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 использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. 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.

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 593723 (МКП B01F 5/04)]. В этом устройстве для интенсификации массообменного процесса путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления напротив смесителя устанавливается плоский диспергатор. Недостатком такого аппарата 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.

Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [авт. свид. СССР 1263330 (М. Кл. В01F 5/04)], которое принимается в качестве прототипа. Аэрирующее устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, пять смесителей, выполненных в виде разветвляющейся в пространстве трубы, пять диспергаторов, расположенных перпендикулярно к осям смесителей.

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 смесителях протекает второй этап контакта жидкости и газа, обусловленный развитой поверхностью распыленной жидкости, что вызывает инверсию фаз. На выходе из смесителей 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 такого устройства является сложность конструкции, значительное увеличение давления и расхода жидкости, которая подается на пять смесителей.

Задача предполагаемой полезной модели: интенсификация процесса массообмена путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления. Поставленная задача решается за счет того, что применяется от трех до пяти смесителей, выполненных в виде плавно разветвляющейся в пространстве под острым углом трубы, а диспергаторы могут быть представлены одним сплошным.

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

Смесительное устройство содержит корпус 3, инжекционную камеру 2, распылитель жидкости 1, смесители 5, выполненные в виде вертикальной трубы 4 постоянного диаметра, плавно разветвляющейся на три-пять патрубков, сплошной диспергатор 6, выгнутый перпендикулярно к осям патрубков.

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 трубу 4. В трубе 4 и смесителях 5 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 6 газовые пузырьки дробятся. Происходит четвертая стадия контакта газа с жидкостью. В реакционном объеме осуществляется четвертая стадия контакта газа с жидкостью.

Смесительное устройство для систем газ-жидкость, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, смесители, выполненные в виде разветвляющейся в пространстве трубы, и пять диспергаторов, отличающееся тем, что смесителей может быть от трех до пяти, и они разветвляются плавно под острым углом между собой, причем диспергаторы могут быть представлены одним сплошным.