significantly, thickening in diameter (pos. C); small droplets (bubbles) can additionally separate from the lateral parts of large drops (bubbles). Then, having fallen into the next neck 2, disperse inclusions again strongly stretch; the cycle of their extension, separation of small droplets (bubbles) and subsequent inhibition is repeated.

В конце своего продвижения вдоль аппарата гетерогенный поток выводится через патрубки 7, откуда поступает на сепарацию или в иные технологические аппараты. At the end of its advancement along the apparatus, a heterogeneous stream is discharged through nozzles 7, from where it enters the separation or other technological apparatuses.

В аппаратах, показанных на фиг.2-3, деформирование дисперсных включений и диспергирование происходит аналогично. In the apparatus shown in figure 2-3, the deformation of the dispersed inclusions and dispersion occurs similarly.

В аппарате, показанном на фиг.2, дисперсная фаза через штуцер 6 подается в камеру 15, далее распределяется по трубкам 13; сплошная фаза через штуцер 5 подается в камеру 16, затем распределяется по трубам контактирования фаз. Вышедший из труб контактирования фаз гетерогенный поток попадает в камеру 17, из которой выводится через патрубок 7. In the apparatus shown in figure 2, the dispersed phase through the nozzle 6 is fed into the chamber 15, then distributed through the tubes 13; the continuous phase through the nozzle 5 is fed into the chamber 16, then distributed through the phase contact pipes. The heterogeneous stream emerging from the phase contact tubes enters the chamber 17, from which it is discharged through the pipe 7.

В аппарате, показанном на фиг.3, гетерогенный поток разворачивается в камере 18 и далее движется вниз. При развороте потока возможно сепарирование фаз, выражающееся во всплытии легкой фазы. Для ее последующего подсоса в трубы контактирования фаз служат трубки 20, нижним своим концом соединенные с горловинами 2 труб контактирования фаз. In the apparatus shown in FIG. 3, a heterogeneous flow unfolds in the chamber 18 and then moves down. When the flow is reversed, separation of phases is possible, which is expressed in the ascent of the light phase. For its subsequent suction into the phase contact tubes, tubes 20 are used, their lower end connected to the necks of 2 phase contact tubes.

Для поддержания температурного режима процесса через штуцеры 9 вводится (выводится) теплоноситель. To maintain the temperature regime of the process through the fittings 9, the coolant is introduced (removed).

Благодаря периодическому сильному деформированию дисперсных частиц существенно ускоряется процесс перемешивания как внутри них, так и вблизи их поверхности, служащей границей раздела между сплошной и дисперсной фазами. Все это приводит к ускорению процессов тепло- и массообмена и повышает его эффективность. Due to the periodic strong deformation of the dispersed particles, the mixing process is significantly accelerated both inside them and near their surface, which serves as the interface between the continuous and dispersed phases. All this leads to an acceleration of heat and mass transfer processes and increases its efficiency.

При подаче гетерогенной среды с суммарным объемным расходом, определяемым согласно формуле (1), дополнительным фактором, интенсифицирующим как внутреннее перемешивание, так и массо- и теплообмен на границе раздела фаз, является резонансное колебание дисперсных включений. Кроме того, возбуждение резонансных колебаний дисперсных включений способствует более тонкому их диспергированию. When supplying a heterogeneous medium with a total volumetric flow rate determined according to formula (1), an additional factor intensifying both internal mixing and mass and heat transfer at the phase boundary is the resonant oscillation of dispersed inclusions. In addition, the excitation of resonant oscillations of dispersed inclusions contributes to a finer dispersion of them.

