WO2012011844A1 - Газожидкостный реактор (варианты) - Google Patents

Газожидкостный реактор (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2012011844A1
WO2012011844A1 PCT/RU2011/000525 RU2011000525W WO2012011844A1 WO 2012011844 A1 WO2012011844 A1 WO 2012011844A1 RU 2011000525 W RU2011000525 W RU 2011000525W WO 2012011844 A1 WO2012011844 A1 WO 2012011844A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pipe
mixer
gas
chamber
axial
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000525
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Андреевич СЕРГЕЕВ
Александр Андреевич ВОРОБЬЕВ
Ринат Венерович АНДЕРЖАНОВ
Александр Васильевич ЧИРКОВ
Юрий Александрович ГОЛОВИН
Алексей Владимирович СОЛДАТОВ
Александр Алексеевич ПРОКОПЬЕВ
Николай Михайлович КУЗНЕЦОВ
Олег Николаевич КОСТИН
Игорь Вениаминович ЕСИН
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектный Институт Карбамида И Продуктов Органического Синтеза" (Оао Ниик)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2010130727/05A external-priority patent/RU2441698C1/ru
Priority claimed from RU2010130972/05A external-priority patent/RU2447932C2/ru
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектный Институт Карбамида И Продуктов Органического Синтеза" (Оао Ниик) filed Critical Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектный Институт Карбамида И Продуктов Органического Синтеза" (Оао Ниик)
Priority to PL11809937T priority Critical patent/PL2596859T3/pl
Priority to EP11809937.3A priority patent/EP2596859B1/en
Priority to UAA201300214A priority patent/UA103581C2/ru
Priority to LTEP11809937.3T priority patent/LT2596859T/lt
Priority to RS20191694A priority patent/RS59777B1/sr
Publication of WO2012011844A1 publication Critical patent/WO2012011844A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
    • B01F23/23231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits being at least partially immersed in the liquid, e.g. in a closed circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/10—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components
    • B01F25/102—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components wherein the vortex is created by two or more jets introduced tangentially in separate mixing chambers or consecutively in the same mixing chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2455—Stationary reactors without moving elements inside provoking a loop type movement of the reactants
    • B01J19/246—Stationary reactors without moving elements inside provoking a loop type movement of the reactants internally, i.e. the mixture circulating inside the vessel such that the upward stream is separated physically from the downward stream(s)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/002—Nozzle-type elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B01J2219/00763—Baffles
    • B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
    • B01J2219/00768—Baffles attached to the reactor wall vertical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B01J2219/00763—Baffles
    • B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
    • B01J2219/00777—Baffles attached to the reactor wall horizontal

