RU82580U1

RU82580U1 - MIXING DEVICE FOR GAS SYSTEMS - LIQUID

Info

Publication number: RU82580U1
Application number: RU2008145933/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Константинович Леонтьев; Евгений Викторович Шалыгин
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2009-05-10

Abstract

Смесительное устройство для систем газ - жидкость, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, вертикальный трубчатый смеситель, диспергатор, расположенный перпендикулярно оси смесителя, отличающееся тем, что смеситель выполнен в виде соосно установленных друг под другом труб, после каждой из которых следует диспергатор, а диаметр аппарата либо изменяется по высоте, либо постоянен.A mixing device for gas-liquid systems containing a housing, an injection chamber, a liquid atomizer, a vertical tubular mixer, a dispersant located perpendicular to the axis of the mixer, characterized in that the mixer is made in the form of pipes coaxially mounted under each other, followed by a dispersant, and the diameter of the apparatus either changes in height or is constant.

Description

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения технологических процессов в системах «газ-жидкость» для создания интенсивного перемешивания фаз с целью массо- или теплообмена, получения тонких газовых дисперсий, высокого газосодержания жидкой фазы, а также химического взаимодействия. Она может быть использована в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.The utility model relates to devices that are used for carrying out technological processes in gas-liquid systems to create intensive mixing of phases for the purpose of mass or heat transfer, to obtain thin gas dispersions, high gas content of the liquid phase, as well as chemical interaction. It can be used in oil refining, petrochemical, chemical and other industries.

Наиболее перспективные методы интенсификации газожидкостных процессов: инверсия фаз, использование входных и концевых эффектов, соударение, завихрение, взаимная эжекция потоков, наложение пульсаций и другие.The most promising methods of intensification of gas-liquid processes: phase inversion, the use of input and terminal effects, collision, swirl, mutual ejection of flows, superposition of pulsations, and others.

Известно устройство, в котором используются многие из этих методов интенсификации [авт.свид. СССР №1263330 (МКП B01F 5/04)]. В этом устройстве для интенсификации массообменного процесса путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления устанавливаются четыре дополнительных смесителя в горизонтальной плоскости. Недостатком такого устройства является сложность конструкции, значительное увеличение давления и расхода жидкости, которая подается на пять смесителей.A device is known in which many of these methods of intensification are used [autosvid. USSR No. 1263330 (MKP B01F 5/04)]. In this device for the intensification of the mass transfer process by increasing the contact surface of the phases and the speed of its renewal, four additional mixers are installed in the horizontal plane. The disadvantage of this device is the design complexity, a significant increase in pressure and flow rate, which is fed to five mixers.

Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [авт.свид. СССР №593723 (М. Кл. В01F 5/04)], которое принимается в качестве прототипа. Аэрирующее устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, вертикальный трубчатый смеситель, диспергатор, расположенный перпендикулярно к оси смесителя. Жидкость под давлением подается в распылитель и распыляется, создавая скоростной поток. Скоростной поток распыленной жидкости создает разряжение в инжекционной камере, позволяющее засасывать The closest structural analogue is an aerating device [autosvid. USSR No. 593723 (M. Cl. B01F 5/04)], which is adopted as a prototype. The aerating device comprises a housing, an injection chamber, a liquid atomizer, a vertical tubular mixer, a dispersant located perpendicular to the axis of the mixer. Liquid under pressure is supplied to the atomizer and sprayed, creating a high-speed flow. The high-speed flow of atomized liquid creates a vacuum in the injection chamber, allowing suction

газовую фазу внутрь смесителя. Непосредственно на выходе из распылителя в инжекционной камере происходит первая стадия контакта жидкости и газа. В смесителе протекает второй этап контакта жидкости и газа, обусловленный развитой поверхностью распыленной жидкости, что вызывает инверсию фаз. На выходе из смесителя газожидкостная смесь диспергируется при ударе, образуя тонкую дисперсию, обуславливающую третью стадию контакта фаз. Четвертый этап развитого контакта жидкости и газа осуществляется во всем объеме аппарата.gas phase inside the mixer. Directly at the outlet of the atomizer in the injection chamber, the first stage of liquid-gas contact occurs. In the mixer, the second stage of liquid-gas contact proceeds, due to the developed surface of the atomized liquid, which causes phase inversion. At the outlet of the mixer, the gas-liquid mixture disperses upon impact, forming a fine dispersion, causing the third phase contact phase. The fourth stage of the developed contact of liquid and gas is carried out in the entire volume of the apparatus.

Недостатком прототипа является то, что интенсивность перемешивания, а следовательно процесса массопереноса, в рабочем объеме реактора значительно ниже, чем в смесителе (вертикальной трубе), хотя время пребывания жидкости и газа в рабочем объеме значительно больше (в сотни раз), чем в смесителе.The disadvantage of the prototype is that the intensity of mixing, and consequently the mass transfer process, in the working volume of the reactor is much lower than in the mixer (vertical pipe), although the residence time of the liquid and gas in the working volume is much longer (hundreds of times) than in the mixer.