На фиг.6 показаны характерные теоретические распределения средних по поперечному сечению величин: скорости w, м/с (a), ускорения a, м/с² (б) и давления р, Па (в) по длине х, м одиночного конфузорно-диффузорного элемента, показанного на фиг.5, при следующих расчетных параметрах: d_г=10 мм, D=20 мм, L₁= 15 мм, L₂= L₄=10 мм, L₃=50 мм, α = 36^°, β = 11,5^°, Q=7,8•10^-4 м³/с. На фиг.7 показано теоретическое распределение давления р, Па по длине х, м трубы с периодическим профилем, состоящей из десяти последовательно соединенных конфузорно-диффузорных элементов. Расчетные условия - те же, что и к фиг.6. Из графиков видно, что макрообъемы среды, двигаясь вдоль оси трубы, испытывают действие огромных переменных по величине ускорений, на три порядка превышающих ускорение свободного падения, а также значительные пульсации давления с частотой, определяемой соотношением (3). Весь этот комплекс динамических воздействий способствует существенному улучшению днспергирования капель (пузырей).Figure 6 shows characteristic theoretical distributions of mean values over the cross section: velocity w, m / s (a), acceleration a, m / s ² (b) and pressure p, Pa (c) along the length x, m of a single confuser the diffuser element shown in figure 5, with the following design parameters: d _g = 10 mm, D = 20 mm, L ₁ = 15 mm, L ₂ = L ₄ = 10 mm, L ₃ = 50 mm, α = 36 ^° , β = 11.5 ^° , Q = 7.8 • 10 ^-4 m ³ / s. Figure 7 shows the theoretical pressure distribution p, Pa along the length x, m of the pipe with a periodic profile consisting of ten series-connected confuser-diffuser elements. Design conditions are the same as for Fig.6. It can be seen from the graphs that the macroscopic volumes of the medium moving along the axis of the pipe experience the action of huge variables in terms of accelerations, three orders of magnitude higher than the acceleration of gravity, as well as significant pressure pulsations with a frequency determined by relation (3). All this complex of dynamic effects contributes to a significant improvement in the dispersion of droplets (bubbles).

Из расчетного соотношения (1), представленного в п.3 формулы, расчетным является расход Q, остальные величины задаются. При этом следует, однако, отметить, что процесс диспергирования носит стохастический характер, и поэтому может с достаточной полнотой описываться статистическими методами, подобно тому, как это делается в молекулярной физике или теории турбулентности. Поэтому расчет по предлагаемой детерминированной формуле (1) предполагает оперирование некоторыми усредненными параметрами, такими как математическое ожидание размера капель или наиболее вероятный размер капель, которые при унимодальном симметричном распределении размеров (например, нормальном законе Гаусса) совпадают. Обозначим d_o математическое ожидание размера капель в исходном потоке, которые формируются сразу после ввода обеих фаз (сплошной и дисперсной) в аппарат. Этот размер и должен входить в формулу (1) для расчета Q.From the calculated relation (1), presented in paragraph 3 of the formula, the calculated flow rate is Q, the remaining values are set. It should be noted, however, that the dispersion process is stochastic in nature, and therefore can be adequately described by statistical methods, similar to how this is done in molecular physics or the theory of turbulence. Therefore, the calculation according to the proposed deterministic formula (1) involves operating with some averaged parameters, such as the mathematical expectation of the droplet size or the most probable droplet size, which coincide with a unimodal symmetric size distribution (for example, the normal Gaussian law). Denote d _o expectation droplet size in the feed stream, which are formed immediately after the input of the two phases (continuous and dispersed) in the apparatus. This size should be included in formula (1) for calculating Q.

В качестве номера моды колебаний капли (пузыря) рекомендуется принимать n= 2, поскольку моды с n<2 характеризуют движение капли, не приводящее к ее диспергированию, а моды с n>2 имеют меньшие амплитуды колебаний, чем мода n= 2. Это значение (n=2) рекомендуется использовать для расчета расхода по формуле (1). Остальные параметры, входящие в формулу (1), являются либо известными физическими свойствами сред (ρ₁, ρ₂, σ), либо определяются геометрией трубы Вентури (объем V). Однако, если принять, например, n=3, и рассчитать соответствующий расход Q₃, то даспергирование тоже будет происходить, но уже не так интенсивно, как при n=2, что связано с меньшими амплитудами колебаний капли. Моды колебаний с n>5 можно не рассматривать как имеющие незначительные амплитуды колебаний.It is recommended that n = 2 be taken as the mode number of the droplet (bubble) oscillation mode, since the modes with n <2 characterize the droplet motion, which does not lead to its dispersion, and the modes with n> 2 have lower oscillation amplitudes than the mode n = 2. This value (n = 2) is recommended to be used to calculate the flow rate by the formula (1). The remaining parameters included in formula (1) are either the known physical properties of the media (ρ ₁ , ρ ₂ , σ), or are determined by the geometry of the venturi (volume V). However, if we take, for example, n = 3, and calculate the corresponding flow rate Q ₃ , then daspering will also occur, but not as intensively as at n = 2, which is associated with lower oscillation amplitudes of the droplet. Oscillation modes with n> 5 may not be considered as having insignificant oscillation amplitudes.