Definitions

  • the invention relates to the hardware design of chemical processes occurring in a gas-liquid medium, namely, to the design of a gas-liquid reactor with an ascending unidirectional phase motion.
  • a known gas-liquid reactor containing a vertical cylindrical body with two nozzles for introducing liquid reagents and a nozzle for introducing gaseous reagents located in the lower part of the reactor, a nozzle for withdrawing reaction products located in the upper part of the reactor, and a cap mixing device located above the nozzles for introducing reagents (SU 1088779 , 01 J 10/00, 19/00, 1984).
  • the starting reagents are introduced into the reactor by separate axial jet flows through three nozzles. Having passed the mixing device, the flows enter the reaction space as a mixture.
  • the disadvantage of this reactor design is the low intensity of the mixing of the reagents and the insufficient degree of dispersion of the gas in the lower part of the reactor due to the separate input of the reagents and poor turbulence of the stream at the outlet of the mixer.
  • a gas-liquid reactor containing a vertical cylindrical body with nozzles for introducing liquid and gaseous reagents, a nozzle for outputting reaction products and a nozzle for outputting exhaust gases, a distributor for supplying gaseous reagent located in the lower part of the reactor, a hollow conical surface mounted below the nozzle for outputting reaction products, facing the bottom of the reactor with an open base, a cyclone ejector with a tangential nozzle mounted under a conical surface, with union with one of the ports inletting of a liquid reactant nozzle directed toward the bottom reactor, and a coaxial pipe located inside the ejector, the upper end of the pipe connected to the volume of the hollow conical surface and its lower end located at the nozzle cut above the distribution device for supplying gaseous reagent (SU 1648544, B01J 19/00, V0Sh 53/18 , 1991).
  • This reactor design is characterized by an uneven distribution of gas in the liquid volume due to the separate input of reagents and design features
  • a gas-liquid reactor comprising a vertical housing with reactant inlet and reaction product outlets and a mixer located in the lower part of the housing, including a coaxial tube and a vortex chamber having a tangential inlet connected to the first reactant inlet and an axial outlet moreover, the axial outlet pipe is directed toward the bottom of the reactor, the coaxial pipe is introduced into the cylindrical body of the vortex chamber, and the upper end of the coaxial pipe is Inonii pipe with a second reagent.
  • a gas-liquid reactor comprising a vertical housing with nozzles for introducing reagents and outputting reaction products and a mixer located in the lower part of the housing, comprising at least two coaxial vortex chambers connected in series having tangential inlet nozzles connected to the reactant inlets, and axial outlet nozzles, wherein the axial outlet nozzle of each preceding chamber is introduced into the cylindrical body of the subsequent chamber, and the axial outlet nozzles, Lena towards the bottom of the reactor.
  • the known gas-liquid reactor in both versions provides a certain degree of dispersion of the reactants when they are mixed due to the movement of the reactants in the mixer in the form of a multilayer stream with concentric rotating layers of relatively small thickness and the subsequent exit of the stream into the reactor volume.
  • This kind of movement flow provides the desired low degree of mutual dispersion of the layers during their movement in the mixer and, at the same time, their certain mutual dispersion when this stream enters the reactor volume.
  • the problem to which the invention is directed is to improve the conditions of heat and mass transfer during the interaction of reagents.
  • a gas-liquid reactor comprising a vertical housing with nozzles for introducing reagents and outputting reaction products and a mixer located in the lower part of the housing, including a coaxial pipe and a vortex chamber having a tangential inlet pipe connected to the pipe input of the first reagent, and an axial outlet pipe, directed towards the bottom of the reactor, with the coaxial pipe inserted into the cylindrical body of the vortex chamber, the upper end of the coaxial pipe connected to the inlet of the second re Gent, characterized in that the axial output of the mixer a diffuser pipe, and a tangential inlet is tilted with respect to the housing of the mixer in the direction opposite to the outlet axial outlet.
  • the mixer may also contain at least one additional vortex chamber, coaxial with the first and connected in series with it, having a tangential inlet pipe and an axial outlet pipe, and the axial outlet pipe of each previous chamber is introduced into the cylindrical housing of the subsequent cameras.
  • the tangential inlet pipe of at least one additional chamber may be, as in the main chamber, inclined with respect to the mixer body in the direction opposite to the outlet of the axial outlet pipe.
  • the lower part of the reactor may include a screen located near the bottom of the reactor opposite the outlet of the mixer, and an additional screen placed concentrically to the wall of the reactor vessel in the zone of the mixer.
  • a gas-liquid reactor comprising a vertical housing with nozzles for introducing reagents and outputting reaction products and a mixer located in the lower part of the housing, which includes at least two series-connected coaxial vortex chambers having tangential inlet nozzles connected to the reactant inlets, and axial outlet pipes directed toward the bottom of the reactor, the axial outlet pipe of each previous chamber being introduced into the cylindrical body of the subsequent chamber, o Leach in that the axial output of the mixer a diffuser pipe, and at least one tangential inlet is tilted with respect to the housing of the mixer in the direction opposite to the outlet axial outlet.
  • the lower part of the reactor may contain a screen placed near the bottom of the reactor opposite the outlet of the mixer, and an additional screen placed concentrically to the wall of the reactor vessel in the zone of the mixer.
  • a gas-liquid reactor comprising a vertical housing with nozzles for introducing reagents and outputting reaction products and a mixer located in the lower part of the housing, including a coaxial tube and a vortex chamber having a tangential inlet pipe connected to the pipe input of the first reagent, and an axial outlet pipe, moreover, the coaxial pipe is introduced into the cylindrical body of the vortex chamber and connected to the input pipe of the second reagent, characterized in that the axial outlet pipe of the mixer upward, the tangential inlet pipe is inclined with respect to the mixer body to the side opposite to the outlet of the axial outlet pipe, and the reactor contains a cylindrical shell, concentric to the reactor body, covering the mixer and having a diameter in the range of (0.6-0.9) D, where D is the inner diameter of the housing.
  • the axial outlet pipe of the mixer can be equipped with a diffuser.
  • the mixer may contain at least one additional vortex chamber, coaxial with the first and connected in series with it, having a tangential inlet pipe and an axial outlet pipe, and the axial outlet pipe of each previous chamber is introduced into a cylindrical the body of the subsequent chamber.
  • the tangential inlet pipe of at least one additional chamber may be, as in the main chamber, inclined with respect to the mixer body in the direction opposite to the outlet of the axial outlet pipe.
  • a gas-liquid reactor comprising a vertical housing with nozzles for introducing reagents and outputting reaction products and a mixer located in the lower part of the housing, which includes at least two coaxial vortex chambers connected in series having tangential inlet nozzles connected to the reactant inlets, and axial outlet pipes, wherein the axial outlet pipe of each preceding chamber is introduced into the cylindrical housing of the subsequent chamber, characterized in that the axial outlet the nozzles are directed upwards, at least one tangential inlet pipe is inclined with respect to the mixer body in the direction opposite to the outlet of the axial outlet pipe, and the reactor contains a cylindrical shell, concentric to the reactor body, covering the mixer and having a diameter in the range of (0.6- 0.9) D, where D is the inner diameter of the housing.
  • the axial outlet pipe of the mixer can be equipped with a diffuser.
  • the technical result that can be obtained using the invention is to increase the intensity of dispersion of the interacting phases and the uniform distribution of the reactants in the formed two-phase stream.
  • this result is achieved due to the combination of the rotational movement of the flows in the vortex chambers in a steep spiral, due to the inclined arrangement of the tangential inlet pipes and the rapid expansion of the flow at the outlet of the mixer due to the action of the diffuser.
  • the result is achieved by combining the rotational movement of the flows in the vortex chambers in a steep spiral due to the inclined arrangement of the tangential inlet pipes and the interaction of the flow from the outlet pipe with gas-liquid mixture circulating between the spaces inside and outside the shell due to the difference in the density of the mixture in these spaces.
  • the rapid expansion of the flow at the outlet of the mixer due to the action of the diffuser increases the intensity of the dispersion of the phases.
  • the tangential inlet chambers of the chambers are preferably introduced into the cylindrical body of the subsequent chamber so that the pipe section (nozzle) is located along the reagents after the inlet of the tangential inlet pipe and did not reach the cut of the axial outlet pipe of the subsequent chamber.
  • the mixer contains vortex chambers with successively increasing diameter along the movement of the reactants.
