Смесительное устройство для систем газ - жидкость

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия. Она может быть использована в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. Смесительное устройство содержит конический или цилиндрический корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, n смесителей (n>1), направленных вертикально вниз, и n диспергаторов - плоских экранов (n>1), расположенных перпендикулярного к оси смесителей. Несколько диспергаторов позволяют интенсивнее дробить газо-жидкостной поток, увеличивая тем самым поверхность массообмена, а газовые пузыри, всплывающие с нижних ступеней на верхние дополнительно контактируют со стекающей по стенкам жидкостью и вновь вовлекаются в массообмен завихрениями. Несколько диспергаторов позволяют также разбить объем реактора на несколько ступеней контакта. Для n-ступенчатого аппарата (где n-число ступеней, n>1) характерно 3·(n-1)+4 стадий развитого контакта газа и жидкости, каждая из которых описывается своим коэффициентом массопередачи.

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения технологических процессов в системах «газ-жидкость» для создания интенсивного перемешивания фаз с целью массо- или теплообмена, получения тонких газовых дисперсий, высокого газосодержания жидкой фазы, а также химического взаимодействия. Она может быть использована в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

Наиболее перспективные методы интенсификации газожидкостных процессов: инверсия фаз, использование входных и концевых эффектов, соударение, завихрение, взаимная эжекция потоков, наложение пульсаций и другие.

Известно устройство, в котором используются многие из этих методов интенсификации [авт.свид. СССР 1263330 (МКП B01F 5/04)]. В этом устройстве для интенсификации массообменного процесса путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления устанавливаются четыре дополнительных смесителя в горизонтальной плоскости. Недостатком такого устройства является сложность конструкции, значительное увеличение давления и расхода жидкости, которая подается на пять смесителей.

Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [авт.свид. СССР 593723 (М. Кл. В01F 5/04)], которое принимается в качестве прототипа. Аэрирующее устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, вертикальный трубчатый смеситель, диспергатор, расположенный перпендикулярно к оси смесителя. Жидкость под давлением подается в распылитель и распыляется, создавая скоростной поток. Скоростной поток распыленной жидкости создает разряжение в инжекционной камере, позволяющее засасывать

газовую фазу внутрь смесителя. Непосредственно на выходе из распылителя в инжекционной камере происходит первая стадия контакта жидкости и газа. В смесителе протекает второй этап контакта жидкости и газа, обусловленный развитой поверхностью распыленной жидкости, что вызывает инверсию фаз. На выходе из смесителя газожидкостная смесь диспергируется при ударе, образуя тонкую дисперсию, обуславливающую третью стадию контакта фаз. Четвертый этап развитого контакта жидкости и газа осуществляется во всем объеме аппарата.

Недостатком прототипа является то, что интенсивность перемешивания, а следовательно процесса массопереноса, в рабочем объеме реактора значительно ниже, чем в смесителе (вертикальной трубе), хотя время пребывания жидкости и газа в рабочем объеме значительно больше (в сотни раз), чем в смесителе.

Задача предпологаемой полезной модели: интенсификация процесса массообмена путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления. Поставленная задача решается за счет ввода в конструкцию аппарата n диспергаторов (где n - число диспергаторов, n>1), которые разделяют реакционный объем на n частей (n>1). Количество соударений двухфазной системы о диспергаторы увеличивается. На фигуре 1 изображено предложенное трехступенчатое смесительное устройство для системы газ - жидкость. Смесительное устройство содержит конический или цилиндрический корпус 3, инжекционную камеру 2, распылитель жидкости 1, соосно установленные смесители 4 первой, второй и третьей ступеней, выполненные в виде вертикальных труб изменяющегося по высоте или постоянного диаметра, вставленных друг в друга и разделяющих газожидкостной поток на две части и диспергаторы 5 первой, второй и третьей ступеней, расположенные перпендикулярно к оси смесителей.

Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель 1, распыляется и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. Непосредственно на выходе из распылителя в

инжекционной камере происходит первая стадия контакта жидкости и газа. Образовавшаяся газожидкостная смесь проходит через смеситель 4 первой ступени. В смесителе протекает второй этап контакта жидкости и газа, обусловленный развитой поверхностью распыленной жидкости, что вызывает инверсию фаз. В зависимости от режима работы смесителя, его геометрических параметров и перепада давления на распылителе, в смесителе может образовываться газожидкостной 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 первой ступени газожидкостный поток разделяется. Часть потока с большой скоростью ударяется о диспергатор 5 первой ступени. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит третья стадия контакта газа с жидкостью. Затем образовавшая смесь распределяется с завихрениями по реакционному объему аппарата 3. В реакционном объеме осуществляется четвертая стадия контакта газа с жидкостью.

Вторая часть газо-жидкостного потока из смесителя первой ступени направляется в смеситель второй ступени, в которой гидродинамическая картина повторяется. Жидкость, насыщенная газом, после каждой ступени стекает по цилиндрической или конической стенке вниз в следующую ступень массообмена и частично перемешивается с реакционным объемом за счет завихрений. Количество ступеней массообмена и их объем может быть разным (более 1). Для n-ступенчатого (где n - число диспергаторов, n>1) аппарата характерно 3·(n-1)+4 стадий развитого контакта газа и жидкости, каждая из которых описывается своим коэффициентом массопередачи.

Смесительное устройство для систем газ - жидкость, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, вертикальный трубчатый смеситель, диспергатор, расположенный перпендикулярно оси смесителя, отличающееся тем, что смеситель выполнен в виде соосно установленных друг под другом труб, после каждой из которых следует диспергатор, а диаметр аппарата либо изменяется по высоте, либо постоянен.