Вместе с тем капли в исходном потоке, имеющие диаметр, отличный от d_o (а именно более крупные), также могут подвергаться резонансным колебаниям, но на более высоких модах колебаний.At the same time, droplets in the initial stream having a diameter different from d _o (namely, larger ones) can also undergo resonant vibrations, but at higher vibration modes.

Таким образом, формула (1) позволяет не только рассчитать расход гетерогенной среды, обеспечивающий резонансные колебания капель размером d_o с модой n= 2, но и дает возможность найти размеры капель, которые будут резонансно колебаться с более высокими модами.Thus, formula (1) allows not only to calculate the flow rate of a heterogeneous medium, which provides resonant vibrations of droplets of size d _o with the mode n = 2, but also makes it possible to find droplet sizes that will resonantly oscillate with higher modes.

В предлагаемом устройстве пузырьки (капли) подвергаются многократной обработке, проходя последовательно через ряд конфузорно-даффузорных элементов. В силу этого вероятность воздействия периодическими пульсациями давления в предлагаемом устройстве выше: те макрообъемы среды, которые проходили вблизи стенок в первом конфузорно-диффузорном элементе, в результате перемешивания могут оказаться вблизи оси трубы в момент прохождения через второй, третий элементы и т.д. Доля эффективно обрабатываемого объема среды (газожидкостной смеси или эмульсии) численно равна вероятности эффективного воздействия. Пусть, например, доля эффективно обрабатываемого объема потока в известном устройстве и в одном конфузорно-диффузорном элементе предлагаемого устройства равна р=0,6, а доля неэффективно обрабатываемого объема q=0,4 (q по сути является вероятностью "отказа"). Пусть число последовательно установленных элементов в предлагаемом устройстве m. В силу вышеизложенного механизма обработки макрообъема среды предлагаемое устройство можно рассмотреть как систему с постоянным резервированием глубиной m (Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В. З. Надежность машин. - M.: Высш. школа, 1988. - С. 67-68): при "отказе" одного элемента поток попадает в другой ("включается" резервный элемент). Согласно теореме умножения вероятностей общая вероятность неэффективной обработки среды в предлагаемом изобретении
q_общ=q^m,
и при m= 5 равна примерно q_общ=10^-2, а при m=10 составляет всего q_общ= 10^-4. Таким образом, доля эффективно обработанной среды в предлагаемом аппарате при m= 5 составит р_общ=1-q_общ=1-10^-2=0,99, а при m =10 найдем р_общ= 1-10^-4=0,9999, что гораздо выше, чем в известных устройствах, содержащих один конфузорно-диффузорный элемент (р=0,6).In the proposed device, the bubbles (drops) are subjected to repeated processing, passing sequentially through a series of confuser-daffuser elements. Due to this, the probability of exposure to periodic pressure pulsations in the proposed device is higher: those macroscopic volumes of the medium that passed near the walls in the first confuser-diffuser element, as a result of mixing, can be near the axis of the pipe at the moment of passage through the second, third elements, etc. The fraction of the effectively processed volume of the medium (gas-liquid mixture or emulsion) is numerically equal to the probability of effective exposure. Let, for example, the proportion of the effectively processed flow volume in the known device and in one confuser-diffuser element of the proposed device is p = 0.6, and the fraction of the ineffectively processed volume q = 0.4 (q is essentially the probability of “failure”). Let the number of sequentially installed elements in the proposed device m. In view of the above mechanism for processing the macro-volume of the medium, the proposed device can be considered as a system with constant redundancy of depth m (Reshetov D.N., Ivanov A.S., Fadeev V.Z. Reliability of machines. - M .: Higher school, 1988. - P. 67-68): when one element fails, the stream enters another (the backup element is turned on). According to the probability multiplication theorem, the total probability of inefficient processing of the medium in the present invention
q _total = q ^m ,
and with m = 5 it is approximately q _total = 10 ^-2 , and with m = 10 it is only q _total = 10 ^-4 . Thus, the proportion of effectively processed medium in the proposed apparatus with m = 5 will be _ptot = 1- _qtot = 1-10 ^-2 = 0.99, and with m = 10 we will find _ptot = 1-10 ^-4 = 0, 9999, which is much higher than in known devices containing one confuser-diffuser element (p = 0.6).