  • FIG. 7 shows in longitudinal section the lower part of the gas-liquid reactor, which is a specific embodiment of the proposed design - in FIG. 1-3 according to the first embodiment, in FIG. 6 according to the second embodiment, in FIG. 4, 5 according to the third embodiment, in FIG. 7 according to the fourth embodiment.
  • a gas-liquid reactor includes a housing 1 and a mixer located in the lower part of the housing, consisting of a vortex chamber 2 and a coaxial pipe 3 connected to the supply pipe of the gaseous reactant 4.
  • the vortex chamber contains a tangential inlet pipe 5 inclined to the opposite side to the mixer body the outlet hole of the axial outlet pipe, preferably at an angle of 15-20 ° to the horizontal, and connected to the supply pipe of the liquid reagent 6, and the output axial pipe 7, facing the bottom of the reaction ora.
  • the lower end of the coaxial pipe 3 is located in the direction of movement of the reagents after the inlet of the tangential inlet pipe 5 and does not reach the cut of the output axial pipe 7.
  • the output axial pipe 7 is equipped with a diffuser 8.
  • the gas-liquid reactor of FIG. 2 differs from the reactor shown in FIG. 1, in that under the diffuser 8 near the bottom of the apparatus there is a protective screen 9, and on the cylindrical section of the lower part of the apparatus in the zone where the mixer is located concentric to the wall of the reactor vessel is a protective screen 10.
  • the liquid reagent from the pipe 6 through the tangential inlet 5 enters the vortex chamber 2, where it acquires an intense spiral swirling movement.
  • a gaseous reactant enters the vortex chamber 2.
  • a structured rotating stream is formed in the vortex chamber 2, in which, due to centrifugal forces, the reagents are distributed by density: a gaseous reagent moves through the axial zone of the outlet pipe 7, and a liquid reagent moves through the peripheral zone.
  • a protective screen 9 located under the outlet nozzle of the vortex mixer near the bottom of the apparatus, and a cylindrical screen 10, located on the cylindrical section of the lower part of the apparatus, prevent the gas-liquid flow coming from the mixer from contacting the material of the bottom and walls, thereby protecting them from wear which may occur in the case when the gas-liquid flow has significant corrosion activity.
  • the gas-liquid reactor includes a housing 1 and a mixer located in the lower part of the housing, consisting of the upper and lower vortex chambers 2, 11 and a coaxial pipe 3 connected to the supply pipe of the gaseous reactant 4.
  • the diameter of the vortex chamber 11 is larger than the diameter of the vortex chamber 2.
  • Vortex chambers 2 and 11 contain tangential inlet nozzles 5 and 12 inclined with respect to the mixer body in the direction opposite to the outlet openings of the axial outlet nozzles, preferably at an angle of 15-20 ° to the horizontal, and connected to the nozzles in two liquid reagents 6 and 13, and output axial nozzles 7 and 14, facing the bottom of the reactor.
  • the output axial pipe 14 is equipped with a diffuser 15.
  • the tangential inlet pipes 5 and 12 are located so that the direction of rotation of the flows in both chambers is the same.
  • the lower end of the coaxial pipe 3 is located along the reagents after the inlet of the tangential inlet 5 and does not reach the cut of the axial outlet 7.
  • the lower end of the output axial 7 is located along the reagents after the inlet of the tangential inlet 12 and does not reach the axial nozzle 14.
  • On the cylindrical section of the lower part of the apparatus there is a protective screen 10.
  • the reactor works ana logically to the reactors of FIG. 1, 2, with the difference that the outer layer of the second liquid reagent is attached to the structured rotating stream formed in the upper vortex chamber 2 in the lower vortex chamber 11, which rotates unidirectionally with the flow of the first liquid reagent.
  • the gas-liquid reactor includes a housing 1 and a mixer located in the lower part of the housing, consisting of a vortex chamber 2 and a coaxial pipe 3 connected to the supply pipe of the gaseous reactant 4.
  • the vortex chamber contains a tangential inlet pipe 5 inclined to the opposite side to the mixer body the outlet of the axial outlet pipe, preferably at an angle of 15-20 ° to the horizontal, and connected to the pipe for supplying a liquid reagent 6, and the output axial pipe 7 facing upward and provided with a diffuser 8.
  • the upper end of the coaxial pipe 3 is located along the reagents after the inlet of the tangential inlet pipe 5 and does not reach the cut of the output axial pipe 7.
  • the mixer is placed inside the cylindrical shell 16, coaxial to the housing 1 and having diameter in the range of (0.6-0.9) D, where D is the inner diameter of the housing.
  • the liquid reagent from the pipe 6 through the tangential inlet 5 enters the vortex chamber 2, where it acquires an intense spiral swirling movement.
  • a gaseous reactant enters the vortex chamber 2.
  • a structured rotating stream is formed in the vortex chamber 2, in which, due to centrifugal forces, the reagents are distributed by density: a gaseous reagent moves through the axial zone of the outlet pipe 7, and a liquid reagent moves through the peripheral zone.
  • the gas-liquid reactor includes a housing 1 and a mixer located in the lower part of the housing, consisting of the lower and upper vortex chambers 2, 11 and a coaxial pipe 3 connected to the inlet of the gaseous reactant 4.
  • the diameter of the vortex chamber 11 is larger than the diameter of the vortex chamber 2.
  • Vortex chambers 2 and 11 contain tangential input nozzles 5 and 12 inclined with respect to the mixer body in the direction opposite to the outlet openings of the axial outlet nozzles, preferably at an angle of 15-20 ° to the horizontal, and connected to the nozzles for supplying liquid reagents 6 and 13, and the outlet axial nozzles 7 and 14, facing up.
  • the output axial pipe 14 is equipped with a diffuser 15.
  • the tangential inlet pipes 5 and 12 are located so that the direction of rotation of the flows in both chambers is the same.
  • the upper end of the coaxial tube 3 is located along the reagents after the inlet of the tangential inlet 5 and does not reach the cut of the axial outlet 7.
  • the upper end of the output axial 7 is located along the reagents after the inlet of the tangential inlet 12 and does not reach the axial branch pipe 14.
  • the mixer is placed inside the cylindrical shell 16, coaxial to the housing 1 and having a diameter in the range of (0.6-0.9) D, where D is the inner diameter of the housing.
  • the reactor operates similarly to the reactor of FIG. 4, with the difference that the outer layer of the second liquid reagent is connected to the structured rotating stream formed in the lower vortex chamber 2 in the upper vortex chamber 11, which rotates unidirectionally with the flow of the first liquid reagent.
  • the gas-liquid reactor includes a housing 1 and a mixer located in the lower part of the housing, consisting of three vortex chambers 17, 2, 11.
  • the diameter of the vortex chamber 2 is larger than the diameter of the vortex chamber 17, and the diameter of the vortex chamber 11 is larger than the diameter of the vortex chamber 2.
  • Vortex chambers contain tangential inlet nozzles 18, 5, 12 inclined with respect to the mixer body in the direction opposite to the outlet openings of the axial outlet nozzles, preferably at an angle of 15-20 ° to the horizontal, and connected respectively to the gas supply nozzle the reagent 4 and nozzles for supplying liquid reagents 6 and 13, and the output axial nozzles 19, 7, 14, facing the bottom of the reactor.
  • the lower ends of the axial outlet pipes 19 and 7 are located along the reagents after the inlet holes of the tangential inlet pipes 5 and 12 and do not reach the sections of the axial outlet pipes 7 and 14 (respectively).
  • the output axial pipe 14 is provided with a diffuser 15. Under the diffuser 15 near the bottom of the apparatus there is a protective screen 9. On the cylindrical section of the lower part of the apparatus there is a protective screen 10.
  • the reactor operates similarly to the reactor shown in FIG. 3, with the difference that a structured rotating flow is formed in the vortex chambers 17, 2 and 11 as a result of unidirectional rotation of both two liquid reagents and gaseous.
  • the gas-liquid reactor includes a housing 1 and a mixer located in the lower part of the housing, consisting of three vortex chambers 17, 2, 11.
  • the diameter of the vortex chamber 2 is larger than the diameter of the vortex chamber 17, and the diameter of the vortex chamber 11 is larger than the diameter of the vortex chamber 2.
  • Vortex chambers contain tangential inlet nozzles 18, 5, 12 issued inclined with respect to the mixer body in the direction opposite to the outlet openings of the axial outlet nozzles, preferably at an angle of 15-20 ° to the horizontal, and connected respectively to the gas supply nozzle reagent 4 and nozzles for supplying liquid reagents 6 and 13, and output axial nozzles 19, 7, 14, facing up.
  • the upper ends of the output axial nozzles 19 and 7 are located along the movement of the reagents after the inlet holes of the tangential inlet nozzles 5 and 12 and do not reach the sections of the output axial nozzles 7 and 14 (respectively).
  • the output axial pipe 14 is equipped with a diffuser 15.
  • the mixer is placed inside the cylindrical shell 16, coaxial to the housing 1 and having a diameter in the range of (0.6-0.9) D, where D is the inner diameter of the housing.
  • the reactor operates similarly to the reactor of FIG. 5, with the difference that a structured rotating flow is formed in the vortex chambers 17, 2 and 11 as a result of unidirectional rotation of both two liquid reagents and gaseous.
  • the reactors shown in FIG. 1-7 can be used as carbamide synthesis reactors.
  • the gaseous reagent is carbon dioxide
  • the liquid reagents are ammonia and a water-ammonia solution of ammonium carbamate (a solution of carbon ammonium salts) or a mixture thereof.
  • the invention can be used in the chemical petrochemical and other industries, in particular, for the industrial production of urea.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Abstract