Задача предпологаемой полезной модели: интенсификация процесса массообмена путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления. Поставленная задача решается за счет ввода в конструкцию аппарата n диспергаторов (где n - число диспергаторов, n>1), которые разделяют реакционный объем на n частей (n>1). Количество соударений двухфазной системы о диспергаторы увеличивается. На фигуре 1 изображено предложенное трехступенчатое смесительное устройство для системы газ - жидкость. Смесительное устройство содержит конический или цилиндрический корпус 3, инжекционную камеру 2, распылитель жидкости 1, соосно установленные смесители 4 первой, второй и третьей ступеней, выполненные в виде вертикальных труб изменяющегося по высоте или постоянного диаметра, вставленных друг в друга и разделяющих газожидкостной поток на две части и диспергаторы 5 первой, второй и третьей ступеней, расположенные перпендикулярно к оси смесителей.The objective of the proposed utility model: the intensification of the process of mass transfer by increasing the contact surface of the phases and the speed of its renewal. The problem is solved by introducing into the design of the apparatus n dispersants (where n is the number of dispersants, n> 1) that divide the reaction volume into n parts (n> 1). The number of collisions of a two-phase system with dispersants increases. The figure 1 shows the proposed three-stage mixing device for the gas-liquid system. The mixing device comprises a conical or cylindrical body 3, an injection chamber 2, a liquid atomizer 1, coaxially mounted mixers 4 of the first, second and third stages, made in the form of vertical pipes of varying height or a constant diameter, inserted into each other and dividing the gas-liquid flow into two parts and dispersants 5 of the first, second and third stages, located perpendicular to the axis of the mixers.

Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель 1, распыляется и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. Непосредственно на выходе из распылителя в The device operates as follows. Liquid under pressure is supplied to the atomizer 1, atomized and sucks in the gas entering the injection chamber 2. Directly at the outlet of the atomizer into

инжекционной камере происходит первая стадия контакта жидкости и газа. Образовавшаяся газожидкостная смесь проходит через смеситель 4 первой ступени. В смесителе протекает второй этап контакта жидкости и газа, обусловленный развитой поверхностью распыленной жидкости, что вызывает инверсию фаз. В зависимости от режима работы смесителя, его геометрических параметров и перепада давления на распылителе, в смесителе может образовываться газожидкостной двухфазный поток с различным соотношением жидкости и газа. Двухфазный поток может быть с дисперсной жидкой, либо газовой фазой. При определенных условиях может происходить инверсия фаз в самом смесителе и газовая фаза становится дисперсной. Подобный режим работы наиболее эффективен ввиду того, что в момент инверсии наблюдается наибольшее значение коэффициента массопередачи. При выходе из смесителя первой ступени газожидкостный поток разделяется. Часть потока с большой скоростью ударяется о диспергатор 5 первой ступени. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит третья стадия контакта газа с жидкостью. Затем образовавшая смесь распределяется с завихрениями по реакционному объему аппарата 3. В реакционном объеме осуществляется четвертая стадия контакта газа с жидкостью.Injection chamber is the first stage of contact of liquid and gas. The resulting gas-liquid mixture passes through the mixer 4 of the first stage. In the mixer, the second stage of liquid-gas contact proceeds, due to the developed surface of the atomized liquid, which causes phase inversion. Depending on the operating mode of the mixer, its geometrical parameters and the pressure drop across the atomizer, a gas-liquid two-phase flow with a different ratio of liquid to gas can form in the mixer. The two-phase flow can be with a dispersed liquid or gas phase. Under certain conditions, phase inversion can occur in the mixer itself and the gas phase becomes dispersed. This mode of operation is most effective due to the fact that at the moment of inversion the highest value of the mass transfer coefficient is observed. Upon exiting the mixer of the first stage, the gas-liquid flow is separated. Part of the flow at high speed hits the dispersant 5 of the first stage. When a gas-liquid stream hits a dispersant, gas bubbles are crushed. The third stage of gas-liquid contact occurs. Then the resulting mixture is distributed with vortexes over the reaction volume of apparatus 3. In the reaction volume, the fourth stage of gas-liquid contact is carried out.

Вторая часть газо-жидкостного потока из смесителя первой ступени направляется в смеситель второй ступени, в которой гидродинамическая картина повторяется. Жидкость, насыщенная газом, после каждой ступени стекает по цилиндрической или конической стенке вниз в следующую ступень массообмена и частично перемешивается с реакционным объемом за счет завихрений. Количество ступеней массообмена и их объем может быть разным (более 1). Для n-ступенчатого (где n - число диспергаторов, n>1) аппарата характерно 3·(n-1)+4 стадий развитого контакта газа и жидкости, каждая из которых описывается своим коэффициентом массопередачи.The second part of the gas-liquid flow from the mixer of the first stage is directed to the mixer of the second stage, in which the hydrodynamic pattern is repeated. After each stage, the liquid saturated with gas flows down a cylindrical or conical wall down to the next stage of mass transfer and is partially mixed with the reaction volume due to vortices. The number of stages of mass transfer and their volume can be different (more than 1). For an n-step (where n is the number of dispersants, n> 1) apparatus, 3 · (n-1) +4 stages of developed contact of gas and liquid are characteristic, each of which is described by its mass transfer coefficient.

Claims

A mixing device for gas-liquid systems containing a housing, an injection chamber, a liquid atomizer, a vertical tubular mixer, a dispersant located perpendicular to the axis of the mixer, characterized in that the mixer is made in the form of pipes coaxially mounted under each other, followed by a dispersant, and the diameter of the apparatus either changes in height or is constant.