Пример конкретного выполнения 1. Рассмотрим процесс диспергирования капель на примере системы провитаминный концентрат - 90% водный раствор этанола при температуре 60^oС (свойства сред: ρ₁ = 784 кг/м³, ρ₂ = 920 кг/м³, μ₁ = 0,69•10^-3 Па•c, μ₂ = 1,5 Па•c, σ = 2•10^-4 Н/м).An example of a specific implementation 1. Consider the process of dispersing drops on the example of a provitamin concentrate system - 90% aqueous solution of ethanol at a temperature of 60 ^o C (media properties: ρ ₁ = 784 kg / m ³ , ρ ₂ = 920 kg / m ³ , μ ₁ = 0.69 • 10 ^-3 Pa • s, μ ₂ = 1.5 Pa • s, σ = 2 • 10 ^-4 N / m).

Из предварительных опытов известно, что при вводе компонентов в аппарат образуется первичная эмульсия с математическим ожиданием размера капель d_o= 0,763 мм. Начальная удельная поверхность частиц при этом равна S_o=6/d_o=7864 м^-1. Выбираем аппарат для осуществления взаимодействия фаз в системе жидкость-жидкость по предлагаемому изобретению со следующими размерами (см. фиг.5): больший диаметр диффузора 150 мм, меньший - 100 мм, длина узкой горловины L₂=0,2 м, длина широкой горловины L₄=0,071 м, углы при вершинах диффузора 8^o и конфузора - 35^o, число последовательно установленных элементов типа трубы Вентури - десять. Выбранные углы обеспечивают малое гидравлическое сопротивление аппарата, а объем одного элемента типа трубы Вентури, рассчитываемый как сумма объемов конфузора, диффузора, узкой и широкой горловин, составляет V= 6,77•10^-3 м³. Задавая номер моды n=2, соответствующий наибольшей амплитуде колебаний капель, находим по формуле (1) расход гетерогенной среды Q =0,088 м³/с.From preliminary experiments it is known that when components are introduced into the apparatus, a primary emulsion is formed with a mathematical expectation of droplet size d _o = 0.763 mm. The initial specific surface of the particles is equal to S _o = 6 / d _o = 7864 m ^-1 . We select an apparatus for the interaction of phases in the liquid-liquid system according to the invention with the following dimensions (see Fig. 5): a larger diameter of the diffuser 150 mm, a smaller one - 100 mm, the length of the narrow neck L ₂ = 0.2 m, the length of the wide neck L ₄ = 0.071 m, the angles at the vertices of the diffuser 8 ^o and the confuser - 35 ^o , the number of sequentially installed elements such as a Venturi pipe is ten. The selected angles provide low hydraulic resistance of the apparatus, and the volume of one element such as a Venturi pipe, calculated as the sum of the volumes of the confuser, diffuser, narrow and wide necks, is V = 6.77 • 10 ^-3 m ³ . Setting the mode number n = 2, which corresponds to the largest amplitude of droplet vibrations, we find by formula (1) the flow rate of the heterogeneous medium Q = 0.088 m ³ / s.

Результаты расчетов по формуле (1) при n=2-5 для рассматриваемой системы (провитаминный концентрат в 90% водном растворе этанола) представлены в таблице 1. Таким образом, таблица 1 служит для ориентировочного определения, с какой модой n будут колебаться капли различных размеров d на тех или иных частотах f. The calculation results according to formula (1) for n = 2-5 for the system under consideration (provitamin concentrate in a 90% aqueous solution of ethanol) are presented in Table 1. Thus, Table 1 serves for an approximate determination of which mode n drops of different sizes will fluctuate with d at certain frequencies f.

