UA80127C2 - Mixer (embodiments) and gas-liquid reactor (embodiments) - Google Patents
Mixer (embodiments) and gas-liquid reactor (embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- UA80127C2 UA80127C2 UA20041109370A UA20041109370A UA80127C2 UA 80127 C2 UA80127 C2 UA 80127C2 UA 20041109370 A UA20041109370 A UA 20041109370A UA 20041109370 A UA20041109370 A UA 20041109370A UA 80127 C2 UA80127 C2 UA 80127C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- mixer
- chamber
- reactor
- reagents
- inlet
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 119
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 32
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 23
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 21
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 description 19
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- JJEJDZONIFQNHG-UHFFFAOYSA-N [C+4].N Chemical class [C+4].N JJEJDZONIFQNHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винаходи відносяться до апаратурного оформлення хімічних процесів, які протікають в газорідинному 2 середовищі, а саме до варіантів конструкції змішувача для поступаючих в реактор рідких і газоподібних реагентів і варіантів конструкції газорідинного реактора з вверхсходячим однонаправленим рухом фаз. Винаходи можуть бути використанні, зокрема, для промислового одержання сечовини.The inventions relate to the hardware design of chemical processes that occur in a gas-liquid 2 environment, namely to variants of the design of the mixer for liquid and gaseous reagents entering the reactor and variants of the design of the gas-liquid reactor with upward unidirectional movement of phases. Inventions can be used, in particular, for the industrial production of urea.
Загальновідомо, що ефективність змішування рідких і газоподібних реагентів сприяє підвищенню продуктивності хімічних реакторів. Зокрема, в процесах одержання сечовини степінь конверсії вихідних 70 реагентів залежить від характеру і ступені диспергування компонентів газорідинної суміші, яка поступає на синтез.It is well known that the efficiency of mixing liquid and gaseous reagents contributes to increasing the productivity of chemical reactors. In particular, in the processes of obtaining urea, the degree of conversion of the initial 70 reagents depends on the nature and degree of dispersion of the components of the gas-liquid mixture that enters the synthesis.
Відомий ковпачковий змішуючий пристрій, який розміщено в нижній частини реактора для одержання сечовини ЗО 1088779, В 01 у 10/00, 1984). В цьому пристрої вихідні реагенти - газоподібний двоокис вуглецю, рідкий аміак і розчин вуглеамонійних солей (ВАС) - вводять в реактор окремими течійноосьовими потоками 12 через три штуцери, які розміщені в стінках реактора, і, пройшовши змішуючий пристрій, вступають в реакційний об'єм в вигляді суміші. Недоліком даної конструкції змішувача являється те, що одержана суміш має низьку ступінь диспергування газоподібних і рідких компонентів.A known cap mixing device, which is placed in the lower part of the reactor for the production of urea ZO 1088779, B 01 in 10/00, 1984). In this device, the initial reagents - gaseous carbon dioxide, liquid ammonia, and a solution of carbon ammonium salts (BAS) - are introduced into the reactor in separate axial flows 12 through three fittings located in the walls of the reactor, and, after passing through the mixing device, enter the reaction volume in in the form of a mixture. The disadvantage of this design of the mixer is that the resulting mixture has a low degree of dispersion of gaseous and liquid components.
Відомий інжекційний змішуючий пристрій реактора для одержання сечовини, який має камеру змішування, яка розміщена усередині реактора в верхній його частині, і штуцери вводу реагентів, які розміщені на верхній кришці 5 782858, В 01 у) 19/00, 1980). Дана конструкція змішувача має такі ж недоліки.A known injection mixing device of a reactor for the production of urea, which has a mixing chamber, which is placed inside the reactor in its upper part, and fittings for introducing reagents, which are placed on the upper cover 5 782858, B 01 y) 19/00, 1980). This design of the mixer has the same disadvantages.
Відомі також змішувачі, які розміщують поза реакторами. В цих змішувачах диспергування реагентів, яке супроводжується їх частковою взаємодією, відбувається вже при їх змішуванні. Якщо взаємодія супроводжується виділенням тепла, виникає проблема відводу тепла із змішувача для запобігання протіканню небажаних процесів, породжених перегрівом. Так, в випадку виробництва сечовини, в момент взаємодії аміаку і двоокису с вуглецю при їх змішуванні виникає розігрів суміші і підвищується її агресивність, що викликає корозію Ге) металевих елементів змішувача. Вирішення задачі відводу тепла в багатьох випадках ускладнено невеликими розмірами змішувача і труднощами розміщення в ньому достатньої поверхні теплообміну.Mixers that are placed outside the reactors are also known. In these mixers, the dispersion of reagents, which is accompanied by their partial interaction, occurs already during their mixing. If the interaction is accompanied by the release of heat, there is a problem of heat removal from the mixer to prevent undesirable processes caused by overheating. Thus, in the case of urea production, at the moment of interaction of ammonia and carbon dioxide during their mixing, heating of the mixture occurs and its aggressiveness increases, which causes corrosion (He) of the metal elements of the mixer. Solving the problem of heat removal in many cases is complicated by the small size of the mixer and the difficulty of placing a sufficient heat exchange surface in it.
Відомо змішувач реактора для проведення хімічних процесів, зокрема, для одержання сечовини, який має циліндричний корпус з насадкою, штуцери вводу реагентів, які розміщені на одному кінці корпуса, і штуцери в виходу газорідинної суміші, які розміщені на другому його кінці (В.М. Кучерявьй, В.В. Лебедев. Синтез и с применение карбамида. - Л.: Химия, 1970, с.317|. Корпус футерований листами хромонікельмолібденової сталі.A reactor mixer for carrying out chemical processes, in particular, for the production of urea, is known, which has a cylindrical body with a nozzle, inlet fittings for reagents, which are located at one end of the housing, and fittings for the exit of the gas-liquid mixture, which are located at the other end (V.M. Kucheryavyi, V.V. Lebedev. Synthesis and use of carbamide. - L.: Khimiya, 1970, p. 317|. The body is lined with sheets of chrome-nickel-molybdenum steel.
Вихідні реагенти (газоподібний двоокис вуглецю, рідкий аміак і розчин ВАС) вводять в змішувач окремими -- течійно-осьовими потоками через три штуцери. Через штуцер виходу суміш реагентів поступає в реактор. оThe starting reagents (gaseous carbon dioxide, liquid ammonia, and BAC solution) are introduced into the mixer in separate -- current-axial flows through three fittings. The reactant mixture enters the reactor through the outlet fitting. at
Наявність спеціальної насадки в корпусі змішувача покращує змішування реагентів, але із-за інтенсивного вуділення тепла насадка і футерівка змішувача зазнають сильне ерозійно-корозійне зношення. соThe presence of a special nozzle in the mixer body improves the mixing of reagents, but due to intensive heat generation, the nozzle and the lining of the mixer are subject to severe erosive and corrosive wear. co
Найбільш близьким по технічній суті до запропонованих варіантів змішувача являється змішувач реактора для проведення хімічних процесів, зокрема, для одержання сечовини, який має коаксіальну трубу, з'єднану з патрубком вводу рідкого реагенту (розчин ВАС), і корпус в вигляді хрестовини з діаметрально розміщеними « патрубками вводу газоподібного (двоокис вуглецю) і рідкого (аміак) реагенту, причому коаксіальна труба З 70 введена в корпус і її вихідний кінець розміщений на рівні верхнього зрізу корпуса, патрубки вводу двоокису с вуглецю і аміаку розміщені після патрубка вводу розчину ВАС |В.И. Кучерявьй, В.В. Лебедев. Синтез иThe closest in terms of technical essence to the proposed mixer options is the reactor mixer for chemical processes, in particular, for the production of urea, which has a coaxial pipe connected to the nozzle for the introduction of a liquid reagent (VAS solution), and a body in the form of a cross with diametrically placed " gas (carbon dioxide) and liquid (ammonia) reagent inlet nozzles, and the Z 70 coaxial pipe is inserted into the housing and its outlet end is placed at the level of the upper section of the housing, the carbon dioxide and ammonia inlet nozzles are placed after the VAS solution inlet nozzle |V.I . Kucheryavyi, V.V. Lebedev. Synthesis and
Із» применение карбамида. - Л.: Химия, с.318). Змішувач приєднаний до нижньої частини реактора верхнім зрізом корпуса, через який реагенти поступають в реактор.With the use of urea. - L.: Chemistry, p. 318). The mixer is connected to the lower part of the reactor by the upper section of the case, through which the reactants enter the reactor.
