UA146867U

UA146867U - REACTOR FOR GAS-LIQUID REACTIONS

Info

Publication number: UA146867U
Application number: UAU202004528U
Authority: UA
Inventors: Сергій Володимирович Шабрацький; Андрій Генрійович Галстян; Віктор Іванович Шабрацький; Катерина Сергіївна Скороход
Original assignee: Сергій Володимирович Шабрацький; Андрій Генрійович Галстян; Віктор Іванович Шабрацький; Катерина Сергіївна Скороход
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2021-03-31

Abstract

Реактор для проведення газорідинних реакцій складається з корпусу апарата з патрубками для введення реагентів та виводу продуктів реакції. По осі апарата пристрій для перемішування виконаний у вигляді порожнистого тіла обертання, оснащений каналами та порожнистими лопатями. Статор виконаний у вигляді кільцевих колекторів, установлених по висоті апарата і з'єднаних між собою порожнистими тангенціальними лопатками. Статорні лопатки з внутрішньої сторони оснащені направляючими елементами у вигляді сідла, що розташовані із зазором відносно порожнистих статорних лопаток.The reactor for gas-liquid reactions consists of the body of the apparatus with nozzles for the introduction of reagents and the output of the reaction products. Along the axis of the apparatus, the mixing device is made in the form of a hollow body of rotation, equipped with channels and hollow blades. The stator is made in the form of annular collectors mounted on the height of the apparatus and interconnected by hollow tangential blades. The stator blades on the inside are equipped with guide elements in the form of a saddle, which are located with a gap relative to the hollow stator blades.

Description

Корисна модель належить до пристроїв хімічного машинобудування і дозволяє інтенсифікувати процес хемосорбції шляхом забезпечення високого газовмісту в перемішуваному об'ємі завдяки підвищенню ефективності використання газового реагенту при проведенні указаних процесів в хімічній, фармацевтичній та інших галузях промисловості.The useful model belongs to the devices of chemical engineering and allows to intensify the process of chemisorption by ensuring a high gas content in the stirred volume thanks to the increase in the efficiency of the use of the gas reagent during the specified processes in the chemical, pharmaceutical and other branches of industry.

Відомі засоби проведення газорідинних реакцій, в яких газоподібний реагент вводиться в зону реакції за допомогою барботажних пристроїв різних конструкцій, які описані в технічній літературі 1, 21. Під час барботажу газоподібний реагент розподіляється в нижній частині реактору в вигляді маленьких кульок, які спливають в турбулентному режимі та взаємодіють з рідиною. В цих реакторах відбувається одноразовий прохід газового реагенту через рідину і часу для проведення повної реакції, як правило, не достатньо, тому використання газоподібного реагенту в таких випадках досягає 50-70 9о. В таких технологічних схемах використовуються додаткові пристрої, що значно ускладнюють апаратурне оформлення процесу або потребують додаткового обладнання необхідного для позбавлення вихідних газів реакційної можливості.There are known means of conducting gas-liquid reactions, in which the gaseous reagent is introduced into the reaction zone using bubbling devices of various designs, which are described in the technical literature 1, 21. During bubbling, the gaseous reagent is distributed in the lower part of the reactor in the form of small balls that float in a turbulent mode and interact with the liquid. In these reactors, a one-time passage of the gaseous reagent through the liquid takes place, and the time for the complete reaction is usually not enough, so the use of the gaseous reagent in such cases reaches 50-70 9o. In such technological schemes, additional devices are used, which significantly complicate the hardware design of the process or require additional equipment necessary to deprive the source gases of the possibility of reactivity.

Все це здорожує технологічний процес виробництва або приводить до забруднення навколишнього середовища.All this makes the production process more expensive or leads to environmental pollution.

Відомий пристрій для диспергування шляхом інтенсивного відводу тепла, статор якого виконано у вигляді кільцевих колекторів, з'єднаних між собою порожнистими тангенціальними лопатями |З). Реактор призначений для проведення тепло-масообмінних процесів.A well-known device for dispersing by intensive heat removal, the stator of which is made in the form of ring collectors connected to each other by hollow tangential blades |Z). The reactor is intended for carrying out heat and mass exchange processes.

Найбільш близьким аналогом корисної моделі І4| є пристрій для проведення газорідинних реакцій, що містить порожнистий ротор з осьовими вхідними каналами, які з фронтальної сторони мають округлу або похилу площину, радіальні порожнисті лопаті розташовані в два ряди попарно або в шаховому порядку вертикально або з різними кутами нахилу по відношенню до осі обертання ротору, всередині якого розміщені дві перегородки, які поділяють пристрій для проведення газорідинних реакцій на три частини, при цьому верхня перегородка через центральний отвір поєднується з аксіально розташованою трубою по відношенню до порожнистого валу.The closest analogue of the useful model I4| is a device for carrying out gas-liquid reactions, containing a hollow rotor with axial inlet channels, which on the front side have a rounded or inclined plane, radial hollow blades are arranged in two rows in pairs or in a staggered order vertically or with different angles of inclination in relation to the axis of rotation of the rotor , inside which there are two partitions that divide the device for conducting gas-liquid reactions into three parts, while the upper partition is connected through the central hole to the axially located pipe in relation to the hollow shaft.

