RU2626205C1

RU2626205C1 - Turbulent mixing reactor

Info

Publication number: RU2626205C1
Application number: RU2016126748A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Николаевич Сидоров; Дмитрий Сергеевич Гунько
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2017-07-24

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: turbulent mixing reactor includes a cylindrical body with branch pipes for the supply of reagents, which is divided along the length by alternating coaxial confusor-diffuser elements. The confusor-diffuser elements are made in each section perpendicular to the axis of their material symmetry, in the form of compressed ovals. The length of the perimeters of the ovals is equal to the perimeter of the section of the cylindrical body. The longitudinal axis of the reactor can be made along the Archimedes' spiral or along a helical line. The large axes of the ovals of the narrowed sections in adjacent confuser-diffuser elements can be made perpendicular to each other.

EFFECT: reduction of the overall dimensions of the turbulent mixing reactor, increased efficiency of mixing and dispersing processes in suspensions and emulsions.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к смесителям, предназначенным для проведения различных тепло- и массообменных процессов в нефтехимической, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме реакционной среды.The invention relates to mixers designed for various heat and mass transfer processes in the petrochemical, chemical and oil refining industries, which require the creation of a uniform field of concentrations and temperatures in the entire volume of the reaction medium.

Известен смеситель (Авторское свидетельство СССР №1556728, 1974, В01F 5/04), включающий цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов, разделенный по длине чередующимися коаксиальными конфузорно-диффузорными элементами. Основным недостатком смесителя является то, что он достаточно сложен в конструктивном исполнении.A known mixer (USSR Author's Certificate No. 1556728, 1974, B01F 5/04), comprising a cylindrical body with nozzles for supplying reagents, divided along the length of alternating coaxial confuser-diffuser elements. The main disadvantage of the mixer is that it is quite complicated in design.

Известно устройство для приготовления неэтилированного бензина (Свидетельство на полезную модель РФ №11098, 1999, В01F 5/04), включающее цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов, разделенный по длине чередующимися коаксиальными конфузорно-диффузорными элементами. Основным недостатком данного устройства является то, что он сложен по конструкции и имеет значительную длину.A device is known for the preparation of unleaded gasoline (Certificate for Utility Model of the Russian Federation No. 11098, 1999, B01F 5/04), including a cylindrical body with nozzles for supplying reagents, divided along the length of alternating coaxial confuser-diffuser elements. The main disadvantage of this device is that it is complex in design and has a significant length.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению является турбулентный реактор смешения гетерогенных смесей (Патент РФ №2298430, 2007, В01F 5/00), прототип, включающий цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов, разделенный по длине чередующимися коаксиальными конфузорно-диффузорными элементами. К основным недостаткам данного реактора следует отнести сложность его конструктивного исполнения и трудности в сокращении его габаритов.Closest to the proposed invention is a turbulent reactor for mixing heterogeneous mixtures (RF Patent No. 2298430, 2007, B01F 5/00), a prototype comprising a cylindrical body with nozzles for supplying reagents, separated along the length of alternating coaxial confuser-diffuser elements. The main disadvantages of this reactor should include the complexity of its design and difficulties in reducing its size.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, сокращение затрат на его изготовление, уменьшение его габаритных размеров, повышение эффективности процессов перемешивания и диспергирования суспензий и эмульсий.The objective of the invention is to remedy these disadvantages, reduce the cost of its manufacture, reduce its overall dimensions, increase the efficiency of the processes of mixing and dispersing suspensions and emulsions.

Решение указанной задачи достигается тем, что конфузорно-диффузорные элементы выполнены в каждом сечении, перпендикулярном оси их материальной симметрии в виде сжатых овалов, длина периметров овалов равна периметру сечения цилиндрического корпуса. В турбулентном реакторе смешения по п. 1 продольная ось реактора может быть выполнена по спирали Архимеда или по винтовой линии. В турбулентном реакторе смешения по пп. 1, 2 большие оси овалов зауженных сечений смежных конфузорно-диффузорных элементов могут быть выполнены перпендикулярными друг к другу.The solution to this problem is achieved by the fact that the confuser-diffuser elements are made in each section perpendicular to the axis of their material symmetry in the form of compressed ovals, the length of the perimeters of the ovals is equal to the perimeter of the section of the cylindrical body. In a turbulent mixing reactor according to claim 1, the longitudinal axis of the reactor can be made in a spiral of Archimedes or in a helix. In a turbulent mixing reactor according to paragraphs. 1, 2, the large axis of the ovals of the narrowed sections of adjacent confuser-diffuser elements can be made perpendicular to each other.