При роботі цього змішувача газоподібний двоокис вуглецю і рідкий аміак через діаметрально розміщені патрубки поступають в об'єм між корпусом і коаксіальною трубою, де вони частково змішуються і переміщуються бо до входу в реактор. Розчин ВАС подають в реактор по коаксіальній трубі. Цілковите змішування усіх реагентів ав | чиниться в нижній частині реактора при виході із змішувача.During the operation of this mixer, gaseous carbon dioxide and liquid ammonia enter the volume between the housing and the coaxial pipe through diametrically placed nozzles, where they are partially mixed and moved to the entrance to the reactor. The VAS solution is fed into the reactor through a coaxial pipe. Complete mixing of all reagents av | occurs in the lower part of the reactor at the exit from the mixer.
Недоліком змішувача являється низька ступінь диспергування двоокису вуглецю в реакторі і утворення в його - нижній частини зон зворотного змішування внаслідок осьового течійно-направленого входу реакційної суміші. ка 20 Хоча дана конструкція змішувача більш надійна в експлуатації порівняно з наведеним вище, але вона не вирішує задачу усунення виділення тепла і утворення агресивного середовища в змішувачі, так як має місце тм диспергування газоподібного двоокису вуглецю в рідкому аміаку і їх взаємодія в змішувачі.The disadvantage of the mixer is the low degree of dispersion of carbon dioxide in the reactor and the formation of reverse mixing zones in its lower part due to the axial flow-directed input of the reaction mixture. ka 20 Although this design of the mixer is more reliable in operation compared to the one above, it does not solve the problem of eliminating heat generation and the formation of an aggressive environment in the mixer, since there is a dispersion of gaseous carbon dioxide in liquid ammonia and their interaction in the mixer.
Ефективне проведення процесів в колонних газорідинних реакторах з вверхсходячим однонаправленим рухом фаз можливе тільки в умовах рівномірного розподілу швидкостей, розмірів бульбашок і газовмісту по 25 січенню вверхсходячого газорідинного потоку. Указаний розподіл залежить від конструктивних особливостейEffective conduct of processes in columnar gas-liquid reactors with upward unidirectional movement of phases is possible only under conditions of uniform distribution of velocities, bubble sizes, and gas content along the 25 section of the upward gas-liquid flow. The specified distribution depends on the design features
ГФ) реактора, в тім числі від конструкції змішувача для подачі реагентів. юю Відомий газорідинний реактор, який має вертикальний циліндричний корпус з двома патрубками вводу рідких реагентів і патрубком вводу газоподібних реагентів, розміщеними в нижній частині реактора, патрубком виходу продуктів реакції, розміщеним в верхній частині реактора, і ковпачковим змішуючим пристроєм, розміщеним над 60 патрубком вводу реагентів (ЗО 1088779, В 01 у 10/00, 1984). Вихідні реагенти вводять в реактор окремими течійно-осьовими потоками через три патрубки. Пройшовши змішуючий пристрій, потоки поступають в реакційний об'єм в вигляді суміші.HF) of the reactor, including from the design of the mixer for supplying reagents. yuyu A known gas-liquid reactor, which has a vertical cylindrical body with two nozzles for entering liquid reagents and a nozzle for introducing gaseous reagents located at the bottom of the reactor, a nozzle for the exit of reaction products located at the top of the reactor, and a cap mixing device located above the nozzle for introducing reagents 60 (ZO 1088779, B 01 at 10/00, 1984). The starting reagents are introduced into the reactor by separate current-axial flows through three nozzles. After passing through the mixing device, the streams enter the reaction volume in the form of a mixture.
Недоліком цієї конструкції реактора являється низька інтенсивність змішування реагентів і недостатня ступінь диспергування газу в нижній частині реактора внаслідок роздільного вводу реагентів і слабкої бо турбулізації потоку на виході із змішувача.The disadvantage of this reactor design is the low intensity of mixing of reagents and the insufficient degree of gas dispersion in the lower part of the reactor due to the separate introduction of reagents and weak turbulence of the flow at the exit from the mixer.
Найбільш близьким по технічній суті до запропонованих варіантів реактора являється газорідинний реактор, який має вертикальний корпус з патрубками вводу рідких і газоподібних реагентів, патрубком виводу продуктів реакції і патрубком виводу відходячих газів, розподіляючий пристрій для подачі газоподібного реагенту, розміщений в нижній частині реактора, поставлену нижче патрубка подачі продуктів реакції порожнисту конічну поверхню, звернену відкритою основою до днища реактора, поставлений під конічною поверхнею змішувач (циклонний ежектор), який має коаксіальну трубу і завихруючу камеру з тангенціальним вхідним патрубком, з'єднаним з одним із патрубків вводу рідкого реагенту, і осьовий вихідний патрубок (сопло), направлений в сторону днища реактора, причому коаксіальна труба введена в циліндричний корпус завихруючої камери, 70 верхній її кінець з'єднаний з об'ємом порожнистої конічної поверхні, а нижній - розміщений на рівні зрізу осьового вихідного патрубка над розподіляючим пристроєм для подачі газоподібного реагенту (ЗО 1648544, В 01The closest in technical essence to the proposed variants of the reactor is the gas-liquid reactor, which has a vertical body with nozzles for the introduction of liquid and gaseous reagents, a nozzle for the output of reaction products and a nozzle for the output of waste gases, a distribution device for the supply of a gaseous reagent, located in the lower part of the reactor, placed below the nozzle for supplying the reaction products, a hollow conical surface with the open base facing the bottom of the reactor, a mixer (cyclone ejector) placed under the conical surface, which has a coaxial pipe and a swirling chamber with a tangential inlet nozzle connected to one of the liquid reagent inlet nozzles, and an axial outlet nozzle (nozzle) directed towards the bottom of the reactor, and the coaxial pipe is inserted into the cylindrical body of the swirling chamber, its upper end is connected to the volume of the hollow conical surface, and the lower end is placed at the level of the section of the axial outlet nozzle above the distribution device d for supplying a gaseous reagent (ZO 1648544, B 01
У 19/00, В 01 О 53/18, 19911.At 19/00, At 01 O 53/18, 19911.
При роботі реактора один із рідких реагентів подають в об'єм реактора, а другий - через тангенціальний вхідний патрубок в порожнину завихруючої камери змішувача. Газоподібний реагент, проходячи патрубок вводу і 7/5 розподіляючий пристрій, барботує через реакційну масу, яка заповнює корпус реактора. Частина газоподібного реагенту, яка не вступила в реакцію, збирається під конічною поверхнею. Усередині завихруючої камери, завдяки тангенціальному вводу, рідкий реагент набуває обертовий рух в вигляді одношарового потоку.During the operation of the reactor, one of the liquid reagents is fed into the reactor volume, and the other - through the tangential inlet pipe into the cavity of the swirling chamber of the mixer. The gaseous reactant, passing through the inlet pipe and the 7/5 distribution device, bubbles through the reaction mass that fills the reactor body. Part of the gaseous reagent, which did not react, is collected under the conical surface. Inside the swirling chamber, thanks to the tangential input, the liquid reagent acquires a rotating motion in the form of a single-layer flow.