В основу корисної моделі поставлено задачу інтенсифікації газорідинної реакції в режимі витіснення з послідуючим перемішуванням фаз та рециркуляцією газового реагенту, яка досягається за рахунок збільшення інтенсивності теплообміну.The useful model is based on the task of intensification of the gas-liquid reaction in the displacement mode with subsequent mixing of phases and recirculation of the gaseous reagent, which is achieved by increasing the intensity of heat exchange.

Зо Поставлена задача вирішується в апараті об'ємного типу з самоусмоктуючою ежекційною мішалкою за рахунок диспергування реакційної суміші на направляючі елементи, установлені з зазором відносно порожнистих статорних лопатей. Для підвищення продуктивності самоусмоктуюча мішалка має пласкі порожнисті лопаті, приєднані до ротора під кутом до площини обертання, які на довжині 0,5-0,7 радіуса мішалки мають гвинтовий поворот відносно осі лопаті до осьового спрямування периферійної частини.З The given task is solved in a volumetric type apparatus with a self-absorbing ejection stirrer due to the dispersion of the reaction mixture on the guide elements installed with a gap relative to the hollow stator blades. To increase performance, the self-priming agitator has flat hollow blades attached to the rotor at an angle to the plane of rotation, which at a length of 0.5-0.7 of the agitator radius have a helical turn relative to the axis of the blade to the axial direction of the peripheral part.

Суть корисної моделі пояснюється кресленнями.The essence of a useful model is explained by drawings.

На фігурах 1, 2, 3, 4 зображено реактор для проведення газорідинних реакцій та його варіанти.Figures 1, 2, 3, 4 show a reactor for conducting gas-liquid reactions and its variants.

Реактор для проведення газорідинної реакції (фіг. 1) складається з циліндричного корпусу 1 з сферичним днищем, кришкою і сорочкою для охолодження, патрубками для подачі реагентів, під кришкою апарата розміщена розподільча зона 2, поєднана з штуцером для вводу газового реагенту, який через отвори в хвостовику валу З та осьовим отвором 4 подається до центрального порожнистого валу 5, через який первинний газовий реагент поступає в нижню частину пристрою для проведення газорідинних реакцій б, за допомогою маточини 7 закріпляється на порожнистому валу 8, в верхній частині останнього розміщені отвори 9, призначені для усмоктування циркуляційного газу, пристрій для проведення реакцій обертається в середині теплообмінного статору 10 у вигляді двох горизонтальних кілець 15, з'єднаних між собою вертикальними елементами 16, з внутрішньої сторони розташовані направляючі у вигляді сідла 17.The reactor for gas-liquid reaction (Fig. 1) consists of a cylindrical body 1 with a spherical bottom, a lid and jacket for cooling, nozzles for supplying reagents, a distribution zone 2 is placed under the lid of the apparatus, connected to a fitting for introducing a gaseous reagent, which through holes in the shank of the shaft C and through the axial hole 4 is fed to the central hollow shaft 5, through which the primary gas reactant enters the lower part of the device for conducting gas-liquid reactions b, with the help of the hub 7 it is fixed on the hollow shaft 8, in the upper part of the latter there are holes 9 intended for suction of circulating gas, the reaction device rotates in the middle of the heat exchange stator 10 in the form of two horizontal rings 15, connected to each other by vertical elements 16, on the inner side there are guides in the form of a saddle 17.

Реактор для проведення газорідинних реакцій оснащений пристроєм для проведення газорідинних реакцій б (фіг. 2), що складається з ротора, на утворюючій якого розміщені порожнисті лопаті 11, 12, розташовані в два ряди та закріплені під кутом до площі обертання, які на відстані, рівній 0,5-0,7 довжини лопаті мають гвинтовий поворот відносно осі лопаті до перпендикулярного спрямування периферійної частини. Частина лопаті, яка розташована під кутом, створює мередіальний потік, який сприяє створенню більш глибокого розрідження за рахунок збільшення кінетичної складової обтікаючого потоку периферійної частини наступної лопаті іншого ряду. Така конструктивна особливість дає можливість збільшити насосну продуктивність самоусмоктуючої мішалки без зміни геометричних розмірів.The reactor for carrying out gas-liquid reactions is equipped with a device for carrying out gas-liquid reactions b (Fig. 2), which consists of a rotor, on which are placed hollow blades 11, 12, arranged in two rows and fixed at an angle to the area of rotation, which are at a distance equal to 0.5-0.7 of the length of the blade have a helical turn relative to the axis of the blade to the perpendicular direction of the peripheral part. The part of the blade, which is located at an angle, creates a meridional flow, which contributes to the creation of a deeper rarefaction due to the increase in the kinetic component of the flow around the peripheral part of the next blade of another row. This design feature makes it possible to increase the pumping performance of the self-priming mixer without changing the geometric dimensions.

