RU2717031C1 - Turbulent mixer-reactor - Google Patents

Turbulent mixer-reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2717031C1
RU2717031C1 RU2019139876A RU2019139876A RU2717031C1 RU 2717031 C1 RU2717031 C1 RU 2717031C1 RU 2019139876 A RU2019139876 A RU 2019139876A RU 2019139876 A RU2019139876 A RU 2019139876A RU 2717031 C1 RU2717031 C1 RU 2717031C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reagent
confuser
mixture
turbulization
process stream
Prior art date
Application number
RU2019139876A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Анатольевич Мнушкин
Наум Александрович Самойлов
Айсылу Мухтаровна Калимгулова
Максат Жарасканович Байменов
Original Assignee
Игорь Анатольевич Мнушкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Анатольевич Мнушкин filed Critical Игорь Анатольевич Мнушкин
Priority to RU2019139876A priority Critical patent/RU2717031C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2717031C1 publication Critical patent/RU2717031C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: turbulent mixer-reactor for reagent treatment of process flows is intended for formation of stable non-uniform systems of emulsions type and performance of mass-exchange and / or chemical processes and can be used in oil refining and chemical industry. Turbulent mixer-reactor for reagent treatment of process flows includes housing with alternating zones of turbulization of mixture of process flow and insoluble reagent, branch pipe for input of initial process flow, reagent feed branch pipe, treated process flow outlet branch pipe, in alternating turbulization zones of mixture successively use confuser, cylindrical and diffuser elements, wherein number of alternating turbulization zones of mixture N is calculated by equation, reagent feed branch pipe is connected to reagent injection nozzle in confuser element of first mixture turbulence zone, which provides spraying of reagent in form of hollow cone, wherein angle of cone α is equal to or greater than value (180-β), where β is confuser element cone angle.
EFFECT: formation of stable non-uniform system of emulsion type and achievement of required depth of conversion of chemical process.
3 cl, 3 dwg

Description

Турбулентный смеситель-реактор для реагентной обработки технологических потоков предназначен для формирования устойчивых неоднородных систем типа эмульсий и проведения массообменных и/или химических процессов и может быть использован в нефтеперерабатывающей и химической промышленности.A turbulent mixer-reactor for the reagent processing of process streams is designed to form stable heterogeneous systems such as emulsions and to conduct mass transfer and / or chemical processes and can be used in the oil refining and chemical industries.

Распространенную стадию химико-технологических процессов – смешение технологических потоков – наиболее сложно реализовать в случае взаимно нерастворимых жидкостей, например, нефтепродуктов и щелочи для удаления серосодержащих примесей или нефти и воды для удаления неорганических солей. Особенность процессов смешения технологических потоков с относительно небольшим количеством реагентов заключается в том, что протекающие массообменные и/или химические процессы должны реализовываться именно в интенсивно перемешивающихся взаимодействующих потоках, поскольку при дальнейшей транспортировке полученных двухфазных смесей по трубопроводам неизбежно происходит их расслоение на фазы. Последнее приводит к уменьшению поверхности раздела фаз и, соответственно, к снижению скорости реализуемого в смеси массообменного и/или химического процесса вплоть до его практически полного прекращения.A common stage of chemical-technological processes - the mixing of technological flows - is most difficult to implement in the case of mutually insoluble liquids, for example, petroleum products and alkali to remove sulfur-containing impurities or oil and water to remove inorganic salts. The peculiarity of the processes of mixing process streams with a relatively small number of reagents is that the flowing mass transfer and / or chemical processes should be realized precisely in intensely mixed interacting streams, since during further transportation of the obtained two-phase mixtures through pipelines, they are inevitably separated into phases. The latter leads to a decrease in the interface and, consequently, to a decrease in the rate of the mass transfer and / or chemical process realized in the mixture until its almost complete cessation.

Известен смеситель, содержащий напорную и смесительную камеры, представляющие собой полый цилиндр, снабженный нагнетательным патрубком рабочего агента (воды) и патрубком смешиваемого компонента (нефти), смесительная камера выполнена на выходе в виде успокоительной камеры, при этом внутри цилиндра на патрубке смешиваемого компонента и нагнетательном патрубке рабочего агента установлены завихрители для закручивания движущихся навстречу друг другу потоков нефти и воды, а успокоительная камера представляет собой набор пластин, установленных в трубке под углом 45 градусов (патент на изобретение RU 2189851 С2, МПК B01F 3/04, заявлен 23.03.2000 г., опубликован 27.09.2002 г.). Недостатками изобретения являются:A known mixer containing a pressure and mixing chamber, representing a hollow cylinder, equipped with a discharge pipe of the working agent (water) and a pipe of the component to be mixed (oil), the mixing chamber is made at the outlet in the form of a stilling chamber, while inside the cylinder on the pipe of the component to be mixed and discharge swirling tubes are installed on the working agent’s nozzle for swirling oil and water flows moving towards each other, and the stilling chamber is a set of plates installed cited in the tube at an angle of 45 degrees (patent for invention RU 2189851 C2, IPC B01F 3/04, filed March 23, 2000, published September 27, 2002). The disadvantages of the invention are:

- постоянный диаметр смесителя, не позволяющий изменить гидродинамический режим работы устройства, так как за счет ввода рабочего агента (воды) число Рейнольдса незначительно меняется и остается постоянным по ходу потока;- a constant diameter of the mixer, which does not allow changing the hydrodynamic mode of operation of the device, since due to the input of the working agent (water), the Reynolds number changes slightly and remains constant along the flow;

- наличие завихрителей, отрицательно влияющих на работу смесителя, поскольку в поле центробежных сил, возникающих при вращательном движении потоков, будет происходить расслоение фаз, при этом диспергируемая водная фаза будет отбрасываться на периферию смесителя, формируя пленку воды вместо ее смешения с нефтью;- the presence of swirls that adversely affect the operation of the mixer, since in the field of centrifugal forces arising from the rotational movement of flows, phase separation will occur, while the dispersible aqueous phase will be discarded to the periphery of the mixer, forming a film of water instead of mixing it with oil;

- наличие успокоительной камеры, уменьшающей степень турбулентности потоков и интенсифицирующей осаждение капель диспергированной воды, что ухудшает смешение.- the presence of a soothing chamber that reduces the degree of turbulence of the flows and intensifies the deposition of droplets of dispersed water, which impairs mixing.

Известен турбулентный реактор смешения гетерогенных смесей, включающий цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов и расположенными в нем чередующимися коаксиальными вставками, выполненными в форме конфузорно-диффузорных элементов, установленных с шагом H=5,6·D, где Н – шаг установки конфузорно-диффузорных элементов, м, D – диаметр реактора, м, причем конфузор выполнен с соблюдением условия l=0,5·d, где l – длина конфузора, м, d – диаметр зауженной части конфузора и диффузора, м (патент на изобретение RU 2298430 С1, МПК B01F 5/00, заявлен 30.08.2005 г., опубликован 10.05.2007 г.). Недостатками изобретения являются:A turbulent reactor for mixing heterogeneous mixtures is known, including a cylindrical body with nozzles for supplying reagents and alternating coaxial inserts arranged in it in the form of confuser-diffuser elements installed with a step H = 5.6 · D, where H is the installation step of the confuser-diffuser elements, m, D is the diameter of the reactor, m, and the confuser is made subject to the condition l = 0.5 · d, where l is the length of the confuser, m, d is the diameter of the narrowed part of the confuser and diffuser, m (patent for the invention RU 2298430 C1 , IPC B01F 5/00, claimed 30.08.2 005, published May 10, 2007). The disadvantages of the invention are:

- патрубки для подачи реагентов, сопрягающиеся с корпусом в зоне контакта конфузорного и диффузорного элементов без дополнительного воздействия на реагент, что препятствует диспергированию последнего с формированием самостоятельного потока при отсутствии растворимости реагента в основном потоке, поступающем по центру реактора;- nozzles for supplying reagents, mating with the body in the contact zone of the confuser and diffuser elements without additional impact on the reagent, which prevents the latter from dispersing with the formation of an independent stream in the absence of solubility of the reagent in the main stream entering the center of the reactor;

- протяженный диффузор, длина которого более чем в пять раз превышает длину конфузорной части, при этом в диффузоре происходят снижение скорости и расширение потока, приводящие к снижению интенсивности его турбулизации.- an extended diffuser, the length of which is more than five times the length of the confuser part, while in the diffuser there is a decrease in speed and expansion of the flow, leading to a decrease in the intensity of its turbulization.