Закручений потік рідкого реагенту, виходячи із осьового вихідного патрубка завихруючої камери і обтікаючи нижній зріз коаксіальної труби, утворює усередині неї розрідження. Внаслідок розрідження на нижньому зрізу труби непрореагований газоподібний реагент відсмоктується з-під конічної поверхні в коаксіальну трубу, рухається по ній і, дійшовши до зрізу осьового вихідного патрубка завихруючої камери, відкидається в нижню частину реактора виходячим із нього закрученим потоком рідкого реагенту. Таким чином, наявність в реакторі змішувача наведеної конструкції забезпечує диспергування непрореагованої газової фази на виході із змішувача і багатократну циркуляцію газової фази. счThe swirling flow of the liquid reagent, coming out of the axial outlet of the swirling chamber and flowing around the lower section of the coaxial pipe, creates a rarefaction inside it. As a result of rarefaction at the lower section of the pipe, the unreacted gaseous reagent is sucked from under the conical surface into the coaxial pipe, moves along it and, having reached the section of the axial outlet nozzle of the swirling chamber, is thrown into the lower part of the reactor by the swirling stream of liquid reagent coming out of it. Thus, the presence of a mixer of the above design in the reactor ensures dispersion of the unreacted gas phase at the outlet of the mixer and multiple circulation of the gas phase. high school
Турбулентна закручена цівка виходячи із змішувача поблизу розподіляючого пристрою, викликає подрібнення бульбашок, які виходять з нього, Її тим самим збільшує масообмін в зоні барботажу. Однак, (8) внаслідок широкого кута розкриття закрученої цівки, бульбашки, виходячи із газорозподіляючого пристрою, витискуються на периферію реакційного об'єму, і більша їх частина піднімається на поверхню рідини через кільцеву щілину між порожнистим конусом і корпусом реактора, не приймаючи участі в циркуляційному М зо Змішуванні Її не зазнаючи турбулентного диспергування на виході із коаксіальної труби. Внаслідок цього розподіл часу перебування газу в реакційному об'ємі виявляється не рівномірним, а дисперсний склад с бульбашок - істотно неоднорідним. «-The turbulent swirling stream leaving the mixer near the distribution device causes the crushing of the bubbles that come out of it, thereby increasing the mass transfer in the bubbling zone. However, (8) as a result of the wide angle of opening of the twisted coil, the bubbles, leaving the gas distribution device, are pushed to the periphery of the reaction volume, and most of them rise to the surface of the liquid through the annular gap between the hollow cone and the reactor body, without participating in the circulation M z o Mixing It without undergoing turbulent dispersion at the exit from the coaxial pipe. As a result, the distribution of gas residence time in the reaction volume is not uniform, and the dispersed composition of the bubbles is significantly heterogeneous. "-
Для даної конструкції реактора характерний також нерівномірний розподіл газу в об'ємі рідини із-за роздільного вводу реагентів (перший рідкий реагент вводиться в реакційний об'єм внизсходячою закрученою о цівкою, другий рідкий реагент - боковою цівкою, направленої уздовж твірної днища, а газоподібний реагент - в со вигляді кільцевого потоку винируючих бульбашок, які виходять із отворів газорозподіляючого пристрою), внаслідок чого під газорозподіляючим пристроєм і над порожнистим конусом виникають застійні зони рідини, які не заповнюються бульбашками. Крім того, при великих розходах газу під порожнистим конусом можливе утворення газового мішка. «This design of the reactor is also characterized by an uneven distribution of gas in the liquid volume due to the separate introduction of reagents (the first liquid reagent is introduced into the reaction volume by a downward spiraling stream, the second liquid reagent by a side stream directed along the bottom of the reactor, and the gaseous reagent - in the form of an annular flow of emerging bubbles that come out of the gas distribution device holes), as a result of which stagnant liquid zones appear under the gas distribution device and above the hollow cone, which are not filled with bubbles. In addition, with large gas flows, the formation of a gas bag under the hollow cone is possible. "
Указані особливості вищенаведеної конструкції роблять проведення процесів в цих реакторах недостатньо з с ефективним. . Технічна задача, яка вирішується запропонованими варіантами конструкції змішувача, полягає в організації а такого руху реагентів у змішувачі, при якому забезпечувалась би висока ступінь диспергування реагентів в реакторі після виходу їх із змішувача при мінімальному диспергуванні в самому змішувачі.The specified features of the above design make the processes in these reactors insufficiently effective. . The technical problem, which is solved by the proposed design variants of the mixer, consists in the organization of such a movement of reagents in the mixer, which would ensure a high degree of dispersion of reagents in the reactor after they leave the mixer with minimal dispersion in the mixer itself.
Технічним результатом, який може бути одержаним при використанні обох варіантів винаходів, являється о підвищення ступені диспергування реагентів в реакторі після виходу їх із змішувача при мінімальному диспергуванні в самому змішувачі. о Для досягнення зазначеного технічного результату запропоновано два варіанта конструкції змішувача. - В першому варіанті запропоновано змішувач реактора для проведення хімічних процесів, який має корпус з патрубками вводу і виводу реагентів, який відрізняється тим, що корпус має, принаймні, дві послідовно ю з'єднані співосні завихруючі камери, кожна із яких має тангенціальний вхідний і осьовий вихідний патрубки, "М причому тангенціальні вхідні патрубки камер розміщені таким чином, щоб напрям обертання тангенціальних потоків в усіх камерах був однаковим, а осьовий вихідний патрубок кожної попередньої камери введено в циліндричний корпус наступної камери таким чином, що його зріз розміщено в напрямі руху реагентів після в Вхідного отвору тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери. (Ф, На торці вихідного патрубка останньої камери може бути установлено лопатковий розвихрувач для більш ка інтенсивного диспергування реагентів і перемішування реакційної суміші після її виходу із змішувача в реактор. Переважним являється, щоб змішувач мав завихруючі камери з поступово зростаючим в напрямі руху бо реагентів діаметром. Число завихруючих камер в змішувачі зумовлюється кількістю потоків, які повинні бути введені в реактор. При використанні змішувача для реактора одержання сечовини він має три завихруючі камери.The technical result that can be obtained when using both variants of the invention is an increase in the degree of dispersion of reagents in the reactor after their exit from the mixer with minimal dispersion in the mixer itself. o In order to achieve the specified technical result, two variants of the design of the mixer are proposed. - In the first version, a reactor mixer for chemical processes is proposed, which has a body with inlet and outlet nozzles for reagents, which is characterized by the fact that the body has at least two serially connected coaxial swirling chambers, each of which has a tangential inlet and an axial outlet nozzle, "M and the tangential inlet nozzles of the chambers are placed in such a way that the direction of rotation of the tangential flows in all chambers is the same, and the axial outlet nozzle of each previous chamber is inserted into the cylindrical body of the next chamber in such a way that its section is placed in the direction of movement of the reagents after in the inlet of the tangential inlet nozzle and does not reach the cut of the axial outlet nozzle of the next chamber. (F, At the end of the outlet nozzle of the last chamber, a vane stirrer can be installed for more intensive dispersion of reagents and mixing of the reaction mixture after it exits the mixer into the reactor. It is preferable , so that the mixer has into swirling chambers with a gradually increasing diameter in the direction of movement of the reagents. The number of swirling chambers in the mixer is determined by the number of flows that must be introduced into the reactor. When using a mixer for a urea production reactor, it has three swirling chambers.