На фиг. 1 изображен турбулентный реактор смешения, общий вид; на фиг. 2 - турбулентный реактор смешения с продольной осью, выполненной по спирали Архимеда; на фиг. 3 - турбулентный реактор смешения с большими осями овалов зауженных сечений смежных конфузорно-диффузорных элементов, выполненных перпендикулярно друг к другу.In FIG. 1 shows a turbulent mixing reactor, general view; in FIG. 2 - turbulent mixing reactor with a longitudinal axis made in a spiral of Archimedes; in FIG. 3 - turbulent mixing reactor with large axes of ovals of narrowed sections of adjacent confuser-diffuser elements made perpendicular to each other.

Заявляемый турбулентный реактор смешения состоит из цилиндрического корпуса 1, патрубков для подачи реагентов 2. Корпус 1 разделен по длине чередующимися коаксиальными конфузорными 3 и диффузорными 4 элементами. Чередование элементов выполнено таким образом, что наибольшие площади сечений конфузорных элементов 3 равны площади сечения цилиндрического корпуса 1 и совпадают со смежными наибольшими сечениеми диффузорных элементов 4. Конфузорные 3 и диффузорные 4 элементы выполнены в каждом сечении, перпендикулярном оси их материальной симметрии в виде сжатых овалов 5, 6. Площади сечений овалов 5 в зауженных частях конфузорных 3 и диффузорных 4 элементах является наименьшими. Необходимые конфигурации овалов сформированы путем радиального сжатия цилиндрического корпуса реактора 1, который может быть изготовлен из цилиндрической трубы. При этом во всех сечениях длина периметров овалов равна периметру сечения цилиндрического корпуса.The inventive turbulent mixing reactor consists of a cylindrical body 1, nozzles for supplying reagents 2. The body 1 is divided along the length of alternating coaxial confuser 3 and diffuser 4 elements. The alternation of elements is made in such a way that the largest cross-sectional areas of the confuser elements 3 are equal to the cross-sectional area of the cylindrical body 1 and coincide with adjacent largest cross-sections and diffuser elements 4. The confuser 3 and diffuser 4 elements are made in each section perpendicular to the axis of their material symmetry in the form of compressed ovals 5 , 6. The cross-sectional area of ovals 5 in the narrowed parts of the confusor 3 and diffuser 4 elements is the smallest. The necessary configurations of the ovals are formed by radial compression of the cylindrical reactor vessel 1, which can be made of a cylindrical pipe. Moreover, in all sections, the length of the perimeters of the ovals is equal to the perimeter of the section of the cylindrical body.

С целью уменьшения габаритов турбулентного реактора смешения его продольная ось может быть выполнена по криволинейной траектории, например по спирали Архимеда (фиг. 2) или по винтовой линии (на чертеже не показана).In order to reduce the dimensions of the turbulent mixing reactor, its longitudinal axis can be made along a curved path, for example, along a spiral of Archimedes (Fig. 2) or along a helix (not shown in the drawing).

С целью интенсификации процессов смешения и диспергирования турбулентный реактор смешения может быть изготовлен таким образом, чтобы большие оси овалов зауженных сечений смежных конфузорно-диффузорных элементов были выполнены под углом 90 градусов друг к другу (фиг. 3).In order to intensify the processes of mixing and dispersion, a turbulent mixing reactor can be made in such a way that the large axis of the ovals of the narrowed sections of adjacent confuser-diffuser elements are made at an angle of 90 degrees to each other (Fig. 3).

Турбулентный реактор смешения работает следующим образом.A turbulent mixing reactor operates as follows.