Известен также способ обессоливания газоконденсата, который осуществляют в турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции, диффузор-конфузорная секция представляет собой сочетание диффузора, линейного участка и конфузора, в аппарате может быть несколько секций, при этом подготовленный газоконденсат поступает во входной канал первой секции трубчатого турбулентного аппарата диффузор-конфузорной конструкции, и в нее же соосно вводят промывную воду через перфорированный патрубок с закрытым торцевым концом (патент на изобретение RU 2473667 С1, МПК C10G 31/08, C10G 33/04, заявлен 07.12.2011 г., опубликован 27.01.2013 г.). Недостатками изобретения являются:There is also known a method of desalting gas condensate, which is carried out in a turbulent apparatus of a diffuser-confuser structure, the diffuser-confuser section is a combination of a diffuser, a linear section and a confuser, the apparatus can have several sections, while the prepared gas condensate enters the inlet channel of the first section of the tubular turbulent apparatus a diffuser-confuser structure, and washing water is coaxially introduced into it through a perforated pipe with a closed end end (patent for the invention Ie RU 2473667 C1, IPC C10G 31/08, C10G 33/04, declared December 7, 2011, published January 27, 2013). The disadvantages of the invention are:

- последовательное сочетание в конфузор-диффузорной секции диффузора, линейного участка и конфузора, приводящее к наименьшей скорости потоков и наименьшей степени турбулизации в наиболее протяженном линейном участке наибольшего диаметра, что ухудшает качество смешения;- a consistent combination in the confuser-diffuser section of the diffuser, the linear section and the confuser, leading to the lowest flow rates and the least degree of turbulization in the longest linear section of the largest diameter, which affects the quality of mixing;

- ввод промывной воды через перфорированный патрубок с закрытым торцевым концом, приводящий к подаче водной дисперсной фазы только на периферию входного канала без поступления в центральную часть потока газового конденсата из-за перекрытого торца патрубка.- the introduction of washing water through a perforated pipe with a closed end end, leading to the supply of an aqueous dispersed phase only to the periphery of the inlet channel without entering the central part of the gas condensate stream due to the blocked end of the pipe.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является турбулентный реактор смешения, включающий цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов, разделенный по длине чередующимися коаксиальными конфузорно-диффузорными элементами, конфузорно-диффузорные элементы выполнены в каждом сечении, перпендикулярном оси их материальной симметрии, в виде сжатых овалов, длина периметров овалов равна периметру сечения цилиндрического корпуса (патент на изобретение RU 2626205 С1, МПК B01F 5/00, заявлен 04.07.2016 г., опубликован 24.07.2017 г.). Недостатками изобретения являются:Closest to the claimed invention is a turbulent mixing reactor, including a cylindrical body with nozzles for supplying reagents, divided along the length of alternating coaxial confuser-diffuser elements, 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 (patent for invention RU 2626205 C1, IPC B01F 5/00, filed July 4, 2016, published July 24, 2017). The disadvantages of the invention are:

- сложность конструкции реактора смешения, требующая сопряжения конфузорно-диффузорных элементов конструкции овальной формы с цилиндрическим корпусом;- the complexity of the design of the mixing reactor, requiring pairing confuser-diffuser elements of the oval shape with a cylindrical body;

- сопряжение патрубков для подачи реагентов с корпусом в зоне контакта конфузорного и диффузорного элементов без дополнительного воздействия на реагент, что препятствует диспергированию последнего с формированием самостоятельного потока при отсутствии растворимости в основном потоке, поступающем по центру реактора;- pairing the nozzles for supplying reagents with the housing in the contact zone of the confuser and diffuser elements without additional impact on the reagent, which prevents the latter from dispersing with the formation of an independent stream in the absence of solubility in the main stream entering the center of the reactor;

- расположение зоны наименьшей турбулизации в цилиндрическом участке корпуса, находящемся между диффузорным и конфузорным элементами, что ухудшает качество смешения.- the location of the zone of least turbulization in a cylindrical section of the housing located between the diffuser and confuser elements, which affects the quality of mixing.

При создании изобретения была поставлена задача разработки турбулентного смесителя-реактора для реагентной обработки технологических потоков, обеспечивающего формирование устойчивой неоднородной системы типа эмульсии и достижение необходимой глубины конверсии химического процесса.When creating the invention, the task was to develop a turbulent mixer-reactor for the reagent processing of process streams, ensuring the formation of a stable heterogeneous system such as an emulsion and achieving the necessary conversion depth of the chemical process.