В другому варіанті запропоновано змішувач реактора для проведення хімічних процесів, який має коаксіальну трубу для вводу реагенту і корпус з патрубками вводу і виводу реагентів, причому коаксіальна 65 труба введена в корпус, який відрізняється тим, що вихідний кінець коаксіальної труби обладнано лопатковим завихрувачем, корпус містить завихруючу камеру з тангенціальним вхідним і осьовим вихідним патрубками,In the second version, a reactor mixer is proposed for conducting chemical processes, which has a coaxial pipe for introducing a reagent and a housing with nozzles for input and output of reagents, and the coaxial 65 pipe is inserted into the housing, which is characterized by the fact that the outlet end of the coaxial pipe is equipped with a vane swirler, the housing contains swirling chamber with tangential inlet and axial outlet nozzles,
коаксіальна труба введена в циліндричний корпус завихруючої камери таким чином, що її вихідний кінець розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери, тангенціальний вхідний патрубок завихруючої камери розміщено таким чином, щоб напрям обертання потоків був однаковим.the coaxial pipe is inserted into the cylindrical body of the swirling chamber in such a way that its outlet end is placed in the direction of movement of the reagents after the inlet of the tangential inlet nozzle and does not reach the cut of the axial outlet nozzle of the next chamber, the tangential inlet nozzle of the swirling chamber is placed in such a way that the direction of rotation of the flows is the same
При наявності двох або більше рідких або газоподібних реагентів змішувач може додатково мати, принаймні, одну послідовно з'єднану співосну завихруючу камеру з тангенціальним вхідним і осьовим вихідним патрубками, причому тангенціальні вхідні патрубки камер розміщені таким чином, щоб напрям обертання тангенціальних потоків в усіх камерах був однаковим, а осьовий вихідний патрубок кожної попередньої камери введено в 70 циліндричний корпус наступної камери таким чином, що його зріз розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери.In the presence of two or more liquid or gaseous reagents, the mixer may additionally have at least one serially connected coaxial swirling chamber with tangential inlet and axial outlet nozzles, and the tangential inlet nozzles of the chambers are placed in such a way that the direction of rotation of the tangential flows in all chambers is the same, and the axial outlet nozzle of each previous chamber is inserted into the 70 cylindrical body of the next chamber in such a way that its section is placed in the direction of reagent movement after the inlet opening of the tangential inlet nozzle and does not reach the section of the axial outlet nozzle of the next chamber.
На торці вихідного патрубка останньої камери може бути установлено лопатковий розвихрувач для більш інтенсивного диспергування реагентів і перемішування реакційної суміші після її виходу із змішувача в /5 реактор. Переважним являється, щоб змішувач мав завихруючі камери з поступово зростаючим в напрямі руху реагентів діаметром. Число завихруючих камер в змішувачі зумовлюється кількістю потоків, які повинні бути введені в реактор. При використанні змішувача для реактора одержання сечовини він має дві завихруючі камери.A vane stirrer can be installed on the end of the outlet pipe of the last chamber for more intensive dispersion of reagents and mixing of the reaction mixture after it leaves the mixer in the /5 reactor. It is preferable for the mixer to have swirling chambers with a diameter gradually increasing in the direction of movement of the reagents. The number of swirling chambers in the mixer is determined by the number of flows that must be introduced into the reactor. When using a mixer for a urea production reactor, it has two swirling chambers.
Підвищення ступені диспергування реагентів при виході їх із змішувача в обох варіантах досягається за 2о рахунок створення руху реагентів в змішувачі в виді багатошарового потоку з концентричними крутячимися шарами відносно невеликої товщини. Такий рух реагентів в змішувачі в обох варіантах створюється шляхом сумісного вводу закручених в одному напрямі потоків реагентів. Запропоновані варіанти конструкції змішувача дозволяють здійснити такий ввід реагентів, а саме, в першому варіанті це досягається з'єднанням певним чином, принаймні, двох завихруючих камер, які мають тангенціальні вхідні патрубки, в другому варіанті - з'єднанням сч об певним чином коаксіальної труби, яка має лопатковий завихрувач на вихідному кінці, із, принаймні, одною завихруючою камерою, яка має тангенціальний вхідний патрубок. і)An increase in the degree of dispersion of reagents at their exit from the mixer in both versions is achieved by 2o due to the creation of the movement of reagents in the mixer in the form of a multilayer flow with concentric rotating layers of relatively small thickness. Such a movement of reagents in the mixer in both versions is created by the simultaneous introduction of flows of reagents twisted in one direction. The proposed variants of the mixer design allow such an introduction of reagents, namely, in the first variant, this is achieved by connecting in a certain way at least two swirling chambers that have tangential inlet nozzles, in the second variant, by connecting a coaxial pipe in a certain way, having a vane swirler at the outlet end, with at least one swirling chamber having a tangential inlet nozzle. and)
Зазначений характер руху потоку забезпечує невисоку ступінь взаємного диспергування шарів при їх руху в змішувачі і, разом з тим, інтенсивне взаємне диспергування і рівномірний розподіл реагентів при виході цього потоку в об'єм реактора. Завдяки цьому забезпечується підвищення ефективності диспергування реагентів в ї- зо реакторі при одночасному усуненню виділу тепла в змішувачі. В випадку використання запропонованих змішувачів в процесі одержання сечовини ця обставина приводить до зменшення ерозійно-корозійного зношення с змішувача. «-The specified nature of the flow movement ensures a low degree of mutual dispersion of layers during their movement in the mixer and, at the same time, intensive mutual dispersion and uniform distribution of reagents at the exit of this flow into the reactor volume. Thanks to this, an increase in the efficiency of the dispersion of reagents in the reactor is ensured, while simultaneously eliminating the release of heat in the mixer. In the case of using the proposed mixers in the process of obtaining urea, this circumstance leads to a decrease in erosive and corrosive wear of the mixer. "-
Змішувач може бути розміщений поза реактором і приєднаний до нього любим відомим способом, або установлений усередині реактора. оThe mixer can be placed outside the reactor and connected to it in any known manner, or installed inside the reactor. at
Технічною задачею, яка вирішується запропонованими варіантами конструкції газорідинного реактора, со являється підвищення ефективності проведення процесів в газорідинних реакторах з вверхсходячим однонаправленим рухом фаз.The technical problem, which is solved by the proposed variants of the gas-liquid reactor design, is to increase the efficiency of processes in gas-liquid reactors with upward unidirectional movement of phases.
Поставлена задача вирішується удосконаленням конструкції газорідинного реактора.The task is solved by improving the design of the gas-liquid reactor.
Технічним результатом, який може бути одержаним при використанні обох варіантів винаходів, являється «The technical result that can be obtained when using both variants of the invention is "
Інтенсифікація змішування реагентів і підвищення ступіні диспергування газу, а також досягнення рівномірного з с розподілу швидкостей, розмірів бульбашок і газовмісту по січенню вверхсходячого газорідинного потоку.Intensification of the mixing of reagents and increasing the degree of gas dispersion, as well as achieving a uniform distribution of velocities, bubble sizes, and gas content along the cross section of the ascending gas-liquid flow.