Изобретение относится к конструкции газожидкостного реактора с восходящим однонаправленным движением фаз и может быть использовано, в частности, для промышленного получения карбамида. Патрубки ввода реагентов в вертикальный проточный газожидкостный реактор соединены с входными патрубками размещенного в нижней части корпуса смесителя, осевой выходной патрубок которого направлен либо в сторону днища реактора, либо вверх, и снабжен диффузором. Смеситель состоит либо из коаксиальной трубы и одной или нескольких последовательно соединенных соосных вихревых камер с тангенциальными входными патрубками, либо только из двух или нескольких вихревых камер. Тангенциальные патрубки обеспечивают одинаковое направление вращения потоков во всех камерах. По крайней мере, один из тангенциальных патрубков наклонен в сторону, противоположную выходному отверстию осевого патрубка. Смеситель с выходным патрубком, направленным вверх, размещен внутри цилиндрической обечайки, концентричной корпусу реактора. Техническим результатом является увеличение интенсивности диспергирования взаимодействующих фаз и равномерности распределения реагентов в образованном двухфазном потоке.

Description

ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ РЕАКТОР (ВАРИАНТЫ)
Область техники
Изобретение относится к аппаратурному оформлению химических процессов, протекающих в газожидкостной среде, а именно к конструкции газожидкостного реактора с восходящим однонаправленным движением фаз.
Предшествующий уровень техники
Эффективное проведение процессов в колонных газожидкостных реакторах с восходящим однонаправленным движением фаз возможно только в условиях равномерного распределения скоростей, размеров пузырей и газосодержания по сечению восходящего газожидкостного потока. Указанное распределение зависит от конструктивных особенностей реактора.
Известен газожидкостный реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с двумя патрубками ввода жидких реагентов и патрубком ввода газообразного реагента, расположенными в нижней части реактора, патрубком вывода продуктов реакции, расположенным в верхней части реактора, и колпачковое смесительное устройство, расположенное над патрубками ввода реагентов (SU 1088779, В 01 J 10/00, 19/00, 1984). Исходные реагенты вводят в реактор раздельными струйно-осевыми потоками через три патрубка. Пройдя смесительное устройство, потоки поступают в реакционное пространство в виде смеси.
Недостатком данной конструкции реактора является низкая интенсивность смешения реагентов и недостаточная степень диспергирования газа в нижней части реактора вследствие раздельного ввода реагентов и слабой турбулизации потока на выходе из смесителя.
Известен также газожидкостный реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками ввода жидких и газообразного реагентов, патрубком вывода продуктов реакции и патрубком вывода отходящих газов, распределительное устройство для подачи газообразного реагента, расположенное в нижней части реактора, установленную ниже патрубка вывода продуктов реакции полую коническую поверхность, обращенную открытым основанием к днищу реактора, установленный под конической поверхностью циклонный эжектор с тангенциальным патрубком, соединенным с одним из патрубков ввода жидкого реагента, соплом, направленным в сторону днища реактора, и коаксиальной трубой, расположенной внутри эжектора, причем верхний конец трубы соединен с объемом полой конической поверхности, а нижний ее конец расположен на уровне среза сопла над распределительным устройством для подачи газообразного реагента (SU 1648544, B01J 19/00, В0Ш 53/18, 1991). Для данной конструкции реактора характерно неравномерное распределение газа в объеме жидкости из-за раздельного ввода реагентов и особенностей конструкции газораспределительного устройства.
Наиболее близкими по технической сущности к вариантам предложенного реактора являются варианты известного газожидкостного реактора (RU 2256495, В01 J 10/00, 2005).
Согласно одному из вариантов известен газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий коаксиальную трубу и вихревую камеру, имеющую тангенциальный входной патрубок, соединенный с патрубком ввода первого реагента, и осевой выходной патрубок, причем осевой выходной патрубок направлен в сторону днища реактора, коаксиальная труба введена в цилиндрический корпус вихревой камеры, и верхний конец коаксиальной трубы соединен с патрубком ввода второго реагента.
Согласно другому варианту известен газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий, по крайней мере, две последовательно соединенные соосные вихревые камеры, имеющие тангенциальные входные патрубки, соединенные с патрубками ввода реагентов, и осевые выходные патрубки, причем осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры, и осевые выходные патрубки, направлены в сторону днища реактора.
Известный газожидкостный реактор в обоих вариантах обеспечивает определенную степень диспергирования реагентов при их смешении благодаря движению реагентов в смесителе в виде многослойного потока с концентрическими вращающимися слоями относительно небольшой толщины и последующему выходу потока в объем реактора. Такой характер движения потока обеспечивает желательную невысокую степень взаимного диспергирования слоев при их движении в смесителе и, вместе с тем, их определенное взаимное диспергирование при выходе этого потока в объем реактора.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение условий тепло- и массопередачи при взаимодействии реагентов.
Для решения этой задачи предложены четыре варианта конструкции газожидкостного реактора.
В первом варианте предложен газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий коаксиальную трубу и вихревую камеру, имеющую тангенциальный входной патрубок, соединенный с патрубком ввода первого реагента, и осевой выходной патрубок, направленный в сторону днища реактора, причем коаксиальная труба введена в цилиндрический корпус вихревой камеры, верхний конец коаксиальной трубы соединен с патрубком ввода второго реагента, отличающийся тем, что осевой выходной патрубок смесителя снабжен диффузором, и тангенциальный входной патрубок наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка.
В зависимости от количества потоков взаимодействующих реагентов смеситель может также содержать, по крайней мере, одну дополнительную вихревую камеру, соосную первой и последовательно с ней соединенную, имеющую тангенциальный входной патрубок и осевой выходной патрубок, причем осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры. Тангенциальный входной патрубок, по крайней мере, одной дополнительной камеры может быть так же, как и в основной камере, наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка. Нижняя часть реактора может содержать экран, размещенный вблизи днища реактора напротив выходного патрубка смесителя, и дополнительный экран, размещенный концентрично стенке корпуса реактора в зоне расположения смесителя. Во втором варианте предложен газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий, по крайней мере, две последовательно соединенные соосные вихревые камеры, имеющие тангенциальные входные патрубки, соединенные с патрубками ввода реагентов, и осевые выходные патрубки, направленные в сторону днища реактора, причем осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры, отличающийся тем, что осевой выходной патрубок смесителя снабжен диффузором, и, по крайней мере, один тангенциальный входной патрубок наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка.
Нижняя часть реактора, как и в первом варианте, может содержать экран, размещенный вблизи днища реактора напротив выходного патрубка смесителя, и дополнительный экран, размещенный концентрично стенке корпуса реактора в зоне расположения смесителя.