Поставленная задача решается за счет того, что в турбулентном смесителе-реакторе для реагентной обработки технологических потоков, включающем корпус с чередующимися зонами турбулизации смеси технологического потока и нерастворимого в нем реагента, патрубок ввода исходного технологического потока, патрубок ввода реагента, патрубок вывода обработанного технологического потока, в чередующихся зонах турбулизации смеси последовательно используют конфузорный, цилиндрический и диффузорный элементы, при этом число чередующихся зон турбулизации смеси N рассчитывают по уравнению:The problem is solved due to the fact that in a turbulent mixer-reactor for reagent processing of process streams, which includes a housing with alternating turbulization zones of a mixture of a process stream and an insoluble reagent in it, an inlet of an input of an initial process stream, an inlet of a reagent inlet, an outlet pipe of a processed process stream, in alternating turbulization zones of the mixture, confuser, cylindrical and diffuser elements are sequentially used, while the number of alternating turbo zones lization mixture N is calculated by the equation:

Figure 00000001
Figure 00000001

где K – константа скорости реакции реагента с компонентом технологического потока, ч-1;where K is the constant of the reaction rate of the reagent with the component of the process stream, h -1 ;

V – расход технологического потока, м3/ч;V is the flow rate of the process stream, m 3 / h;

ν – расход реагента, м3/ч;ν - reagent consumption, m 3 / h;

C0 – начальная концентрация компонента технологического потока, вступающего в реакцию с реагентом, %;C 0 is the initial concentration of the component of the process stream that reacts with the reagent,%;

C – конечная концентрация компонента технологического потока, вступающего в реакцию с реагентом, %;C is the final concentration of the component of the process stream that reacts with the reagent,%;

D – диаметр основания конуса конфузорного и диффузорного элементов, м;D is the diameter of the base of the cone of the confuser and diffuser elements, m;

d – диаметр цилиндрического элемента, м;d is the diameter of the cylindrical element, m;

h1, h2 и h3 – длина конфузорного, цилиндрического и диффузорного элементов, соответственно, м;h 1 , h 2 and h 3 - the length of the confuser, cylindrical and diffuser elements, respectively, m;

патрубок ввода реагента подключают к форсунке ввода реагента в конфузорном элементе первой зоны турбулизации смеси, обеспечивающей распыл реагента в виде полого конуса, причем угол конуса α равен или больше величины (180-β), где β – угол конуса конфузорного элемента.the reagent inlet pipe is connected to the reagent inlet nozzle in the confuser element of the first turbulization zone of the mixture, which provides spraying of the reagent in the form of a hollow cone, and the cone angle α is equal to or greater than (180-β), where β is the cone angle of the confuser element.

В том случае, когда зона турбулизации смеси технологического потока и нерастворимого в нем реагента состоит последовательно из конфузорного, цилиндрического и диффузорного элементов, при прочих равных условиях достигается наиболее интенсивная турбулизация потока по сравнению с цилиндрической зоной или зоной, состоящей последовательно из диффузорного, цилиндрического и конфузорного элементов. Как следует из результатов расчетов зоны турбулизации смеси с диаметром сужения конфузора, равным половине диаметра расширения диффузора и цилиндра, относительная интенсивность турбулизации, рассматриваемая как отношение числа Рейнольдса в отдельных элементах зоны турбулизации смеси (ReЭЛ) к числу Рейнольдса для цилиндрического смесителя (ReЦ), для заявляемого изобретения является более однородной и высокой. На фиг. 1 приведены зависимости ReЭЛ/ReЦ от длины зоны турбулизации L для цилиндрического смесителя (a), смесителя по прототипу (b) и заявляемого изобретения (c). Сочетание в турбулентном смесителе-реакторе рядом расположенных диффузорного и конфузорного элементов соседних зон турбулизации смеси приводит к уменьшению скорости потока на этом участке по сравнению с предыдущим и последующим цилиндрическим элементами и к переходу части кинетической энергии потока в потенциальную с резким увеличением давления, создающим локальный гидравлический удар в течение доли секунды с дроблением капель дисперсной фазы, что увеличивает поверхность раздела фаз и интенсифицирует массообменные и/или химические процессы на последующем линейном участке.In the case where the turbulization zone of the mixture of the process stream and the insoluble reagent in it consists sequentially of confuser, cylindrical and diffuser elements, ceteris paribus, the most intense turbulization of the flow is achieved compared to a cylindrical zone or a zone consisting in series of diffuser, cylindrical and confuser elements. As follows from the results of calculations of the turbulization zone of the mixture with a narrowing diameter of the confuser equal to half the diameter of the expansion of the diffuser and cylinder, the relative intensity of turbulization, considered as the ratio of the Reynolds number in individual elements of the turbulization zone of the mixture (Re EL ) to the Reynolds number for a cylindrical mixer (Re C ) , for the claimed invention is more uniform and high. In FIG. 1 shows the dependences of Re EL / Re C on the length of the turbulization zone L for a cylindrical mixer (a), the mixer according to the prototype (b) and the claimed invention (c). The combination in the turbulent mixer-reactor of adjacent diffuser and confuser elements of adjacent turbulence zones of the mixture leads to a decrease in the flow velocity in this section compared to the previous and subsequent cylindrical elements and to the transition of part of the kinetic energy of the flow to potential with a sharp increase in pressure, creating a local hydraulic shock within a split second with the crushing of droplets of the dispersed phase, which increases the interface and intensifies mass transfer and / or chemical e processes at the subsequent linear portion.