Для досягнення указаного технічного результату запропоновано два варіанта конструкції газорідинного ;» реактора.To achieve the specified technical result, two variants of the gas-liquid design are proposed;" reactor
В першому варіанті запропоновано газорідинний реактор, який має вертикальний корпус з патрубками вводу реагентів і виводу продуктів реакції і розміщений усередині корпуса змішувач, який містить завихруючу камеру о з тангенціальним вхідним патрубком, з'єднаним з патрубком вводу реагенту, і осьовим вихідним патрубком, направленим в сторону днища реактора, який відрізняється тим, що змішувач розміщено в нижній частині о реактора і містить, принаймні, дві послідовно з'єднані співосні завихруючі камери, причому тангенціальні - вхідні патрубки камер розміщені таким чином, щоб напрям обертання тангенціальних потоків в усіх камерах був 5р однаковим, а осьовий вихідний патрубок кожної попередньої камери введено в циліндричний корпус наступної ю камери таким чином, що його зріз розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору тангенціального "М вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери.In the first version, a gas-liquid reactor is proposed, which has a vertical housing with nozzles for the input of reagents and the output of reaction products, and a mixer placed inside the housing, which contains a swirling chamber o with a tangential inlet nozzle connected to the reagent inlet nozzle, and an axial outlet nozzle directed in side of the bottom of the reactor, which is distinguished by the fact that the mixer is located in the lower part of the reactor and contains at least two serially connected coaxial swirling chambers, and the tangential inlet nozzles of the chambers are placed in such a way that the direction of rotation of the tangential flows in all chambers is 5p the same, and the axial outlet nozzle of each previous chamber is inserted into the cylindrical body of the next chamber in such a way that its section is placed in the direction of reagent movement after the inlet opening of the tangential "M inlet nozzle and does not reach the section of the axial outlet nozzle of the next chamber.
Переважним являється, щоб змішувач мав завихруючі камери з поступово зростаючим в напрямі руху реагентів діаметром. Число завихруючих камер в змішувачі зумовлюється кількістю потоків, які повинні бути ов введені в реактор. При використанні змішувача для реактора одержання сечовини він має три завихруючі камери. (Ф, В другому варіанті запропоновано газорідинний реактор, який має вертикальний корпус з патрубками вводу ка реагентів і виводу продуктів реакції і розміщений усередині корпуса змішувач, який має коаксіальну трубу і завихруючу камеру з тангенціальним вхідним патрубком, з'єднаним з патрубком вводу першого реагенту, і бо осьовим вихідним патрубком, направленим в сторону днища реактора, причому коаксіальна труба введена в циліндричний корпус завихруючої камери, який відрізняється тим, що змішувач розміщено в нижній частині реактора, верхній кінець коаксіальної труби з'єднано з патрубком вводу другого реагенту, а нижній її кінець обладнано лопатковим завихрувачем, який розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери, 65 тангенціальний патрубок завихруючої камери розміщено таким чином, щоб напрям обертання потоків був однаковим.It is preferable for the mixer to have swirling chambers with a diameter gradually increasing in the direction of movement of the reagents. The number of swirling chambers in the mixer is determined by the number of streams that must be introduced into the reactor. When using a mixer for a urea production reactor, it has three swirling chambers. (F, In the second variant, a gas-liquid reactor is proposed, which has a vertical housing with nozzles for the introduction of reagents and the output of reaction products and a mixer placed inside the housing, which has a coaxial pipe and a swirling chamber with a tangential inlet nozzle connected to the nozzle for the introduction of the first reagent, and because the axial outlet pipe directed towards the bottom of the reactor, and the coaxial pipe is inserted into the cylindrical body of the swirling chamber, which differs in that the mixer is located in the lower part of the reactor, the upper end of the coaxial pipe is connected to the inlet pipe of the second reagent, and its lower the end is equipped with a vane swirler, which is placed in the direction of movement of the reagents after the inlet of the tangential inlet nozzle and does not reach the cut of the axial outlet nozzle of the next chamber, 65 tangential nozzle of the swirling chamber is placed in such a way that the direction of rotation of the flows is the same.
При наявності двох або більше рідких або газоподібних реагентів змішувач може додатково мати, принаймні, одну послідовно з'єднану співосну завихруючу камеру з тангенціальним вхідним і осьовим вихідним патрубками, причому тангенціальні вхідні патрубки камер розміщені таким чином, щоб напрям обертання потоків в усіх камерах був однаковим, а осьовий вихідний патрубок кожної попередньої камери введено в циліндричний корпус наступної камери таким чином, що його зріз розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери. Переважним являється, щоб змішувач мав завихруючі камери з поступово зростаючим в напрямі руху реагентів діаметром.In the presence of two or more liquid or gaseous reagents, the mixer may additionally have at least one serially connected coaxial swirling chamber with tangential inlet and axial outlet nozzles, and the tangential inlet nozzles of the chambers are placed in such a way that the direction of rotation of the flows in all chambers is the same , and the axial outlet nozzle of each previous chamber is inserted into the cylindrical body of the next chamber in such a way that its section is placed in the direction of reagent movement after the inlet opening of the tangential inlet nozzle and does not reach the section of the axial outlet nozzle of the next chamber. It is preferable for the mixer to have swirling chambers with a diameter gradually increasing in the direction of movement of the reagents.
Число завихруючих камер в змішувачі зумовлюється кількістю потоків, які повинні бути введені в реактор. При 7/0 Використанні змішувача для реактора одержання сечовини він має дві завихруючі камери.The number of swirling chambers in the mixer is determined by the number of flows that must be introduced into the reactor. At 7/0 Using the mixer for the urea production reactor, it has two swirling chambers.
Таким чином, використання в газорідинному реакторі запропонованих варіантів конструкції змішувача дозволяє одержати необхідний технічний результат.Thus, the use of the proposed design variants of the mixer in the gas-liquid reactor allows obtaining the required technical result.
Розміщення змішувача в нижній частині реактора вилучає утворення застійної придонної зони і викликає додаткову турбулізацію потоку при зміні напряму руху течії, забезпечуючи тим самим додаткове диспергування /5 газової фази.Placing the mixer in the lower part of the reactor removes the formation of a stagnant bottom zone and causes additional turbulence of the flow when the direction of flow changes, thereby providing additional dispersion /5 of the gas phase.
Переважним являється розміщення змішувача в реакторі таким чином, щоб осьова відстань від зрізу осьового вихідного патрубка останньої завихруючої камери до днища складала 0,2:0,5 діаметра корпуса реактора. Це забезпечує оптимальне поєднання інтенсивного диспергування газу з рівномірним розсівом турбулентної течії, в результаті чого в реакторі формується вверхсходячий газорідинний потік, дисперсність якого достатньо висока і однорідна по січенню.It is preferable to place the mixer in the reactor in such a way that the axial distance from the cut of the axial outlet nozzle of the last swirling chamber to the bottom is 0.2:0.5 of the diameter of the reactor body. This provides an optimal combination of intensive gas dispersion with uniform dispersion of the turbulent flow, as a result of which an upward gas-liquid flow is formed in the reactor, the dispersion of which is sufficiently high and uniform in cross-section.
Суть винаходів ілюструється доданими Фіг.1-6, на яких схематично відображено конкретне втілення запропонованих конструкцій змішувача і газорідинного реактора. Змішувачі (Фіг.1-4) призначені для вертикальної установки і приєднання до нижньої частини реактора, так що рух реагентів здійснюється знизу вверх. На Фіг.1 відображено в розрізі загальний вигляд змішувача по першому варіанту, на Фіг.2 - його вид сThe essence of the inventions is illustrated by the attached Figs. 1-6, which schematically show a specific embodiment of the proposed mixer and gas-liquid reactor designs. Mixers (Fig. 1-4) are intended for vertical installation and connection to the lower part of the reactor, so that the movement of reagents is carried out from the bottom up. In Fig. 1, the general view of the mixer according to the first variant is shown in section, in Fig. 2 - its view with
Знизу, на Фіг.3 - поперечне січення розвихрувача, на Фіг.4 - в розрізі загальний вигляд змішувача по другому варіанту. На Фіг.5 відображено в повздовжньому і поперечному розрізі газорідинний реактор по першому о варіанту з вводом одного газового та двох рідинних потоків, на Фіг.б - реактор по другому варіанту з вводом одного газового та двох рідинних потоків.From below, in Fig. 3 - a cross-section of the stirrer, in Fig. 4 - in section the general view of the mixer according to the second option. Fig. 5 shows a longitudinal and cross-section of a gas-liquid reactor according to the first option with the introduction of one gas and two liquid streams, and Fig. b shows a reactor according to the second option with the introduction of one gas and two liquid streams.
