Смесительное устройство для систем газ - жидкость

Изобретение 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 и других отраслях промышленности. Смесительное устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, смеситель, выполненный в виде вертикальной трубы постоянного диаметра, кавитирующее 3-5-лопастное тело (суперкавитатор) внутри смесителя, диспергатор, расположенный перпендикулярно к оси смесителя.

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.

Известны устройства, в которых для смешения и дробления потоков используются статические завихрители - кавитирующие тела. Закрученный поток широко распространен как способ интенсификации технологических процессов теплообмена и массообмена. Для целей турбулизации закрученный поток применяют, в частности, в топочных процессах [Г.Ф.Кнорре Теория топочных процессов. - М.: Энергия, 1966.]. В таких устройствах в трубопровод устанавливаются статические завихрители сложной кавитирующей формы. Недостатком кавитаторов является сложность установки, конструкции и повышение гидравлического сопротивления трубопровода.

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 использования в смесителе кавитирующего 3-5-лопастного тела (суперкавитатора).

На фигуре 1 изображено предложенное смесительное устройство для системы газ - жидкость.

Смесительное устройство содержит корпус 3, инжекционную камеру 2, распылитель жидкости 1, смеситель 4, выполненный в виде вертикальной трубы постоянного диаметра, кавитирующее 3-5-лопастное тело (суперкавитатор) внутри смесителя, диспергатор 6, расположенный перпендикулярно к оси смесителя.

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. 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 ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит четвертая стадия контакта газа с жидкостью. Придавая обтекаемому кавитирующему телу 5 внутри смесителя специальную форму и изменяя конструкцию лопастей, можно добиться особого вида кавитационного течения, получившего название суперкавитации. Зарождаясь на обтекаемом теле, кавитационная зона сходит с его поветхности и, распространяясь вниз по течению, затем распределяется с завихрениями по реакционному объему аппарата. В реакционном объеме осуществляется четвертая стадия контакта газа с жидкостью.

Смесительное устройство для систем газ - жидкость, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, вертикальный трубчатый смеситель, диспергатор, расположенный перпендикулярного оси смесителя, отличающееся тем, что внутри смесителя закреплено кавитирующее 3-5-лопастное тело (суперкавитатор).