Разработанное уравнение позволяет рассчитать число чередующихся зон турбулизации смеси для обеспечения заданной конверсии химического процесса между технологическим потоком и реагентом, рассчитываемой как КОНВ=(С0-С)/С0, или снижение начальной концентрации C0 компонента технологического потока, вступающего в реакцию с реагентом, до его конечной концентрации C.The developed equation allows you to calculate the number of alternating zones of turbulization of the mixture to ensure a given conversion of the chemical process between the process stream and the reagent, calculated as KONB = (C 0 -C) / C 0 , or a decrease in the initial concentration C 0 of the component of the process stream that reacts with the reagent to its final concentration C.

Использование форсунки ввода реагента, распыляющей его в виде полого конуса, обеспечивает ввод реагента под давлением в сплошную среду технологического потока в форме тонкой конической пленки, вылетающей под прямым углом по отношению к локальным струям сплошной среды за счет того, что угол конуса α равен величине (180-β), или навстречу потоку локальных струй сплошной среды, если угол конуса α больше величины (180-β), благодаря чему пленка дробится на мелкие капли. Если угол конуса α меньше величины (180-β), то направление движения конической пленки реагента в значительной мере совпадает с направлением движения локальных струй сплошной среды, что приводит к ослаблению ударного воздействия пленки на сплошную среду и укрупнению образующихся капель дисперсной фазы.The use of a reagent injection nozzle spraying it in the form of a hollow cone ensures that the reagent is injected under pressure into the continuous medium of the process stream in the form of a thin conical film flying out at a right angle with respect to local streams of the continuous medium due to the cone angle α being equal to ( 180-β), or towards the flow of local jets of a continuous medium, if the cone angle α is greater than the value (180-β), due to which the film is crushed into small droplets. If the cone angle α is smaller than (180-β), then the direction of motion of the conical reagent film substantially coincides with the direction of motion of the local jets of the continuous medium, which leads to a weakening of the impact of the film on the continuous medium and the enlargement of the formed droplets of the dispersed phase.

Целесообразно в ряде случаев, в частности, при химическом взаимодействии технологического потока с реагентом, форсунку ввода реагента размещать в конфузорных элементах нескольких или всех зон турбулизации смеси, поскольку при протекании химического процесса по мере превращения реагента скорость химического процесса уменьшается. Дополнительный ввод реагента в несколько конкретных зон турбулизации или в каждую из них увеличит скорость химического взаимодействия и позволит уменьшить размер аппарата.It is advisable in some cases, in particular, during the chemical interaction of the process stream with the reagent, to place the nozzle for introducing the reagent in the confuser elements of several or all zones of turbulization of the mixture, since during the course of the chemical process as the reagent is converted, the speed of the chemical process decreases. Additional input of the reagent into several specific turbulization zones or into each of them will increase the rate of chemical interaction and will reduce the size of the apparatus.

Целесообразно также, чтобы форсунка ввода реагента обеспечивала распыл реагента в виде полого конуса с диаметром основания больше диаметра цилиндрического элемента d и меньше диаметра основания конуса конфузорного и диффузорного элементов D, поскольку при диаметре основания меньше d ввод реагента осуществляется только в осевую область аппарата, а при диаметре основания больше D часть выводимой из форсунки конической пленки реагента преобразуется в цилиндрическую пленку у стенки конфузорного элемента, что в обоих случаях приводит к снижению однородности формируемой эмульсии.It is also advisable that the reagent injection nozzle provides a spray of the reagent in the form of a hollow cone with a base diameter greater than the diameter of the cylindrical element d and less than the diameter of the base of the cone of the confuser and diffuser elements D, since when the base diameter is less than d, the reagent is introduced only into the axial region of the apparatus, and when the diameter of the base is greater than D part of the conical reagent film withdrawn from the nozzle is converted into a cylindrical film near the wall of the confuser element, which in both cases leads to lower the homogeneity of the formed emulsion.