Змішувач по першому варіанту (Фіг.1) має корпус, що складається з трьох послідовно з'єднаних співосних ча завихруючих камер 1, 2, З з поступово зростаючим в напрямі руху реагентів діаметром. Камери 1, 2, З мають тангенціальні вхідні патрубки 4, 5, б для вводу реагентів і осьові вихідні патрубки 7, 8, 9. Тангенціальні с вхідні патрубки камер розміщені таким чином, щоб напрям обертання тангенціальних потоків в усіх камерах був «-- однаковим (Фіг.2). Осьовий вихідний патрубок кожної попередньої камери введено в циліндричний корпус наступної камери таким чином, що його зріз розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору -The mixer according to the first variant (Fig. 1) has a body consisting of three sequentially connected coaxial and swirling chambers 1, 2, Z with a diameter that gradually increases in the direction of movement of the reagents. Chambers 1, 2, C have tangential inlet nozzles 4, 5, b for the introduction of reagents and axial outlet nozzles 7, 8, 9. (Fig. 2). The axial outlet pipe of each previous chamber is inserted into the cylindrical body of the next chamber in such a way that its section is placed in the direction of movement of reagents after the inlet opening -
Зз5 тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери. На Ге) вихідному патрубку 9 розміщено лопатковий розвихрувач 10. Змішувач приєднано до нижньої частини реактора 11.Зз5 of the tangential inlet nozzle and does not reach the cut of the axial outlet nozzle of the next chamber. A vane stirrer 10 is placed on the outlet nozzle 9. The mixer is attached to the lower part of the reactor 11.
При використанні змішувача для одержання сечовини він працює слідуючим чином. Газоподібний двоокис вуглецю вводять в камеру 1 через тангенціальний вхідний патрубок 4. Одержавши за рахунок тангенціального « вводу закручений рух, потік поступає через вихідний патрубок 7 в осьову зону камери 2. Через тангенціальний с вхідний патрубок 5 в камеру 2 подають рідкий аміак Одержуючи закручений рух, аміак разом с двоокисом й вуглецю поступає через вихідний патрубок 8 в осьову зону камери 3. Розчин ВАС вводять в камеру З через «» тангенціальний вхідний патрубок 6, і потік розчину набуває закручений рух.When using a mixer to obtain urea, it works as follows. Gaseous carbon dioxide is introduced into chamber 1 through the tangential inlet nozzle 4. Having received a swirling motion due to the tangential inlet, the flow enters through the outlet nozzle 7 into the axial zone of chamber 2. Through the tangential inlet nozzle 5, liquid ammonia is fed into chamber 2. Obtaining a swirling motion, ammonia, together with carbon dioxide and carbon dioxide, flows through outlet nozzle 8 into the axial zone of chamber 3. BAS solution is introduced into chamber C through "" tangential inlet nozzle 6, and the flow of the solution acquires a swirling motion.
Таким чином, ввід реагентів в змішувач відбувається поступово від найменш вагомого (двоокис вуглецю) до найбільш вагомого (розчин ВАС). В результаті у вихідному патрубку 9 формується трьохшаровий вверхсходячий о закручений потік, в якому за рахунок відцентрових сил реагенти розподіляються по питомий вазі: через осьову зону рухається двоокис вуглецю, Через периферійну пристінну зону - розчин ВАС, а через проміжну кільцеву о зону - рідкий аміак. Це мінімізує диспергування фаз у змішувачі. - При виході закрученого потоку в об'єм реактора відбувається інтенсивне диспергування фаз і перемішування реакційної суміші. Проходження закрученого потоку через прорізі лопаткового розвихрувача 10 і удар об його де лопатки, які відігнуті назустріч обертанню, посилює ефект диспергування і перемішування. В результаті в "І нижній частині реактора 11 формується вверхсходячий газорідинний потік з дрібнодисперсною бульбашковою структурою. Утворення такої структури потоку не забезпечується при течійному осьовому вводу реагентів.Thus, the reagents are introduced into the mixer gradually from the least weighted (carbon dioxide) to the heaviest (VAS solution). As a result, a three-layer upward spiral flow is formed in the outlet nozzle 9, in which the reactants are distributed according to specific gravity due to centrifugal forces: carbon dioxide moves through the axial zone, VAS solution moves through the peripheral wall zone, and liquid ammonia moves through the intermediate ring zone. This minimizes the dispersion of phases in the mixer. - Intensive dispersion of phases and mixing of the reaction mixture occurs when the swirling flow exits the reactor volume. The passage of the swirling flow through the slots of the vane stirrer 10 and hitting its blades, which are bent towards the rotation, increases the effect of dispersion and mixing. As a result, an upward gas-liquid flow with a fine-dispersed bubble structure is formed in the lower part of reactor 11. The formation of such a flow structure is not ensured by the current axial input of reagents.
Змішувач по другому варіанту (Фіг.4) має коаксіальну трубу 1 для вводу реагенту, вихідний кінець якої має лопатковий завихрувач 2, і корпус, що складається з двох поступово з'єднаних співосних завихруючих камер 3, 4 з послідовно зростаючим в напрямі руху реагентів діаметром. Коаксіальна труба 1 введена в циліндричний іФ) корпус завихруючої камери З таким чином, що її вихідний кінець розміщено в напрямі руху реагентів після ко вхідного отвору тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка камери 3.The mixer according to the second variant (Fig. 4) has a coaxial pipe 1 for the introduction of the reagent, the outlet end of which has a paddle swirler 2, and a body consisting of two gradually connected coaxial swirling chambers 3, 4 with a diameter that increases sequentially in the direction of movement of the reagents . The coaxial pipe 1 is inserted into the cylindrical iF) body of the swirling chamber Z in such a way that its outlet end is placed in the direction of the reactants' movement after the inlet opening of the tangential inlet nozzle and does not reach the cut of the axial outlet nozzle of the chamber 3.
Камери 3,4 мають тангенціальні вхідні патрубки 5, б для вводу реагентів і осьові вихідні патрубки 7,8. бо Тангенціальні вхідні патрубки камер розміщені таким чином, щоб напрям обертання тангенціальних потоків в усіх камерах був однаковим. Осьовий вихідний патрубок попередньої камери введено в циліндричний корпус наступної камери таким чином, що його зріз розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери. На вихідному патрубку 8 розміщено лопатковий розвихрувач 9. Змішувач приєднано до нижньої частини реактора б 10.Chambers 3, 4 have tangential inlet nozzles 5, b for the introduction of reagents and axial outlet nozzles 7, 8. because the tangential inlet nozzles of the chambers are placed in such a way that the direction of rotation of the tangential flows in all chambers is the same. The axial outlet of the previous chamber is inserted into the cylindrical body of the next chamber in such a way that its section is placed in the direction of the reactants after the inlet of the tangential inlet and does not reach the section of the axial outlet of the next chamber. A vane stirrer 9 is placed on the outlet nozzle 8. The mixer is attached to the lower part of the reactor b 10.