В третьем варианте предложен газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий коаксиальную трубу и вихревую камеру, имеющую тангенциальный входной патрубок, соединенный с патрубком ввода первого реагента, и осевой выходной патрубок, причем коаксиальная труба введена в цилиндрический корпус вихревой камеры и соединена с патрубком ввода второго реагента, отличающийся тем, что осевой выходной патрубок смесителя направлен вверх, тангенциальный входной патрубок наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка, и реактор содержит цилиндрическую обечайку, концентричную корпусу реактора, охватывающую смеситель и имеющую диаметр в пределах (0,6-0,9)D, где D - внутренний диаметр корпуса.
Осевой выходной патрубок смесителя может быть снабжен диффузором. Смеситель может содержать, по крайней мере, одну дополнительную вихревую камеру, соосную первой и последовательно с ней соединенную, имеющую тангенциальный входной патрубок и осевой выходной патрубок, причем осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры. Тангенциальный входной патрубок, по крайней мере, одной дополнительной камеры может быть так же, как и в основной камере, наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка.
В четвертом варианте предложен газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий, по крайней мере, две последовательно соединенные соосные вихревые камеры, имеющие тангенциальные входные патрубки, соединенные с патрубками ввода реагентов, и осевые выходные патрубки, причем осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры, отличающийся тем, что осевые выходные патрубки направлены вверх, по крайней мере, один тангенциальный входной патрубок наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка, и реактор содержит цилиндрическую обечайку, концентричную корпусу реактора, охватывающую смеситель и имеющую диаметр в пределах (0,6-0,9)D, где D - внутренний диаметр корпуса. Осевой выходной патрубок смесителя может быть снабжен диффузором.
Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является увеличение интенсивности диспергирования взаимодействующих фаз и равномерности распределения реагентов в образованном двухфазном потоке. В первом и втором вариантах этот результат достигается благодаря сочетанию вращательного движения потоков в вихревых камерах по крутой спирали, обусловленного наклонным расположением тангенциальных входных патрубков, и быстрого расширения потока на выходе из смесителя благодаря действию диффузора. В третьем и четвертом вариантах, когда осевой выходной патрубок направлен вверх, и реактор содержит цилиндрическую обечайку, охватывающую смеситель, результат достигается благодаря сочетанию вращательного движения потоков в вихревых камерах по крутой спирали, обусловленного наклонным расположением тангенциальных входных патрубков, и взаимодействия потока из выходного патрубка с газожидкостной смесью, циркулирующей между пространствами внутри и снаружи обечайки за счет разности плотностей смеси в этих пространствах. В этих вариантах быстрое расширение потока на выходе из смесителя благодаря действию диффузора увеличивает интенсивность диспергирования фаз.
Во всех вариантах для улучшения качества диспергирования реагентов предпочтительно располагать тангенциальные входные патрубки камер таким образом, чтобы направление вращения потоков во всех камерах было одинаковым. Нижний (по первому варианту) или верхний (по третьему варианту) конец коаксиальной трубы и осевые выходные патрубки вихревых камер (по всем вариантам) предпочтительно вводить в цилиндрический корпус последующей камеры таким образом, чтобы срез трубы (патрубка) был расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка и не достигал среза выходного осевого патрубка последующей камеры. Предпочтительно также, чтобы смеситель содержал вихревые камеры с последовательно увеличивающимся по ходу движения реагентов диаметром. При использовании предложенного газожидкостного реактора в качестве реактора синтеза карбамида смеситель в первом и третьем вариантах может содержать одну или две вихревые камеры, а во втором и четвертом - две или три вихревые камеры.
Варианты осуществления изобретения
Сущность вариантов изобретения иллюстрируется приложенными фиг. 1-
7, на которых изображена в продольном разрезе нижняя часть газожидкостного реактора, являющегося конкретным воплощением предложенной конструкции - на фиг. 1-3 по первому варианту, на фиг. 6 по второму варианту, на фиг. 4, 5 по третьему варианту, на фиг. 7 по четвертому варианту.
В соответствии с фиг. 1 газожидкостный реактор включает корпус 1 и размещенный в нижней части корпуса смеситель, состоящий из вихревой камеры 2 и коаксиальной трубы 3, соединенной с патрубком подвода газообразного реагента 4. Вихревая камера содержит тангенциальный входной патрубок 5, наклоненный по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка, предпочтительно под углом 15-20° к горизонтали, и соединенный с патрубком подвода жидкого реагента 6, и выходной осевой патрубок 7, обращенный в сторону днища реактора. Нижний конец коаксиальной трубы 3 расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка 5 и не достигает среза выходного осевого патрубка 7. Выходной осевой патрубок 7 снабжен диффузором 8.
Газожидкостный реактор, изображенный на фиг. 2, отличается от реактора, изображенного на фиг. 1, тем, что под диффузором 8 вблизи днища аппарата расположен защитный экран 9, а на цилиндрическом участке нижней части аппарата в зоне расположения смесителя концентрично стенке корпуса реактора расположен защитный экран 10.
При работе реакторов, изображенных на фиг. 1, 2, жидкий реагент из патрубка 6 через тангенциальный ввод 5 поступает в вихревую камеру 2, где приобретает интенсивное спиральное закрученное движение. Из патрубка 4 и коаксиальной трубы 3 в вихревую камеру 2 поступает газообразный реагент. В результате спирального закрученного движения потока жидкого реагента в вихревой камере 2 формируется структурированный вращающийся поток, в котором за счет центробежных сил реагенты распределяются по плотности: через осевую зону выходного патрубка 7 движется газообразный реагент, через периферийную зону - жидкий реагент. При выходе из патрубка 7 в результате потери гидродинамической устойчивости закрученного потока происходит интенсивное турбулентное диспергирование газообразного реагента и смешение фаз, которое становится еще более интенсивным при наличии диффузора 8. За счет размещения смесителя вблизи днища происходит дополнительное диспергирование потока. Пузырьки газа, образовавшиеся при распаде закрученной струи, разлетаются под разными углами, равномерно заполняя сечение реактора, включая области, непосредственно прилегающие к днищу. В поперечном сечении реактора, начиная от самого дна, формируется однородный восходящий газожидкостный поток с мелкодисперсной пузырьковой структурой. При этом исключается образование периферийных застойных зон, не заполненных диспергированным газом, и не диспергированных газовых струй.
В реакторе, изображенном на фиг. 2, защитный экран 9, расположенный под выходным соплом вихревого смесителя вблизи днища аппарата, и экран цилиндрической формы 10, расположенный на цилиндрическом участке нижней части аппарата, препятствуют контакту газожидкостного потока, выходящего из смесителя, с материалом днища и стенок, защищая их тем самым от износа, который может иметь место в случае, когда газожидкостный поток обладает значительной коррозионной активностью.
В соответствии с фиг. 3 газожидкостный реактор включает корпус 1 и размещенный в нижней части корпуса смеситель, состоящий из верхней и нижней вихревых камер 2, 11 и коаксиальной трубы 3, соединенной с патрубком подвода газообразного реагента 4. Диаметр вихревой камеры 11 больше диаметра вихревой камеры 2. Вихревые камеры 2 и 11 содержат тангенциальные входные патрубки 5 и 12, наклоненные по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходным отверстиям осевых выходным патрубков, предпочтительно под углом 15-20° к горизонтали, и соединенные с патрубками подвода жидких реагентов 6 и 13, и выходные осевые патрубки 7 и 14, обращенные в сторону днища реактора. Выходной осевой патрубок 14 снабжен диффузором 15. Тангенциальные входные патрубки 5 и 12 расположены таким образом, чтобы направление вращения потоков в обеих камерах было одинаковым. Нижний конец коаксиальной трубы 3 расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка 5 и не достигает среза выходного осевого патрубка 7. Нижний конец выходного осевого патрубка 7 расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка 12 и не достигает среза выходного осевого патрубка 14. Под диффузором 15 вблизи днища аппарата расположен защитный экран 9. На цилиндрическом участке нижней части аппарата расположен защитный экран 10. Реактор работает аналогично реакторам, изображенным на фиг. 1, 2, с тем отличием, что к структурированному вращающемуся потоку, сформированному в верхней вихревой камере 2, в нижней вихревой камере 11 присоединяется наружный слой второго жидкого реагента, вращающийся однонаправлено с потоком первого жидкого реагента.
