Смесительное устройство для системы газ-жидкость
Предложенное устройство относится к таким, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия. Оно может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической промышленности и в биологии. Смесительное устройство для системы газ-жидкость содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, диспергатор, смеситель, выполненный в виде цельной вертикальной трубы, с установленным на нем неподвижным шнеком. Благодаря предложенному устройству происходит винтовое прохождение реакционной массы вдоль реакционного объема, что позволяет значительно увеличить время контакта фаз, а также создать эффективные условия для тепло- и массообмена между фазами. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с интенсификацией процесса смешения путем повышением эффективности тепло- и массообмена за счет увеличения времени пребывания жидкой и газовой фаз в аппарате. Поставленная задача достигается за счет установки неподвижного шнека на корпусе смесителя.
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 и аппараты, в которых задача значительной интенсификации процессов теплообмена и массообмена за счет увеличения времени контакта фаз решается использованием винтового шнека [Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 8-е, перераб. / А.Г. Касаткин - М.: Химия, 1971. - 784 с.]. В аппаратах с винтовыми вставками происходит многократное увеличение времени контакта фаз.
Рассматриваемый метод перемешивания применим в случае невысокой вязкости компонентов жидкой смеси - при больших скоростях их движения.
Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [авт. свид. СССР 
593723 (МКП B01F 5/04)], которое примем в качестве прототипа. Аэрирующее устройство содержит корпус, распылитель жидкости, смеситель, выполненный в виде вертикальной трубы, диспергатор, расположенный перпендикулярно к оси трубы.
Жидкость под давлением подается в распылитель и распыливается, создавая скоростной поток. Скоростной поток распыленной жидкости создает разряжение в инжекционной камере, позволяющее засасывать газовую фазу внутрь смесителя. В смесителе происходит первая фаза контакта жидкости и газа, обусловленная развитой поверхностью распыленной жидкости. На выходе из смесителя газожидкостная смесь диспергируется, образуя тонкую дисперсию, обуславливающую вторую стадию контакта фаз.
Недостатком прототипа является то, что интенсивность перемешивания, а следовательно, процесса массо- и теплообмена, в рабочем объеме реактора достаточно низкая, из-за небольшого времени пребывания газа в аппарате. Это приводит к неэффективному использованию объема аппарата при существующих возможностях интенсификации происходящего массообменного процесса.
Задача предлагаемой полезной модели: повышение эффективности тепло- и массообмена и интенсификации процесса смешения путем увеличения времени контакта фаз при винтовом движении газожидкостного потока в реакционном объеме.
Поставленная задача достигается тем, что на смесителе закреплен неподвижный шнек.
На фиг. 1 изображено предложенное смесительное устройство для системы газ-жидкость.
Устройство 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 4, 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.
При выходе из смесителя газожидкостный поток с большой скоростью ударяется в диспергатор 5. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит вторая стадия контакта газа с жидкостью.
Образовавшаяся смесь поднимается вверх и попадает на нижний виток неподвижного шнека 6, таким образом, газовая фаза не имеет возможности быстро попадать на поверхность реакционного объема и выходить из аппарата. Между корпусом аппарата и шнеком имеется небольшой зазор, позволяющий жидкой фазе свободно спускаться вниз и выходить из аппарата.
Благодаря предложенному устройству происходит винтовое прохождение реакционной массы вдоль реакционного объема, что позволяет значительно увеличить время контакта фаз, а также создать эффективные условия для тепло- и массообмена между фазами.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с интенсификацией процесса смешения путем повышением эффективности тепло- и массообмена за счет увеличения времени пребывания жидкой и газовой фаз в аппарате. Поставленная задача достигается за счет установки неподвижного шнека на корпусе смесителя.
Смесительное устройство для системы газ-жидкость, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы, отличающееся тем, что на корпусе смесителя установлен неподвижный шнек.