Основной реакционный поток подается в цилиндрический корпус 1 реактора. Чередование турбулентных элементов выполнено таким образом, чтобы подвергнуть жидкостный поток сначала сжатию при прохождении конфузоров 3, а затем расширению в диффузорах 4. В зонах наименьших зауженных сечений 5 через патрубки 2 осуществляется непрерывная подача других реагентов. При этом наблюдается интенсивное перераспределение реагентов во внутреннем объеме реактора. Пределом увеличения сечения прохода потока является площадь внутреннего сечения цилиндрического корпуса реактора (сечение В-В). Последовательное чередование конфузорно-диффузорных элементов по длине реактора позволяет организовать пульсационный режим контактирования реагентов при условии сохранения стабильного развитого турбулентного взаимодействия.The main reaction stream is fed into the cylindrical body 1 of the reactor. The alternation of the turbulent elements is made in such a way as to subject the liquid flow first to compression while passing the confusers 3, and then to expansion in the diffusers 4. In the zones of the smallest narrowed sections 5 through the nozzles 2, a continuous supply of other reagents is carried out. In this case, there is an intense redistribution of reagents in the internal volume of the reactor. The limit for increasing the cross section of the flow passage is the area of the internal section of the cylindrical reactor vessel (section BB). The sequential alternation of confuser-diffuser elements along the length of the reactor allows you to organize a pulsating mode of contacting the reactants, while maintaining a stable developed turbulent interaction.

Все варианты конструктивного исполнения турбулентного реактора смешения работают аналогично и позволяют повысить эффективность процессов перемешивания и диспергирования реагентов, в том числе, когда это необходимо за счет рациональной компановки цилиндрических, конфузорно-диффузорных элементов.All options for the design of a turbulent mixing reactor work similarly and can increase the efficiency of the processes of mixing and dispersing the reagents, including when it is necessary due to the rational arrangement of cylindrical, confuser-diffuser elements.

Указанные преимущества предлагаемого турбулентного реактора смешения, по сравнению с известными, обеспечиваются новой совокупностью конструктивных элементов.The indicated advantages of the proposed turbulent mixing reactor, in comparison with the known ones, are provided by a new set of structural elements.

Изготовление турбулентного реактора смешения в данном случае возможно из обычной цилиндрической трубы, что позволяет не только сократить затраты на его изготовление более чем в два раза, значительно уменьшить его габариты, но и повысить эффективность процессов перемешивания и диспергирования реагентов. Эти преимущества обусловлены тем, что изготовление конфузорно-диффузорных элементов и цилиндрического корпуса не требует применения прецизионного оборудования. Выполнение оси реактора по криволинейной траектории не требует специальной оснастки, так как сначала можно придать трубе заданную конфигурацию, а затем путем радиального сжатия трубы в нужных местах и под определенными углами сформировать на ней необходимые конфузорно-диффузионные элементы. Конфузорно-диффузорные элементы реактора, выполненные в виде сжатых овалов, обеспечивают не только необходимые условия сжатия и расширения потока жидкости, но и повышают эффективность радиального перемешивания в них жидкости за счет неосесимметричного ее движения, образования развитого ее вихревого движения по сравнению с аналогами и прототипом.The manufacture of a turbulent mixing reactor in this case is possible from an ordinary cylindrical pipe, which allows not only to reduce the cost of its manufacture by more than two times, significantly reduce its dimensions, but also to increase the efficiency of the processes of mixing and dispersing the reagents. These advantages are due to the fact that the manufacture of confuser-diffuser elements and a cylindrical body does not require the use of precision equipment. The execution of the axis of the reactor along a curved path does not require special equipment, since first you can give the pipe a given configuration, and then by radially compressing the pipe in the right places and at certain angles to form the necessary confuser-diffusion elements on it. The confuser-diffuser elements of the reactor, made in the form of compressed ovals, provide not only the necessary conditions for compression and expansion of the fluid flow, but also increase the efficiency of radial mixing of the fluid in them due to its axisymmetric motion, the formation of its developed vortex motion in comparison with analogues and prototype.

Claims

1. A turbulent mixing reactor, comprising a cylindrical body with nozzles for supplying reagents, divided along the length of alternating coaxial confuser-diffuser elements, characterized in that the confuser-diffuser elements are made in each section perpendicular to the axis of their material symmetry, in the form of compressed ovals, length the perimeter of the ovals is equal to the perimeter of the cross section of the cylindrical body.

2. The turbulent mixing reactor according to claim 1, characterized in that the longitudinal axis of the reactor is made in a spiral of Archimedes or in a helix.

3. The turbulent mixing reactor according to paragraphs. 1, 2, characterized in that the large axis of the ovals of the narrowed sections of adjacent confuser-diffuser elements are made perpendicular to each other.