На фигурах 2 и 3 представлены принципиальные конструкции первой зоны турбулизации смеси турбулентного смесителя-реактора и турбулентного смесителя-реактора в целом, соответственно, с использованием следующих обозначений:In figures 2 and 3 presents the basic structure of the first turbulization zone of the mixture of turbulent mixer-reactor and turbulent mixer-reactor as a whole, respectively, using the following notation:

I – исходный технологический поток;I is the initial process stream;

II – реагент; II - reagent;

III - обработанный технологический поток.III - processed process stream.

1 – патрубок ввода исходного технологического потока;1 - pipe input of the original process stream;

2 – корпус;2 - case;

3 – конфузорный элемент;3 - confuser element;

4 – цилиндрический элемент;4 - a cylindrical element;

5 – диффузорный элемент;5 - diffuser element;

6 – патрубок ввода реагента;6 - pipe input reagent;

7 – форсунка ввода реагента;7 - nozzle input reagent;

8 – зона турбулизации смеси;8 - zone of turbulization of the mixture;

9 – патрубок вывода обработанного технологического потока. 9 - outlet pipe of the processed process stream.

Исходный технологический поток I, например, бензин, который необходимо очистить от сернистых соединений, по патрубку ввода исходного технологического потока 1 поступает в корпус 2, состоящий из нескольких чередующихся зон турбулизации смеси 8 (на фиг. 3 корпус 2 включает шесть зон турбулизации смеси 8). Каждая зона турбулизации смеси 8 длиной LЗТС последовательно состоит из конфузорного элемента 3, цилиндрического элемента 4 и диффузорного элемента 5, с длинами LК, LЦ и LД, соответственно (фиг. 2). The initial process stream I, for example, gasoline, which must be cleaned of sulfur compounds, enters the body 2 through the input pipe of the source process stream 1, which consists of several alternating zones of turbulization of the mixture 8 (in Fig. 3, case 2 includes six zones of turbulization of the mixture 8) . Each turbulization zone of mixture 8 of length L of the ZTS consistently consists of a confuser element 3, a cylindrical element 4 and a diffuser element 5, with lengths L K , L C and L D , respectively (Fig. 2).

На входе в первую зону турбулизации смеси (фиг. 2) исходный технологический поток I смешивается с потоком реагента II, например, водным раствором гидроксида натрия, вводимым в корпус 2 через патрубок ввода реагента 6 с помощью форсунки ввода реагента 7. Водный раствор гидроксида натрия под напором выбрасывается из форсунки ввода реагента 7 в форме конической пленки, которая ударяясь о турбулизированные локальные струи сплошной среды исходного технологического потока I дробится на отдельны струи и капли, образующие смесь с исходным технологическим потоком I, формируя постоянно перемешивающуюся эмульсию бензина и водного раствора щелочи с развитой поверхностью раздела фаз. При этом гидроксид натрия реагирует с сероводородом и меркаптанами:At the entrance to the first turbulization zone of the mixture (Fig. 2), the initial process stream I is mixed with a stream of reagent II, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide introduced into the housing 2 through the nozzle of the input of the reagent 6 using the nozzle of the input of reagent 7. The aqueous solution of sodium hydroxide under the pressure is ejected from the injection nozzle of the reagent 7 in the form of a conical film, which striking against the turbulized local jets of the continuous medium of the initial process stream I is crushed into separate jets and drops forming a mixture with the initial technological by stream I, forming a constantly mixing emulsion of gasoline and an aqueous solution of alkali with a developed interface. In this case, sodium hydroxide reacts with hydrogen sulfide and mercaptans:

2NaOH+H2S→Na2S+2H2O,2NaOH + H 2 S → Na 2 S + 2H 2 O,

NaOH+H2S→NaHS+H2O,NaOH + H 2 S → NaHS + H 2 O,

NaOH+RSH→RSNa+H2O,NaOH + RSH → RSNa + H 2 O,

с получением водорастворимых продуктов реакций, переходящих в водный раствор щелочи.to obtain water-soluble reaction products, passing into an aqueous solution of alkali.

Реакционная смесь проходит последовательно через ряд зон турбулизации смеси 8 с наибольшей степенью турбулизации эмульсии, препятствующей ее разделению на сплошные бензиновую и водную фазы в цилиндрических элементах 4, составляющих в совокупности более 90 % от общей длины турбулентного смесителя-реактора, а на участках, образуемых сопряженными диффузорными элементами 5 и конфузорными элементами 3 смежных зон турбулизации смеси 8 за счет гидроударов при превращении части кинетической энергии потока в потенциальную происходит дополнительное дробление капель реагента.The reaction mixture passes sequentially through a series of turbulization zones of mixture 8 with the highest degree of turbulence of the emulsion, which prevents its separation into continuous gasoline and water phases in cylindrical elements 4, which together constitute more than 90% of the total length of the turbulent mixer-reactor, and in the sections formed by the conjugate diffuser elements 5 and confuser elements 3 of the adjacent turbulization zones of the mixture 8 due to hydroblows during the conversion of part of the kinetic energy of the flow into potential additional Noe fragmentation reagent droplets.