При движении потока с данным расходом в данном аппарате возбуждаются колебания с частотой, определяемой по формуле (3) f=Q/V=13 Гц. При такой частоте капли с размером примерно d_o=0,763 мм испытывают резонансные колебания с модой n= 2, дробясь на более мелкие капли, которые, в свою очередь, могут диспергироваться на еще более мелкие капли под действием больших сдвиговых напряжений, обусловленных огромными поперечными градиентами скоростей и другими механизмами. Более крупные капли в то же время могут испытывать резонансные колебания на более высоких модах. Так, капли с размерами, близкими к указанным в таблице 2, будут совершать резонансные колебания с теми или иными модами, что повлечет за собой их сильное деформирование с последующим отрывом дочерних капелек, т.е. приведет к улучшению диспергирования. Проследим поведение капель, имеющих в исходном потоке размером около 1,526 мм. Из таблицы 2 видно, что они имеют 5-ю моду колебаний на частоте 13 Гц, т.е. на частоте, с которой пульсирует давление (и другие параметры) при заданном расходе и геометрии трубы в аппарате. С очень большой вероятностью уже в первом-втором элементах типа трубы Вентури эти капли подвергнутся резонансным колебаниям, и каждая разделится на две и более (обычно неравные) новые капли. Среди этих новых капель значительная часть будет иметь размеры, близкие к 0,763 мм, 1,061 мм или 1,307 мм, т.е. при прохождении через следующие элементы типа трубы Вентури в них возникнут резонансные колебания соответственно с модами n=2,3,4. Процесс диспергирования, обусловленный резонансными колебаниями, будет продолжаться и далее как цепная реакция. Аналогичным образом будет происходить диспергирование капель, имеющих в исходном потоке размеры 1,061 мм и 1,307 мм. В результате пульсаций давления при движении потока в предлагаемом устройстве по предлагаемому способу резонансным колебаниям на тех или иных модах при заданных расчетных параметрах подвергнутся все капли с размером больше d_o=0,763 мм, т.е. у выходного патрубка аппарата капель с размером более 0,763 мм практически не останется, средний размер капель составит d_к=0,063 мм, а удельная поверхность S_к=6/d_к= 95238 м^-1, т.е. увеличится более чем на порядок. Таким образом, дисперсная фаза будет обладать большой удельной поверхностью, что способствует ускорению процесса массопереноса, а значит, и эффективности аппарата. Кроме того, в процессе диспергирования будут участвовать и другие известные механизмы дробления капель - турбулентность, разного рода гидродинамические неустойчивости, сдвиговое течение и т.п. (Эмульсии. Под ред. Ф. Шермана. - Л. : Химия, 1972. - 448 с.). Однако наибольшая роль в интенсификации внутреннего перемешивания в каплях, снижающего внутридиффузионное сопротивление массопереносу, принадлежит резонансным колебаниям капель, имеющим место в предлагаемом аппарате при условиях, описанных в предлагаемом способе. Это также будет приводить к повышению эффективности аппарата.When the flow moves with a given flow rate, oscillations are excited in this apparatus with a frequency determined by the formula (3) f = Q / V = 13 Hz. At such a frequency, droplets with a size of approximately d _o = 0.763 mm experience resonance oscillations with a mode n = 2, crushing into smaller droplets, which, in turn, can be dispersed into even smaller droplets under the action of large shear stresses due to huge transverse gradients speeds and other mechanisms. Larger droplets at the same time can experience resonant oscillations at higher modes. So, droplets with sizes close to those indicated in Table 2 will resonate with one mode or another, which will entail their strong deformation with subsequent separation of daughter droplets, i.e. will lead to better dispersion. Let us trace the behavior of droplets having about 1.526 mm in the initial flow. From table 2 it can be seen that they have a 5th mode of oscillation at a frequency of 13 Hz, i.e. at the frequency with which the pressure pulsates (and other parameters) at a given flow rate and pipe geometry in the apparatus. With a very high probability, already in the first or second elements such as a venturi, these drops will undergo resonant vibrations, and each will be divided into two or more (usually unequal) new drops. Among these new drops, a significant part will have dimensions close to 0.763 mm, 1.061 mm or 1.307 mm, i.e. when passing through the following elements such as a venturi, resonant oscillations will occur in them, respectively, with modes n = 2,3,4. The dispersion process, due to resonant vibrations, will continue to continue as a chain reaction. Similarly, dispersion of droplets having the sizes 1.061 mm and 1.307 mm in the feed stream will occur. As a result of pressure pulsations during the flow in the proposed device according to the proposed method, all drops with a size larger than d _o = 0.763 mm will undergo resonant vibrations on various modes with given design parameters there will be practically no drops left at the outlet pipe of the apparatus, the average drop size will be d _k = 0.063 mm, and the specific surface S _k = 6 / d _k = 95238 m ^-1 , i.e. will increase by more than an order of magnitude. Thus, the dispersed phase will have a large specific surface area, which helps to accelerate the mass transfer process, and hence the efficiency of the apparatus. In addition, other well-known mechanisms of droplet crushing will also participate in the dispersion process - turbulence, various kinds of hydrodynamic instabilities, shear flow, etc. (Emulsions. Edited by F. Sherman. - L.: Chemistry, 1972. - 448 p.). However, the largest role in the intensification of internal mixing in drops, which reduces the intra-diffusion resistance to mass transfer, belongs to the resonant vibrations of the drops that occur in the proposed apparatus under the conditions described in the proposed method. This will also lead to an increase in the efficiency of the apparatus.