Газорідинний реактор працює таким чином: під час обертання пристрою для проведення бо газорідинних реакцій в апараті, який заповнений рідким реагентом, проходить інтенсивна турбулізація рідини і обтікання порожнистих лопатей перемішуючою рідиною, в наслідок чого, в середині лопатей і порожнистого ротору виникає розрідження, за допомогою якого первинний газовий реагент, озоноповітряна суміш, із технологічного штуцеру розташованого на кришці апарата поступає в розподільчу зону 2, потім через отвори З і центральний отвір 4 проходить в середину центрального валу 5, з'єднану з пристроєм для проведення реакції, його середньою частиною, яка знаходиться між перегородкою 13 і ежекційною перегородкою 14 і далі потрапляє в порожнини лопатей, після чого диспергується в перемішуємий об'єм реактору.The gas-liquid reactor works as follows: during the rotation of the device for carrying out gas-liquid reactions in the apparatus, which is filled with a liquid reagent, the liquid undergoes intense turbulence and the mixing liquid flows around the hollow blades, as a result of which, in the middle of the blades and the hollow rotor, a rarefaction occurs, with the help of which the primary gas reagent, the ozone-air mixture, enters the distribution zone 2 from the technological fitting located on the lid of the device, then passes through the holes C and the central hole 4 into the middle of the central shaft 5, which is connected to the device for conducting the reaction, its middle part, which is located between the partition 13 and the ejection partition 14 and further falls into the cavities of the blades, after which it disperses into the stirred volume of the reactor.

В той же час рідкий реагент, що знаходиться в реакторі, через нижній отвір ротора поступає в нижню частину пристрою для проведення газорідинних реакцій 6. Під дією відцентрових сил, а також розрідження, рідкий реагент диспергується в озоноповітряну суміш, що знаходиться в порожнистих лопатях, у вигляді дрібнодисперсних краплинок, де відбувається первинна взаємодія в режимі витіснення. Далі із порожнистих лопатей газорідинна реакційна суміш диспергується в перемішуємий об'єм, при цьому проходить інверсія фаз, коли дрібнодисперсна рідина розчиняється в рідині реактору, а газова фаза у вигляді бульбашок газу перемішується за допомогою перемішуючого пристрою в об'ємі, що знаходиться в статорній зоні, а утворена газорідинна суміш з високою швидкістю протікає в радіальному напрямку між суміжними вертикальними лопатями статора 10 та їх направляючими 17.At the same time, the liquid reagent located in the reactor enters the lower part of the gas-liquid reaction device 6 through the lower opening of the rotor. Under the action of centrifugal forces, as well as rarefaction, the liquid reagent is dispersed into the ozone-air mixture located in the hollow blades, in in the form of finely dispersed droplets, where the primary interaction occurs in the displacement mode. Further, from the hollow blades, the gas-liquid reaction mixture is dispersed into the stirring volume, while phase inversion takes place, when the finely dispersed liquid dissolves in the reactor liquid, and the gas phase in the form of gas bubbles is mixed with the help of a stirring device in the volume located in the stator zone , and the resulting gas-liquid mixture flows at high speed in the radial direction between the adjacent vertical blades of the stator 10 and their guides 17.

В зоні міделевого перерізу статору, між направляючими елементами швидкість газорідинного потоку значно збільшується і відповідно з законами гідродинаміки в зазорі між порожнистими лопатями статору і направляючими елементами утворюється зона пониженого тиску, під дією якого з верху і низу потрапляє рідина, що знаходиться в безпосередній близькості статору. Це приводить до інтенсивного обтікання теплообмінних вертикальних лопатей і більш ефективного теплообміну, в наслідок чого відбувається осереднення та стабілізація температури реакційної маси.In the zone of the middle section of the stator, between the guide elements, the gas-liquid flow rate increases significantly and, in accordance with the laws of hydrodynamics, a zone of reduced pressure is formed in the gap between the hollow blades of the stator and the guide elements, under the influence of which the liquid that is in the immediate vicinity of the stator enters from above and below. This leads to intensive flow around the heat exchange vertical blades and more effective heat exchange, as a result of which the reaction mass temperature is averaged and stabilized.