В рассматриваемом варианте использования турбулентного смесителя-реактора предусмотрен дополнительный ввод реагента для ускорения реакции в пятую по ходу исходного технологического потока зону турбулизации смеси 8 (фиг. 3). Прореагировавшая до необходимой глубины очистки бензина реакционная смесь в виде обработанного технологического потока III выводится из корпуса 1 через патрубок вывода обработанного технологического потока 9.In the present use of a turbulent mixer-reactor, an additional reagent is provided to accelerate the reaction into the fifth turbulent zone of mixture 8 along the initial process stream (Fig. 3). The reaction mixture that has reacted to the required depth of gasoline purification in the form of a processed process stream III is discharged from the housing 1 through the outlet pipe of the processed process stream 9.

Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу разработки турбулентного смесителя-реактора для реагентной обработки технологических потоков, обеспечивающего формирование устойчивой неоднородной системы типа эмульсии и достижение необходимой глубины конверсии химического процесса.Thus, the claimed invention solves the problem of developing a turbulent mixer-reactor for the reagent processing of process streams, ensuring the formation of a stable heterogeneous system such as an emulsion and achieving the necessary conversion depth of the chemical process.

Claims (13)

1. Турбулентный смеситель-реактор для реагентной обработки технологических потоков, включающий корпус с чередующимися зонами турбулизации смеси технологического потока и нерастворимого в нем реагента, патрубок ввода исходного технологического потока, патрубок ввода реагента, патрубок вывода обработанного технологического потока, отличающийся тем, что в чередующихся зонах турбулизации смеси последовательно используют конфузорный, цилиндрический и диффузорный элементы, при этом число чередующихся зон турбулизации смеси N рассчитывают по уравнению:1. A turbulent mixer-reactor for the reagent processing of process streams, comprising a housing with alternating turbulization zones of the mixture of the process stream and the insoluble reagent in it, a pipe for introducing an initial process stream, a pipe for introducing a reagent, a pipe for outputting a processed process stream, characterized in that in alternating zones turbulization mixture consistently use confuser, cylindrical and diffuser elements, while the number of alternating zones of turbulization of the mixture N calculated yut by the equation:
Figure 00000002
Figure 00000002
где K – константа скорости реакции реагента с компонентом технологического потока, ч-1;where K is the constant of the reaction rate of the reagent with the component of the process stream, h -1 ; V – расход технологического потока, м3/ч;V is the flow rate of the process stream, m 3 / h; ν – расход реагента, м3/ч;ν - reagent consumption, m 3 / h; C0 – начальная концентрация компонента технологического потока, вступающего в реакцию с реагентом, %;C 0 is the initial concentration of the component of the process stream that reacts with the reagent,%; C – конечная концентрация компонента технологического потока, вступающего в реакцию с реагентом, %;C is the final concentration of the component of the process stream that reacts with the reagent,%; D – диаметр основания конуса конфузорного и диффузорного элементов, м;D is the diameter of the base of the cone of the confuser and diffuser elements, m; d – диаметр цилиндрического элемента, м;d is the diameter of the cylindrical element, m; h1, h2 и h3 – длина конфузорного, цилиндрического и диффузорного элементов соответственно, м;h 1 , h 2 and h 3 - the length of the confuser, cylindrical and diffuser elements, respectively, m; патрубок ввода реагента подключают к форсунке ввода реагента в конфузорном элементе первой зоны турбулизации смеси, обеспечивающей распыл реагента в виде полого конуса, причем угол конуса α равен или больше величины (180-β), где β – угол конуса конфузорного элемента.the reagent inlet pipe is connected to the reagent inlet nozzle in the confuser element of the first turbulization zone of the mixture, which provides spraying of the reagent in the form of a hollow cone, and the cone angle α is equal to or greater than (180-β), where β is the cone angle of the confuser element. 2. Смеситель-реактор по п. 1, отличающийся тем, что форсунку ввода реагента размещают в конфузорных элементах нескольких или всех зон турбулизации смеси.2. The mixer-reactor according to claim 1, characterized in that the nozzle for introducing the reagent is placed in the confuser elements of several or all zones of turbulization of the mixture. 3. Смеситель-реактор по п. 1, отличающийся тем, что форсунка ввода реагента обеспечивает распыл реагента в виде полого конуса с диаметром основания больше диаметра цилиндрического элемента d и меньше диаметра основания конуса конфузорного и диффузорного элементов D. 3. The mixer-reactor according to claim 1, characterized in that the reagent injection nozzle provides a spray of the reagent in the form of a hollow cone with a base diameter greater than the diameter of the cylindrical element d and less than the diameter of the base of the cone of the confuser and diffuser elements D.
RU2019139876A 2019-12-06 2019-12-06 Turbulent mixer-reactor RU2717031C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139876A RU2717031C1 (en) 2019-12-06 2019-12-06 Turbulent mixer-reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139876A RU2717031C1 (en) 2019-12-06 2019-12-06 Turbulent mixer-reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2717031C1 true RU2717031C1 (en) 2020-03-17