В соответствии с фиг. 4 газожидкостный реактор включает корпус 1 и размещенный в нижней части корпуса смеситель, состоящий из вихревой камеры 2 и коаксиальной трубы 3, соединенной с патрубком подвода газообразного реагента 4. Вихревая камера содержит тангенциальный входной патрубок 5, наклоненный по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка, предпочтительно под углом 15-20° к горизонтали, и соединенный с патрубком подвода жидкого реагента 6, и выходной осевой патрубок 7, обращенный вверх и снабженный диффузором 8. Верхний конец коаксиальной трубы 3 расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка 5 и не достигает среза выходного осевого патрубка 7. Смеситель размещен внутри цилиндрической обечайки 16, соосной корпусу 1 и имеющей диаметр в пределах (0,6-0,9)D, где D - внутренний диаметр корпуса.
При работе реактора, изображенного на фиг. 4, жидкий реагент из патрубка 6 через тангенциальный ввод 5 поступает в вихревую камеру 2, где приобретает интенсивное спиральное закрученное движение. Из патрубка 4 и коаксиальной трубы 3 в вихревую камеру 2 поступает газообразный реагент. В результате спирального закрученного движения потока жидкого реагента в вихревой камере 2 формируется структурированный вращающийся поток, в котором за счет центробежных сил реагенты распределяются по плотности: через осевую зону выходного патрубка 7 движется газообразный реагент, через периферийную зону - жидкий реагент. При выходе из патрубка 7 в диффузор 8 в результате потери гидродинамической устойчивости закрученного потока происходит интенсивное турбулентное диспергирование газообразного реагента и смешение фаз. Пузырьки газа, образовавшиеся при распаде закрученной струи, разлетаются под разными углами, равномерно заполняя сечение реактора. На выходе потока из пространства внутри обечайки 16 происходит частичное отделение жидкой фазы, и в результате разности плотностей среды внутри и вне обечайки возникает ее циркуляция в направлении, показанном на фиг. 4. Взаимодействие потока, выходящего из диффузора 8, с циркуляционным потоком, обеспечивает повышение степени взаимного диспергирования фаз. В поперечном сечении реактора над смесителем формируется однородный восходящий газожидкостный поток с мелкодисперсной пузырьковой структурой. При этом исключается образование периферийных застойных зон, не заполненных диспергированным газом, и не диспергированных газовых струй.
В соответствии с фиг. 5 газожидкостный реактор включает корпус 1 и размещенный в нижней части корпуса смеситель, состоящий из нижней и верхней вихревых камер 2, 11 и коаксиальной трубы 3, соединенной с патрубком подвода газообразного реагента 4. Диаметр вихревой камеры 11 больше диаметра вихревой камеры 2. Вихревые камеры 2 и 11 содержат тангенциальные входные патрубки 5 и 12, наклоненные по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходным отверстиям осевых выходных патрубков, предпочтительно под углом 15-20° к горизонтали, и соединенные с патрубками подвода жидких реагентов 6 и 13, и выходные осевые патрубки 7 и 14, обращенные вверх. Выходной осевой патрубок 14 снабжен диффузором 15. Тангенциальные входные патрубки 5 и 12 расположены таким образом, чтобы направление вращения потоков в обеих камерах было одинаковым. Верхний конец коаксиальной трубы 3 расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка 5 и не достигает среза выходного осевого патрубка 7. Верхний конец выходного осевого патрубка 7 расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка 12 и не достигает среза выходного осевого патрубка 14. Смеситель размещен внутри цилиндрической обечайки 16, соосной корпусу 1 и имеющей диаметр в пределах (0,6-0,9)D, где D - внутренний диаметр корпуса.
Реактор работает аналогично реактору, изображенному на фиг. 4, с тем отличием, что к структурированному вращающемуся потоку, сформированному в нижней вихревой камере 2, в верхней вихревой камере 11 присоединяется наружный слой второго жидкого реагента, вращающийся однонаправлено с потоком первого жидкого реагента.
В соответствии с фиг. 6 газожидкостный реактор включает корпус 1 и размещенный в нижней части корпуса смеситель, состоящий из трех вихревых камер 17, 2, 11. Диаметр вихревой камеры 2 больше диаметра вихревой камеры 17, а диаметр вихревой камеры 11 больше диаметра вихревой камеры 2. Вихревые камеры содержат тангенциальные входные патрубки 18, 5, 12, наклоненные по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходным отверстиям осевых выходных патрубков, предпочтительно под углом 15-20° к горизонтали, и соединенные соответственно с патрубком подвода газообразного реагента 4 и патрубками подвода жидких реагентов 6 и 13, и выходные осевые патрубки 19, 7, 14, обращенные в сторону днища реактора. Нижние концы выходных осевых патрубков 19 и 7 расположены по ходу движения реагентов после входных отверстий тангенциальных входных патрубков 5 и 12 и не достигают срезов выходных осевых патрубков 7 и 14 (соответственно). Выходной осевой патрубок 14 снабжен диффузором 15. Под диффузором 15 вблизи днища аппарата расположен защитный экран 9. На цилиндрическом участке нижней части аппарата расположен защитный экран 10. Реактор работает аналогично реактору, изображенному на фиг. 3, с тем отличием, что структурированный вращающийся поток формируется в вихревых камерах 17, 2 и 11 в результате однонаправленного вращения как двух жидких реагентов, так и газообразного.
В соответствии с фиг. 7 газожидкостный реактор включает корпус 1 и размещенный в нижней части корпуса смеситель, состоящий из трех вихревых камер 17, 2, 11. Диаметр вихревой камеры 2 больше диаметра вихревой камеры 17, а диаметр вихревой камеры 11 больше диаметра вихревой камеры 2. Вихревые камеры содержат тангенциальные входные патрубки 18, 5, 12„ наклоненные по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходным отверстиям осевых выходных патрубков, предпочтительно под углом 15-20° к горизонтали, и соединенные соответственно с патрубком подвода газообразного реагента 4 и патрубками подвода жидких реагентов 6 и 13, и выходные осевые патрубки 19, 7, 14, обращенные вверх. Верхние концы выходных осевых патрубков 19 и 7 расположены по ходу движения реагентов после входных отверстий тангенциальных входных патрубков 5 и 12 и не достигают срезов выходных осевых патрубков 7 и 14 (соответственно). Выходной осевой патрубок 14 снабжен диффузором 15. Смеситель размещен внутри цилиндрической обечайки 16, соосной корпусу 1 и имеющей диаметр в пределах (0,6-0,9)D, где D - внутренний диаметр корпуса. Реактор работает аналогично реактору, изображенному на фиг. 5, с тем отличием, что структурированный вращающийся поток формируется в вихревых камерах 17, 2 и 11 в результате однонаправленного вращения как двух жидких реагентов, так и газообразного.
Реакторы, изображенные на фиг. 1-7, могут быть использованы в качестве реакторов синтеза карбамида. При этом газообразным реагентом является диоксид углерода, а жидкими реагентами - аммиак и водноаммиачный раствор карбамата аммония (раствор углеаммонийных солей) или их смесь. Промышленная применимость
Изобретение может быть использовано в химической нефтехимической и других отраслях промышленности, в частности, для промышленного получения карбамида.