При використанні для одержання сечовини цей змішувач працює аналогічно змішувачу, який відображено наWhen used to produce urea, this mixer works similarly to the mixer shown in Fig
Фіг.1, з тією різницею, що газоподібний двоокис вуглецю вводять в коаксіальну трубу 1. Потік газоподібного реагенту, проходячи через завихрувач 2, закручується і поступає в осьову зону камери 3. Дальніша робота аналогічна роботі змішувача, відображеного на Фіг.1. Через тангенціальний вхідний патрубок 5 в камеру З подають рідкий аміак. Набуваючи закручений рух, аміак разом с двоокисом вуглецю поступає через вихідний патрубок 7 в осьову зону камери 4. Розчин ВАС вводять в камеру 4 через тангенціальний вхідний патрубок 6, і він набуває закручений рух. В результаті у вихідному патрубку 8 формується вверхсходячий закручений потік, структура якого аналогічна потоку, який утворюється при роботі змішувача по першому варіанту.Fig. 1, with the difference that gaseous carbon dioxide is introduced into the coaxial pipe 1. The flow of the gaseous reagent, passing through the swirler 2, swirls and enters the axial zone of the chamber 3. Further work is similar to the work of the mixer shown in Fig. 1. Through the tangential inlet pipe 5, liquid ammonia is fed into the chamber C. Acquiring a swirling motion, ammonia, together with carbon dioxide, flows through the outlet nozzle 7 into the axial zone of the chamber 4. The BAC solution is introduced into the chamber 4 through the tangential inlet nozzle 6, and it acquires a swirling motion. As a result, an upward swirling flow is formed in the output nozzle 8, the structure of which is similar to the flow that is formed during the operation of the mixer according to the first option.
Таким чином, завдяки запропонованим варіантам конструкції змішувача значно підвищується ефективність 7/0 диспергування реагентів при вході реакційної суміші в реактор; при цьому вперше вирішена задача вилучення інтенсивного диспергування реагентів усередині змішувача, що усуває виділення тепла при змішуванні реагентів, а у випадку одержання сечовини також зменшує ерозійно-корозійне зношення змішувача.Thus, thanks to the proposed variants of the mixer design, the efficiency of 7/0 dispersion of reagents at the entrance of the reaction mixture into the reactor is significantly increased; at the same time, for the first time, the problem of extracting intensive dispersion of reagents inside the mixer was solved, which eliminates the release of heat during mixing of reagents, and in the case of obtaining urea, it also reduces erosive and corrosive wear of the mixer.
Газорідинний реактор по першому варіанту (Фіг.5) має вертикальний корпус 1 з патрубками вводу рідких 2, З і газоподібного 4 реагентів, патрубком виводу продуктів реакції 5, а також змішувач, розміщений усередині /5 Корпуса в нижній частині реактора. Змішувач складається із трьох послідовно з'єднаних співосних завихруючих камер 6, 7, 8 з поступово зростаючим в напрямі руху реагентів діаметром. Камери 6, 7, 8 мають тангенціальні вхідні патрубки, які з'єднані з патрубками вводу реагентів, і осьові вихідні патрубки 9, 10, 11, які направлені в сторону днища реактора. Тангенціальні вхідні патрубки вводу реагентів в камери розміщені таким чином, щоб напрям обертання тангенціальних потоків в усіх камерах був однаковим. Осьовий вихідний патрубокThe gas-liquid reactor according to the first variant (Fig. 5) has a vertical housing 1 with nozzles for the input of liquid 2, C and gaseous 4 reagents, a nozzle for the output of reaction products 5, as well as a mixer located inside /5 of the housing in the lower part of the reactor. The mixer consists of three consecutively connected coaxial swirling chambers 6, 7, 8 with a diameter gradually increasing in the direction of movement of the reagents. Chambers 6, 7, 8 have tangential inlet nozzles, which are connected to reagent inlet nozzles, and axial outlet nozzles 9, 10, 11, which are directed towards the bottom of the reactor. The tangential inlet nozzles for the introduction of reagents into the chambers are placed in such a way that the direction of rotation of the tangential flows in all chambers is the same. Axial outlet nozzle
Кожної попередньої камери введено в циліндричний корпус наступної камери таким чином, що його зріз розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери.Each previous chamber is inserted into the cylindrical body of the next chamber in such a way that its section is placed in the direction of reagent movement after the inlet opening of the tangential inlet pipe and does not reach the section of the axial outlet pipe of the next chamber.
В випадку, коли реактор використовують для одержання сечовини, він працює слідуючим чином.In the case when the reactor is used to obtain urea, it works as follows.
Газоподібний двоокис вуглецю із патрубка 4 через тангенціальний вхід вводять в камеру 6. Набуваючи за сч 2г5 рахунок тангенціального вводу закручений рух, потік поступає через осьовий вихідний патрубок 9 в осьову зону камери 7. Рідкий аміак подають із патрубка З через тангенціальний вхід в камеру 7, де він набуває інтенсивний і) обертовий рух. В результаті однонаправленого обертання рідкого і газоподібного реагентів в камері 7 формується структурований закручений потік. Цей потік через осьовий вихідний патрубок 10 поступає в камеру 8, де до нього приєднується закручений потік розчину ВАС, який поступає із патрубка 2 через тангенціальний М зо Вхід. В результаті сумісного однонаправленого обертання одного газоподібного і двох рідких реагентів формується структурований закручений потік, в якому за рахунок відцентрових сил реагенти розподіляються по с вагомості: через осьову зону рухається двоокис вуглецю, через периферійну пристінну зону - розчин ВАС, а «- через проміжну кільцеву зону -- рідкий аміак.Gaseous carbon dioxide from nozzle 4 is introduced into chamber 6 through the tangential inlet. Acquiring a swirling motion due to the tangential inlet due to ch 2g5, the flow flows through the axial outlet nozzle 9 into the axial zone of chamber 7. Liquid ammonia is fed from nozzle C through the tangential inlet to chamber 7. where it acquires intense i) rotational motion. As a result of unidirectional rotation of liquid and gaseous reagents in chamber 7, a structured swirling flow is formed. This flow through the axial outlet nozzle 10 enters the chamber 8, where it is joined by a swirling flow of the VAS solution, which comes from the nozzle 2 through the tangential M zo Inlet. As a result of the simultaneous unidirectional rotation of one gaseous and two liquid reactants, a structured swirling flow is formed, in which, due to centrifugal forces, the reactants are distributed according to their weight: carbon dioxide moves through the axial zone, VAS solution moves through the peripheral wall zone, and "- through the intermediate annular zone -- liquid ammonia.