Family

ID=69898468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139876A RU2717031C1 (en) 2019-12-06 2019-12-06 Turbulent mixer-reactor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717031C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0157691A1 (en) * 1984-03-20 1985-10-09 Compagnie De Raffinage Et De Distribution Total France Device to pulverize a liquid into a gaseous flux comprising several aligned venturis, and application of this device
US4964733A (en) * 1986-08-20 1990-10-23 Beloit Corporation Method of and means for hydrodynamic mixing
RU2189851C2 (en) * 2000-03-23 2002-09-27 Галиакбаров Виль Файзулович Mixer
RU2298430C1 (en) * 2005-08-30 2007-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Компания "ВЕНТОЛ" Turbulent reactor for mixing of the heterogeneous mixtures
RU2473667C1 (en) * 2011-12-07 2013-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method of desalinating gas condensates
RU2626205C1 (en) * 2016-07-04 2017-07-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВО "ЯГТУ") Turbulent mixing reactor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0157691A1 (en) * 1984-03-20 1985-10-09 Compagnie De Raffinage Et De Distribution Total France Device to pulverize a liquid into a gaseous flux comprising several aligned venturis, and application of this device
US4964733A (en) * 1986-08-20 1990-10-23 Beloit Corporation Method of and means for hydrodynamic mixing
RU2189851C2 (en) * 2000-03-23 2002-09-27 Галиакбаров Виль Файзулович Mixer
RU2298430C1 (en) * 2005-08-30 2007-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Компания "ВЕНТОЛ" Turbulent reactor for mixing of the heterogeneous mixtures
RU2473667C1 (en) * 2011-12-07 2013-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method of desalinating gas condensates
RU2626205C1 (en) * 2016-07-04 2017-07-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВО "ЯГТУ") Turbulent mixing reactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5492654A (en) Method of obtaining free disperse system and device for effecting same
AU2003274315B2 (en) Apparatus and Methods for Moving a Working Fluid by Contact with a Transport Fluid
US8622715B1 (en) Twin turbine asymmetrical nozzle and jet pump incorporating such nozzle
RU2717031C1 (en) Turbulent mixer-reactor
RU2414283C2 (en) Whirl flow mixer
CN112755826B (en) Device and method for enhancing liquid-liquid emulsification
RU118878U1 (en) STATIC MIXER
EP0239171A2 (en) Apparatus and process for mixing fluids
US10639599B2 (en) Method and device for cavitationally treating a fluid
RU2186614C2 (en) Apparatus and method of interaction of phases in gas- to-liquid and liquid-to-liquid systems
EP1501626B1 (en) Device and method of creating hydrodynamic cavitation in fluids
JP2005515883A (en) Mixing equipment
RU2298430C1 (en) Turbulent reactor for mixing of the heterogeneous mixtures
RU187523U1 (en) Device for contacting gas with liquid
RU82582U1 (en) MIXING DEVICE FOR GAS SYSTEMS - LIQUID
RU2613556C1 (en) Device for oil desalting and dehydration
RU2625874C1 (en) Hydrodynamic mixer
GB1469443A (en) Apparatus for organic sulphonation
RU2753756C1 (en) Apparatus for conducting mass exchanging and reaction processes in single-phase and multi-phase media
RU89417U1 (en) LIQUID GAS CONTACT DEVICE
RU2359743C1 (en) Method and device for mixing fluids
SU1744099A1 (en) Arrangement for admitting chemical reagents to water-oil emulsion
RU50430U1 (en) LIQUID GAS CONTACT DEVICE
RU145039U1 (en) DIRECT FLOW UNIT FOR MIXING INHOMOGENEOUS MEDIA
SU1061319A2 (en) Centrifugal extractor