Газовий реагент, що не встиг прореагувати, підіймається у вигляді бульбашок та зосереджуються над поверхнею перемішуючої рідини, з якої внаслідок розрідження через отвори 9 усмоктується в об'єм між центральним валом 5 і коаксіально розташованим порожнистим валом 8 і далі потрапляє в верхню частину пристрою для проведення реакції 6 та порожнисті лопаті 11 верхнього ряду із яких знову диспергується в перемішуємий об'єм. ТакимThe gas reactant, which did not have time to react, rises in the form of bubbles and concentrates above the surface of the mixing liquid, from which, due to rarefaction, it is absorbed through the holes 9 into the volume between the central shaft 5 and the coaxially located hollow shaft 8 and then enters the upper part of the device for conducting reactions 6 and hollow blades 11 of the upper row, from which it is again dispersed into the stirred volume. Such

Зо чином відбувається рециркуляція газової фази та диспергування її в перемішуємому об'ємі, що значно зменшує відсоток проскоку газового реагенту.In this way, the recirculation of the gas phase and its dispersion in the stirred volume takes place, which significantly reduces the percentage of gas reagent leakage.

Випробування запропонованого пристрою для проведення газорідинних реакцій в лабораторії показали, що при проведенні реакції окислення метилбензолів озоноповітряною сумішшю, в періодичному режимі було досягнуто використання озону до 85-92 95 при зменшенні тривалості реакції до 2-2,5 рази. При проведенні реакції окислення озоном в безперервному режимі ступінь використання озону досягла 60-70 95, при цьому тривалість реакції скоротилася до 1,3-1,5 рази.Tests of the proposed device for conducting gas-liquid reactions in the laboratory showed that during the oxidation reaction of methylbenzenes with an ozone-air mixture, the use of ozone up to 85-92 95 was achieved in a periodic mode while reducing the duration of the reaction to 2-2.5 times. When carrying out the ozone oxidation reaction in continuous mode, the degree of ozone utilization reached 60-70 95, while the duration of the reaction was reduced to 1.3-1.5 times.

Джерела інформації: 1. Штербачек 3., Тауск П. Перемешиваниє в химической промьішленности. - Л.:Sources of information: 1. Shterbachek 3., Tausk P. Mixing in the chemical industry. - L.:

Госхимиздат, 1963. - 416 с. 2. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешиваниє в жидких средах. - Л.:Goshimizdat, 1963. - 416 p. 2. Braginsky L.N., Begachev V.I., Barabash V.M. Mixable in liquid environments. - L.:

Химия, 1984. - 336 с. 3. А.С. Мо 552104 (СССР). Устройство для диспергирования в жидких средах./В.И. Барвин,Chemistry, 1984. - 336 p. 3. A.S. Mo. 552104 (USSR). Device for dispersion in liquid media./V.I. barvin,

Н.И. Парафенко, В.Я. Стороженко и др. 1977, бюл. Мо 12. 4. Патент України Мо 89755. Пристрій для проведення газорідинних реакцій./СклабінськийN.Y. Parafenko, V.Ya. Storozhenko et al. 1977, Bull. Mo 12. 4. Patent of Ukraine Mo 89755. Device for conducting gas-liquid reactions./Sklabinsky

В.І, Стороженко В.Я., Шабрацький С.В. 2014, бюл. Мо 8.V.I., V.Ya. Storozhenko, S.V. Shabraykyi. 2014, Bull. Mo 8.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. A reactor for conducting gas-liquid reactions, which consists of an apparatus body with nozzles for the introduction of reagents and the output of reaction products, along the axis of the apparatus, the mixing device is made in the form of a hollow body of rotation, equipped with channels and hollow blades, the stator is made in the form of ring collectors, installed along the height of the device, and interconnected by hollow tangential vanes, which is characterized by the fact that to increase the circulation of the mixing flow and stabilize the temperature regime, the stator vanes are equipped with guide elements in the form of a saddle on the inside, which are located with a gap relative to the hollow stator vanes.

2. The reactor according to claim 1, which differs in that in order to improve the pumping performance and to intensify the adsorption process and increase the degree of use of the gas reagent, flat hollow blades with a length of 0.5-0.7 of the stirrer radius are attached to the hollow rotor at an angle to the plane of rotation have a helical turn relative to the axis of the blade to the axial direction of the peripheral part. as av Ya Shi | not Z o o OD Not which to this day She Shi B NN sha and Gaya vve NE sk Y and oon her wife mn in, m Dnia u Si nn I STILL Be Z a. and SHE Z I I Bo KI! those I shshi -k IP we

Kk what, | zahva you U Ya and uche -u m feya

Fig. 1

5. y g Shen : as Uk Mi o sh- Sho She SHE as She ZK ! 7 sha and M Rukh oh tv Z ; hchevkd nn S i I secr h Mei z x zta a I i i z dya i Her i zdkknknttnth shield -eYa i vn z o Se Y ; dyna Hey and ШЭ and snan t | : piece | 77 th

Fig. 2