Смесительное устройство для систем газ-жидкость

Предложенное устройство относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также для их химического взаимодействия. Оно может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической промышленности и в биологии. Смесительное устройство для систем газ-жидкость содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, диспергатор, смеситель. Смеситель выполнен в виде цельной вертикальной трубы, на конце которой установлен толстостенный распределительный стакан с отверстиями под разными углами для выхода газожидкостной смеси. За счет выхода газожидкостного потока из толстостенного распределительного стакана под различными углами, ударов струй о твердые преграды и перемешивания реакционного объема струями происходит значительная интенсификация процесса смешения жидкости и газа. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является обеспечение интенсивного процесса смешения газа и жидкостей различной вязкости, путем перемешивания реакционного объема струями путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления за счет удара струй о твердую преграду. Это достигается тем, что на конце смесителя установлен толстостенный распределительный стакан с отверстиями под различными углами для выхода газожидкостной смеси.

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия. Оно может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической, микробиологической и металлургической промышленности.

С целью интенсификации процесса смешения фаз используют попеременное изменение формы и направления потока, удар потока о твердые преграды-отбойники, закручивание, взаимную эжекцию и инверсию фаз, наложение пульсаций, эффективное распыливание жидкости.

Известны устройства, в которых для распыливания жидкости применяют толстостенный стакан с отверстиями (Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии - М.: «Химия», 1987. стр. 294). Стакан представляет собой цилиндр с отверстиями в стенках. При работе толстостенного распределительного стакана жидкость попадает внутрь стакана и вытекает из него через отверстия отдельными струями под различными углами.

Наиболее близким конструктивным аналогом является смесительное устройство для системы газ-жидкость [патент на изобретение RU 83943 U1 (B01F 5/04)], который примем в качестве прототипа. Смесительное устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, смесители, выполненные в виде вертикальной трубы постоянного диаметра, плавно разветвляющейся на три - пять патрубков, сплошной диспергатор, выгнутый перпендикулярно к осям патрубков.

Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель, распыляется и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру. Непосредственно на выходе из распылителя в инжекционной камере происходит первая стадия контакта жидкости и газа. Образовавшаяся газожидкостная смесь проходит через трубу. В трубе и смесителях протекает второй этап контакта жидкости и газа, обусловленный развитой поверхностью распыленной жидкости, что вызывает инверсию фаз. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит четвертая стадия контакта газа с жидкостью. В реакционном объеме осуществляется четвертая стадия контакта газа с жидкостью.

Недостатком прототипа является то, что струи направлены в нижнюю часть аппарата и если для смешения применяют вязкие жидкости, то область перемешивания будет ограничена. Интенсивного перемешивания во всем объеме не происходит.

Задача предлагаемой полезной модели: обеспечить интенсивный процесс смешения газа и жидкостей различной вязкости путем увеличения поверхности контакта данных фаз и увеличения скорости ее обновления за счет изменения направления потока и его удара о твердые преграды.

Поставленная задача достигается тем, что смесительное устройство для систем газ-жидкость содержит корпус 1; инжекционную камеру 2; распылитель жидкости 3; смеситель 4, выполненный в виде полой трубы, на конце которой установлен толстостенный распределительный стакан 5 с отверстиями под различными углами; диспергатора 6, расположенного перпендикулярно к оси трубы.

На фиг. 1 изображено предложенное смесительное устройство для систем газ-жидкость.

Смесительное устройство для систем газ-жидкость работает следующим образом.

Жидкость под давлением подается в распылитель жидкости 3, распыливается и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. Образовавшаяся газожидкостная смесь проходит через смеситель, где происходит интенсивное перемешивание газа с жидкостью. В смесителе происходит первая фаза контакта жидкости и газа, обусловленная развитой поверхностью распыленной жидкости. В зависимости от режима работы смесителя, его геометрических параметров и перепада давления на распылителе, в смесителе может образовываться газожидкостный двухфазный поток с различным соотношением жидкости и газа. Двухфазный поток может быть с дисперсной жидкой, либо газовой фазой. При определенных условиях может происходить инверсия фаз в самом смесителе, и газовая фаза становится дисперсной. Подобный режим работы наиболее эффективен ввиду того, что в момент инверсии наблюдается наибольшее значение коэффициента массопередачи. На выходе из смесителя установлен толстостенный распределительный стакан 5 с отверстиями под различными углами. Газожидкостной поток выходит из отверстий в различных направлениях. Часть струй ударяется о диспергатор 6; часть ударяется о стенки аппарата; часть поступает в реакционный объем аппарата, перемешивая его. Все это приводит к значительной интенсификации процесса смешения путем увеличения поверхности контакта фаз.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является обеспечение интенсивного процесса смешения газа и жидкостей различной вязкости, путем перемешивания реакционного объема струями, а также увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления за счет удара струй о твердую преграду. Это достигается тем, что на конце смесителя установлен толстостенный распределительный стакан с отверстиями под различными углами для выхода газожидкостной смеси.

Смесительное устройство для систем газ-жидкость, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы, отличающееся тем, что на конце смесителя установлен толстостенный распределительный стакан с отверстиями под различными углами для выхода газожидкостной смеси.