Claims

ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ РЕАКТОР (ВАРИАНТЫ) Формула изобретения
1. Газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий коаксиальную трубу и вихревую камеру, имеющую тангенциальный входной патрубок, соединенный с патрубком ввода первого реагента, и осевой выходной патрубок, направленный в сторону днища реактора, причем коаксиальная труба введена в цилиндрический корпус вихревой камеры, верхний конец коаксиальной трубы соединен с патрубком ввода второго реагента, отличающийся тем, что осевой выходной патрубок смесителя снабжен диффузором, и тангенциальный входной патрубок наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка.
2. Газожидкостный реактор по пункту 1, отличающийся тем, что нижний конец коаксиальной трубы расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка и не достигает среза осевого выходного патрубка.
3. Газожидкостный реактор по пункту 1, отличающийся тем, что смеситель содержит, по крайней мере, одну дополнительную вихревую камеру, соосную первой и последовательно с ней соединенную, имеющую тангенциальный входной патрубок и осевой выходной патрубок, причем осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры.
4. Газожидкостный реактор по пункту 3, отличающийся тем, что тангенциальный входной патрубок, по крайней мере, одной дополнительной камеры наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка.
5. Газожидкостный реактор по пункту 3, отличающийся тем, что тангенциальные входные патрубки камер расположены таким образом, чтобы направление вращения потоков во всех камерах было одинаковым, а осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры таким образом, что его срез расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка и не достигает среза осевого выходного патрубка последующей камеры.
6. Газожидкостный реактор по пункту 3, отличающийся тем, что смеситель содержит вихревые камеры с последовательно увеличивающимся по ходу движения реагентов диаметром.
7. Газожидкостный реактор по пункту 1, отличающийся тем, что нижняя часть реактора содержит экран, размещенный вблизи днища реактора напротив выходного патрубка смесителя.
8. Газожидкостный реактор по пункту 7, отличающийся тем, что он содержит дополнительный экран, размещенный концентрично стенке корпуса реактора в зоне расположения смесителя.
9. Газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий, по крайней мере, две последовательно соединенные соосные вихревые камеры, имеющие тангенциальные входные патрубки, соединенные с патрубками ввода реагентов, и осевые выходные патрубки, направленные в сторону днища реактора, причем осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры, отличающийся тем, что осевой выходной патрубок смесителя снабжен диффузором, и, по крайней мере, один тангенциальный входной патрубок наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка.
10. Газожидкостный реактор по пункту 9, отличающийся тем, что тангенциальные входные патрубки ввода реагентов в камеры расположены таким образом, чтобы направление вращения тангенциальных потоков во всех камерах было одинаковым, а осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры таким образом, что его срез расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка и не достигает среза осевого выходного патрубка последующей камеры.
11. Газожидкостный реактор по пункту 9, отличающийся тем, что смеситель содержит вихревые камеры с последовательно увеличивающимся по ходу движения реагентов диаметром.
12. Газожидкостный реактор по пункту 9, отличающийся тем, что нижняя часть реактора содержит экран, размещенный вблизи днища реактора напротив выходного патрубка смесителя.
13. Газожидкостный реактор по пункту 12, отличающийся тем, что он содержит дополнительный экран, размещенный концентрично стенке корпуса реактора в зоне расположения смесителя.
14. Газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий коаксиальную трубу и вихревую камеру, имеющую тангенциальный входной патрубок, соединенный с патрубком ввода первого реагента, и осевой выходной патрубок, причем коаксиальная труба введена в цилиндрический корпус вихревой камеры и соединена с патрубком ввода второго реагента, отличающийся тем, что осевой выходной патрубок смесителя направлен вверх, тангенциальный входной патрубок наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка, и реактор содержит цилиндрическую обечайку, концентричную корпусу реактора, охватывающую смеситель и имеющую диаметр в пределах (0,6-0,9)D, где D - внутренний диаметр корпуса.
15. Газожидкостный реактор по пункту 14, отличающийся тем, что осевой выходной патрубок смесителя снабжен диффузором.
16. Газожидкостный реактор по пункту 14, отличающийся тем, что верхний конец коаксиальной трубы расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка и не достигает среза осевого выходного патрубка.
17. Газожидкостный реактор по пункту 14, отличающийся тем, что смеситель содержит, по крайней мере, одну дополнительную вихревую камеру, соосную первой и последовательно с ней соединенную, имеющую тангенциальный входной патрубок и осевой выходной патрубок, причем осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры.
18. Газожидкостный реактор по пункту 17, отличающийся тем, что тангенциальный входной патрубок, по крайней мере, одной дополнительной камеры наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка.
19. Газожидкостный реактор по пункту 17, отличающийся тем, что тангенциальные входные патрубки камер расположены таким образом, чтобы направление вращения потоков во всех камерах было одинаковым, а осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры таким образом, что его срез расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка и не достигает среза осевого выходного патрубка последующей камеры.
20. Газожидкостный реактор по пункту 17, отличающийся тем, что смеситель содержит вихревые камеры с последовательно увеличивающимся по ходу движения реагентов диаметром.
21. Газожидкостный реактор, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода реагентов и вывода продуктов реакции и размещенный в нижней части корпуса смеситель, включающий, по крайней мере, две последовательно соединенные соосные вихревые камеры, имеющие тангенциальные входные патрубки, соединенные с патрубками ввода реагентов, и осевые выходные патрубки, причем осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры, отличающийся тем, что осевые выходные патрубки направлены вверх, по крайней мере, один тангенциальный входной патрубок наклонен по отношению к корпусу смесителя в сторону, противоположную выходному отверстию осевого выходного патрубка, и реактор содержит цилиндрическую обечайку, концентричную корпусу реактора, охватывающую смеситель и имеющую диаметр в пределах (0,6-0,9)D, где D - внутренний диаметр корпуса.
22. Газожидкостный реактор по пункту 21, отличающийся тем, что осевой выходной патрубок смесителя снабжен диффузором.
23. Газожидкостный реактор по пункту 21, отличающийся тем, что тангенциальные входные патрубки ввода реагентов в камеры расположены таким образом, чтобы направление вращения тангенциальных потоков во всех камерах было одинаковым, а осевой выходной патрубок каждой предшествующей камеры введен в цилиндрический корпус последующей камеры таким образом, что его срез расположен по ходу движения реагентов после входного отверстия тангенциального входного патрубка и не достигает среза осевого выходного патрубка последующей камеры.
24. Газожидкостный реактор по пункту 21 отличающийся тем, что смеситель содержит вихревые камеры с последовательно увеличивающимся по ходу движения реагентов диаметром.
PCT/RU2011/000525 2010-07-21 2011-07-15 Газожидкостный реактор (варианты) WO2012011844A1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL11809937T PL2596859T3 (pl) 2010-07-21 2011-07-15 Reaktor gazowo-cieczowy z komorą mieszania wirowego
EP11809937.3A EP2596859B1 (en) 2010-07-21 2011-07-15 Gas-liquid reactors with vortex mixing chamber
UAA201300214A UA103581C2 (ru) 2010-07-21 2011-07-15 Газожидкостный реактор (варианты)
LTEP11809937.3T LT2596859T (lt) 2010-07-21 2011-07-15 Dujų-skysčio reaktoriai su sūkurine maišymo kamera
RS20191694A RS59777B1 (sr) 2010-07-21 2011-07-15 Reaktori gas-tečnost sa komorom sa vrtložnim mešanjem

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010130727 2010-07-21
RU2010130727/05A RU2441698C1 (ru) 2010-07-21 2010-07-21 Газожидкостный реактор (варианты)
RU2010130972 2010-07-23
RU2010130972/05A RU2447932C2 (ru) 2010-07-23 2010-07-23 Газожидкостный реактор (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012011844A1 true WO2012011844A1 (ru) 2012-01-26

Family

ID=45497068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000525 WO2012011844A1 (ru) 2010-07-21 2011-07-15 Газожидкостный реактор (варианты)

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2596859B1 (ru)
LT (1) LT2596859T (ru)
PL (1) PL2596859T3 (ru)
RS (1) RS59777B1 (ru)
WO (1) WO2012011844A1 (ru)

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014066083A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Dow Global Technologies, Llc Mixer and reactor and process incorporating the same
US8907149B2 (en) 2011-05-31 2014-12-09 Dow Global Technologies Llc Process for the production of chlorinated propenes
US8907148B2 (en) 2011-08-07 2014-12-09 Dow Global Technologies Llc Process for the production of chlorinated propenes
US8927792B2 (en) 2011-06-08 2015-01-06 Dow Agrosciences, Llc Process for the production of chlorinated and/or fluorinated propenes
US8926918B2 (en) 2009-10-09 2015-01-06 Dow Global Technologies Llc Isothermal multitube reactors
US8933280B2 (en) 2009-10-09 2015-01-13 Dow Global Technologies Llc Processes for the production of hydrofluoroolefins
US9056808B2 (en) 2011-05-31 2015-06-16 Dow Global Technologies, Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9067855B2 (en) 2011-11-21 2015-06-30 Dow Global Technologies Llc Process for the production of chlorinated alkanes
US9169177B2 (en) 2011-12-22 2015-10-27 Blue Cube Ip Llc Process for the production of tetrachloromethane
US9199899B2 (en) 2011-12-02 2015-12-01 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated alkanes
US9233896B2 (en) 2011-08-07 2016-01-12 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9284239B2 (en) 2011-12-02 2016-03-15 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated alkanes
US9321707B2 (en) 2012-09-20 2016-04-26 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9334205B2 (en) 2011-12-13 2016-05-10 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propanes and propenes
US9382176B2 (en) 2013-02-27 2016-07-05 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9403741B2 (en) 2013-03-09 2016-08-02 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated alkanes
US9475740B2 (en) 2012-12-19 2016-10-25 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9512049B2 (en) 2011-12-23 2016-12-06 Dow Global Technologies Llc Process for the production of alkenes and/or aromatic compounds
US9512053B2 (en) 2012-12-18 2016-12-06 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9598334B2 (en) 2012-09-20 2017-03-21 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9795941B2 (en) 2012-09-30 2017-10-24 Blue Cube Ip Llc Weir quench and processes incorporating the same
RU2696384C2 (ru) * 2015-04-03 2019-08-01 САИПЕМ С.п.А. Реактор и способ синтеза мочевины
EP4335543A3 (en) * 2012-11-30 2024-06-12 Westlake Longview Corporation Process and apparatus for polymerizing ethylene under ultra-high pressure

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676039C1 (ru) * 2017-06-28 2018-12-25 Индийская Нефтяная Корпорация Лимитэд Устройство и способ превращения жидкого потока в мелкие капли
EP3643396B1 (de) * 2018-10-23 2021-09-22 Technoalpin Holding S.p.A. Kontinuierlich arbeitende und fluidatmende fluidmischeinrichtung und verfahren zum betrieb einer solchen
CN112973614A (zh) * 2021-02-10 2021-06-18 中国科学院过程工程研究所 一种气液反应装置、其使用方法及用途
US20240082808A1 (en) 2021-04-28 2024-03-14 Stamicarbon B.V. Chemical reactor with internal static mixers