Пример конкретного выполнения 2. Процесс, описанный в примере 1, проводится с использованием упрощенной конструкции труб контактирования фаз, изготовленных путем пластического деформирования обычных цилиндрических труб. Цилиндрическая труба с внутренним диаметром 150 мм деформирована так, что ее площадь в узком сечении, например, овальной формы, равна площади круга диаметром 100 мм. Контуры элемента пластически деформированной трубы подбираются таким образом, чтобы добиться малого гидравлического сопротивления трубы (закон изменения площади их поперечного сечения вдоль оси потока соответствует таковому в элементах типа трубы Вентури, описанных в примере 1), и чтобы объем одного элемента был равен V=6,77•10^-3 м³. В этом случае при расходе гетерогенной среды Q=0,088 м³/с в такой трубе происходят все те же процессы, что и в круглой трубе, состоящей из элементов типа трубы Вентури, описанной в примере 1.An example of a specific implementation 2. The process described in example 1 is carried out using a simplified design of phase contact pipes made by plastic deformation of ordinary cylindrical pipes. A cylindrical pipe with an inner diameter of 150 mm is deformed so that its area in a narrow section, for example, oval, is equal to the area of a circle with a diameter of 100 mm. The contours of an element of a plastically deformed pipe are selected in such a way as to achieve a low hydraulic resistance of the pipe (the law of changing the cross-sectional area along the flow axis corresponds to that in elements such as the Venturi pipe described in example 1), and so that the volume of one element is equal to V = 6, 77 • 10 ^-3 m ³ . In this case, when the flow rate of the heterogeneous medium Q = 0.088 m ³ / s, all the same processes occur in such a pipe as in a round pipe consisting of elements such as a Venturi pipe described in Example 1.

Объем пластически деформированной трубы может несколько отличаться от указанного, при этом расход гетерогенной среды должен быть пересчитан по формуле (1), и в этом случае при работе аппарата в нем будут происходить те же процессы диспергирования, сопровождающиеся резонансными колебаниями капель. The volume of a plastically deformed pipe may slightly differ from the indicated one, while the flow rate of the heterogeneous medium must be recalculated according to formula (1), and in this case, when the apparatus is operating in it, the same dispersion processes will occur, accompanied by resonant vibrations of the drops.

Таким образом, в рассмотренных примерах достигаются заявленные технические результаты. Thus, in the examples considered, the claimed technical results are achieved.

Claims

1. The apparatus for the interaction of phases in gas-liquid and liquid-liquid systems, comprising a housing, one or more contact pipes of the phases located in it, and process pipes, characterized in that the contact pipes of the phases are made in the form of series-connected confuser-diffuser elements such as Venturi pipes, and the opening angle of the confuser part is in the range of 10 - 40 ^o , and diffuser in the range of 4 - 20 ^o .

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the phase contact pipes are made by plastic deformation of cylindrical pipes, and the law of changing the cross-sectional area along the flow axis corresponds to that in confuser-diffuser elements such as a venturi.

3. A method of implementing the interaction of phases in gas-liquid and liquid-liquid systems, which consists in supplying a continuous and dispersible phase from the confuser ends of the phase contact pipes, characterized in that the volumetric flow Q of the heterogeneous medium supplied through each of the pipes is associated with a volume V each confuser-diffuser element of the phase contact pipes by the ratio

where π = 3.1415 ...;
n is the mode number of the droplet (bubble) oscillations;
σ is the interfacial tension, N / m;
ρ ₁ is the density of the continuous medium, kg / m ³ ;
ρ ₂ - the density of the liquid in the drop (bubble), kg / m ³ ;
d is the diameter of the drop (bubble), m