При виході із осьового вихідного патрубка 11 внаслідок утрати гідродинамічної стійкості закрученого о з5 потоку виникає інтенсивне турбулентне диспергування газоподібного реагенту та змішування фаз. Бульбашки со газу, утворені при розпаді закрученої течії, розлітаються під різними кутами, рівномірно заповнюючи січення реактора, включаючи області, безпосередньо прилягаючі до днища. В поперечному січенні реактора, починаючи від самого дна, формується однорідний вверхсходячий газорідинний потік з дрібнодисперсною бульбашковою структурою. При цьому вилучається утворення периферійних застійних зон, не заповнених диспергованим газом, « | не диспергованих газових цівок. Продукти реакції виводяться із реактора через патрубок 5. з с Реактор по другому варіанту (фіг. б) має вертикальний корпус 1 з патрубками вводу рідких 2, З і . газоподібного 4 реагентів, патрубком виводу продуктів реакції 5, і змішувач, розміщений усередині корпуса в и?» нижній частині реактора. Змішувач складається із коаксіальної труби 6 і двох послідовно з'єднаних співосних завихруючих камер - основної камери 7 і додаткової камери 8, з поступово зростаючим в напрямі руху реагентів діаметром. Камери 7 і 8 мають тангенціальні вхідні патрубки, з'єднані з патрубками вводу реагентів, і осьовіAt the exit from the axial outlet nozzle 11, due to the loss of hydrodynamic stability of the flow twisted about c5, intense turbulent dispersion of the gaseous reagent and mixing of phases occurs. Bubbles of CO gas, formed during the breakup of the swirling flow, fly away at different angles, evenly filling the cross-section of the reactor, including the areas directly adjacent to the bottom. In the cross-section of the reactor, starting from the very bottom, a homogeneous upward gas-liquid flow with a finely dispersed bubble structure is formed. At the same time, the formation of peripheral stagnant zones that are not filled with dispersed gas is removed, «| non-dispersed gas streams. The reaction products are removed from the reactor through the nozzle 5. The reactor according to the second variant (Fig. b) has a vertical body 1 with liquid inlet nozzles 2, 3 and . of gaseous 4 reagents, a nozzle for the output of reaction products 5, and a mixer placed inside the housing in the lower part of the reactor. The mixer consists of a coaxial pipe 6 and two sequentially connected coaxial swirling chambers - the main chamber 7 and an additional chamber 8, with a diameter gradually increasing in the direction of movement of the reagents. Chambers 7 and 8 have tangential inlet nozzles connected to reagent inlet nozzles, and axial
Го! вихідні патрубки 9 і 10, які направлені в сторону днища реактора. Тангенціальні вхідні патрубки вводу реагентів в камери розміщені таким чином, щоб напрям обертання тангенціальних потоків в усіх камерах був о однаковим. Осьовий вихідний патрубок кожної попередньої камери введено в циліндричний корпус наступної - камери таким чином, що його зріз розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору тангенціального 5ор ВхХідного патрубка і не досягає зрізу осьового вихідного патрубка наступної камери. Коаксіальна труба введена ю в циліндричний корпус завихруючої камери 7, верхній кінець коаксіальної труби з'єднано з патрубком вводу "М другого реагенту, а нижній її кінець обладнано лопатковим завихрувачем 11 і розміщено в напрямі руху реагентів після вхідного отвору тангенціального вхідного патрубка і не досягає зрізу вихідного осьового патрубка камери 7.Go! outlet nozzles 9 and 10, which are directed towards the bottom of the reactor. The tangential inlet nozzles for the introduction of reagents into the chambers are placed in such a way that the direction of rotation of the tangential flows in all chambers is about the same. The axial output nozzle of each previous chamber is inserted into the cylindrical body of the next chamber in such a way that its section is placed in the direction of movement of the reagents after the inlet opening of the tangential inlet and outlet nozzle and does not reach the section of the axial outlet nozzle of the next chamber. The coaxial pipe is inserted into the cylindrical body of the swirling chamber 7, the upper end of the coaxial pipe is connected to the inlet nozzle "M" of the second reagent, and its lower end is equipped with a vane swirler 11 and is placed in the direction of movement of the reagents after the inlet of the tangential inlet nozzle and does not reach the cut of the exit axial branch of the camera 7.
Реактор працює аналогічно реактору, відображеному на Фіг.5, з тією різницею, що, в випадку, коли він являється реактором одержання сечовини, газоподібний двоокис вуглецю вводять Через патрубок вводуThe reactor operates similarly to the reactor shown in Fig. 5, with the difference that, in the case where it is a reactor for the production of urea, gaseous carbon dioxide is introduced through the inlet
Ф) газоподібного реагенту 4 і коаксіальну трубу 6 в завихруючу камеру 7, потік двоокису вуглецю закручується при ка проходженні через завихрувач 11 і утворює разом з закрученим потоком рідкого аміаку, який поступає із патрубка З через тангенціальний вхід в камеру 7, структурований закручений потік. Цей потік поступає в камеру бо 8, де до нього приєднується закручений потік розчину ВАС, який поступає із патрубка 2 через тангенціальний вхід. В результаті сумісного однонаправленого обертання одного газоподібного і двох рідких потоків формується структурований закручений потік, дальніший рух якого аналогічний наведеному вище.F) of the gaseous reagent 4 and the coaxial pipe 6 into the swirling chamber 7, the flow of carbon dioxide is swirled while passing through the swirler 11 and forms, together with the swirling flow of liquid ammonia, which comes from the nozzle C through the tangential entrance to the chamber 7, a structured swirling flow. This flow enters the chamber bo 8, where it is joined by the swirling flow of the BAS solution, which comes from the nozzle 2 through the tangential inlet. As a result of the simultaneous unidirectional rotation of one gaseous and two liquid flows, a structured swirling flow is formed, the further movement of which is similar to the above.
Таким чином, запропоновані варіанти конструкції газорідинного реактора дозволяють підвищити інтенсивність змішування і диспергування реагентів. б5Thus, the proposed variants of the design of the gas-liquid reactor allow to increase the intensity of mixing and dispersion of reagents. b5
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20041109370A UA80127C2 (en) | 2004-11-15 | 2004-11-15 | Mixer (embodiments) and gas-liquid reactor (embodiments) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20041109370A UA80127C2 (en) | 2004-11-15 | 2004-11-15 | Mixer (embodiments) and gas-liquid reactor (embodiments) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA80127C2 true UA80127C2 (en) | 2007-08-27 |
Family
ID=38578833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA20041109370A UA80127C2 (en) | 2004-11-15 | 2004-11-15 | Mixer (embodiments) and gas-liquid reactor (embodiments) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA80127C2 (en) |
-
2004
- 2004-11-15 UA UA20041109370A patent/UA80127C2/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2012011844A1 (en) | Gas-liquid reactor (variant embodiments) | |
| CA1126724A (en) | Self-contained fluid jet-mixing apparatus and method therefor | |
| US3647357A (en) | Process for mixing gases, liquids or finely grained solids with a carrier gas and for the manufacture of reaction products | |
| EP2147715B1 (en) | Structure of in-line mixer | |
| GB2057287A (en) | Reaction vessel | |
| JPS6247574B2 (en) | ||
| RU180014U1 (en) | Jet mixer | |
| UA80127C2 (en) | Mixer (embodiments) and gas-liquid reactor (embodiments) | |
| RU2600998C1 (en) | Hydraulic jet mixer | |
| RU2385289C2 (en) | Reactor and method of secondary catalytic reforming | |
| RU2256495C1 (en) | Gas-liquid reactor (versions) | |
| RU2241531C1 (en) | Mixer | |
| RU2441698C1 (en) | Gas-liquid reactor (variants) | |
| SU1308370A1 (en) | Jet mixer-reactor | |
| RU2442643C1 (en) | The gas-liquid reactor (variants) | |
| RU2447932C2 (en) | Gas-fluid reactor (versions) | |
| RU100430U1 (en) | GAS-LIQUID REACTOR (OPTIONS) | |
| RU171985U1 (en) | FLOW INJECT MIXER | |
| RU2753756C1 (en) | Apparatus for conducting mass exchanging and reaction processes in single-phase and multi-phase media | |
| RU159236U1 (en) | HYDRAULIC HYDRAULIC MIXER | |
| SU1088779A1 (en) | Reactor for synthesis of carbamide | |
| RU107961U1 (en) | VORTEX STEP FOR CONTACT GAS COOLING | |
| US9233319B2 (en) | Apparatus and process for contacting liquids | |
| RU2143314C1 (en) | Gas-liquid reactor | |
| SU716575A1 (en) | Counter-flow vortex-type gas-liquid mixer |