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5457469A (en) * 1977-10-18 1979-05-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Gas/liquid contact nozzle used for treating sedimentary slurry
SU1088779A1 (ru) 1982-03-12 1984-04-30 Предприятие П/Я Г-4302 Реактор синтеза мочевины
SU1648544A1 (ru) 1989-05-24 1991-05-15 Руставское Производственное Объединение "Азот" Газожидкостный реактор
RU2009710C1 (ru) * 1991-07-26 1994-03-30 Восточный научно-исследовательский углехимический институт Устройство для вспенивания битуминозного связующего
RU2095134C1 (ru) * 1996-03-05 1997-11-10 Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр по нефтехимическим технологиям" Газожидкостной реактор
RU2203132C1 (ru) * 2001-11-21 2003-04-27 Закрытое акционерное общество "Рязанская нефтеперерабатывающая компания" Реактор для окисления нефтепродуктов
RU2256495C1 (ru) 2004-07-06 2005-07-20 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектный Институт Карбамида И Продуктов Органического Синтеза" (Оао Ниик) Газожидкостный реактор (варианты)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2942043A (en) * 1955-01-03 1960-06-21 Hoechst Ag Process for carrying out endothermic chemical reactions
US4464314A (en) * 1980-01-02 1984-08-07 Surovikin Vitaly F Aerodynamic apparatus for mixing components of a fuel mixture
DE102004027398A1 (de) * 2004-06-04 2005-12-29 Emu Unterwasserpumpen Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen von gasförmigem und/oder flüssigem Medium in Flüssigmedium

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5457469A (en) * 1977-10-18 1979-05-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Gas/liquid contact nozzle used for treating sedimentary slurry
SU1088779A1 (ru) 1982-03-12 1984-04-30 Предприятие П/Я Г-4302 Реактор синтеза мочевины
SU1648544A1 (ru) 1989-05-24 1991-05-15 Руставское Производственное Объединение "Азот" Газожидкостный реактор
RU2009710C1 (ru) * 1991-07-26 1994-03-30 Восточный научно-исследовательский углехимический институт Устройство для вспенивания битуминозного связующего
RU2095134C1 (ru) * 1996-03-05 1997-11-10 Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр по нефтехимическим технологиям" Газожидкостной реактор
RU2203132C1 (ru) * 2001-11-21 2003-04-27 Закрытое акционерное общество "Рязанская нефтеперерабатывающая компания" Реактор для окисления нефтепродуктов
RU2256495C1 (ru) 2004-07-06 2005-07-20 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектный Институт Карбамида И Продуктов Органического Синтеза" (Оао Ниик) Газожидкостный реактор (варианты)

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8926918B2 (en) 2009-10-09 2015-01-06 Dow Global Technologies Llc Isothermal multitube reactors
US8933280B2 (en) 2009-10-09 2015-01-13 Dow Global Technologies Llc Processes for the production of hydrofluoroolefins
US8907149B2 (en) 2011-05-31 2014-12-09 Dow Global Technologies Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9056808B2 (en) 2011-05-31 2015-06-16 Dow Global Technologies, Llc Process for the production of chlorinated propenes
US8927792B2 (en) 2011-06-08 2015-01-06 Dow Agrosciences, Llc Process for the production of chlorinated and/or fluorinated propenes
US8907148B2 (en) 2011-08-07 2014-12-09 Dow Global Technologies Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9233896B2 (en) 2011-08-07 2016-01-12 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9475739B2 (en) 2011-08-07 2016-10-25 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9067855B2 (en) 2011-11-21 2015-06-30 Dow Global Technologies Llc Process for the production of chlorinated alkanes
US9199899B2 (en) 2011-12-02 2015-12-01 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated alkanes
US9284239B2 (en) 2011-12-02 2016-03-15 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated alkanes
US9334205B2 (en) 2011-12-13 2016-05-10 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propanes and propenes
US9169177B2 (en) 2011-12-22 2015-10-27 Blue Cube Ip Llc Process for the production of tetrachloromethane
US9512049B2 (en) 2011-12-23 2016-12-06 Dow Global Technologies Llc Process for the production of alkenes and/or aromatic compounds
US9321707B2 (en) 2012-09-20 2016-04-26 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9598334B2 (en) 2012-09-20 2017-03-21 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9795941B2 (en) 2012-09-30 2017-10-24 Blue Cube Ip Llc Weir quench and processes incorporating the same
WO2014066083A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Dow Global Technologies, Llc Mixer and reactor and process incorporating the same
US10065157B2 (en) 2012-10-26 2018-09-04 Blue Cube Ip Llc Mixer and processes incorporating the same
EP4335543A3 (en) * 2012-11-30 2024-06-12 Westlake Longview Corporation Process and apparatus for polymerizing ethylene under ultra-high pressure
US9512053B2 (en) 2012-12-18 2016-12-06 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9475740B2 (en) 2012-12-19 2016-10-25 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9382176B2 (en) 2013-02-27 2016-07-05 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated propenes
US9403741B2 (en) 2013-03-09 2016-08-02 Blue Cube Ip Llc Process for the production of chlorinated alkanes
RU2696384C2 (ru) * 2015-04-03 2019-08-01 САИПЕМ С.п.А. Реактор и способ синтеза мочевины

Also Published As

Publication number Publication date
EP2596859A4 (en) 2017-08-16
EP2596859B1 (en) 2019-10-09
PL2596859T3 (pl) 2020-04-30
LT2596859T (lt) 2020-01-27
RS59777B1 (sr) 2020-02-28
EP2596859A1 (en) 2013-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012011844A1 (ru) Газожидкостный реактор (варианты)
JP6093885B2 (ja) 下降流触媒反応器の流れ分配装置
SU1478995A3 (ru) Устройство дл производства синтез-газа
RU2136355C1 (ru) Статический аппарат для смешивания различных газовых потоков
JP2002536163A5 (ru)
JP2004058059A (ja) 固定床反応器におけるプロセス流体のジェット混合
RU2600998C1 (ru) Струйный гидравлический смеситель
RU2441698C1 (ru) Газожидкостный реактор (варианты)
JP5718356B2 (ja) 反応器用急冷装置
RU2442643C1 (ru) Газожидкостный реактор (варианты)
RU180014U1 (ru) Струйный смеситель
RU2447932C2 (ru) Газожидкостный реактор (варианты)
RU100430U1 (ru) Газожидкостный реактор (варианты)
RU2256495C1 (ru) Газожидкостный реактор (варианты)
RU2241531C1 (ru) Смеситель
SU1088779A1 (ru) Реактор синтеза мочевины
RU2143314C1 (ru) Газожидкостный реактор
RU171985U1 (ru) Поточный струйный смеситель
RU2082486C1 (ru) Смеситель-реактор
RU2753756C1 (ru) Аппарат для проведения массообменных и реакционных процессов в однофазных и многофазных средах
RU2259870C1 (ru) Способ проведения многофазных процессов и вихревой центробежный реактор для его осуществления
UA80127C2 (en) Mixer (embodiments) and gas-liquid reactor (embodiments)
SU1452576A1 (ru) Устройство дл взаимодействи газа с жидкостью
RU2300416C2 (ru) Способ синтеза карбамида и колонна для его осуществления
RU2359743C1 (ru) Способ и устройство смешения текучих сред

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11809937

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: A20130002

Country of ref document: BY

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: A201300214

Country of ref document: UA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011809937

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE