ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ РЕАКТОР
GAS-LIQUID REACTOR

Изобретение относится к аппаратному оформлению химических процессов, протекающих в газожидкостной среде. Изобретение может быть использовано в химической, лакокрасочной, пищевой промышленности, в частности при приготовлении коллоидных растворов, лаков, красок, связующих, клеев, многокомпонентных смесей.
Известно «Устройство для вспенивания битуминозного связующего» по патенту РФ №2085271, 6МПК B01F 5/00, 1997 г., содержащее пустотелую цилиндрическую камеру, одно из оснований которой имеет патрубок для вывода смеси и присоединенные к камере два входных патрубка для подачи связующего, из которых один установлен тангенциально к камере, а второй - по оси камеры в другом, верхнем основании. Внутри входного патрубка, расположенного по оси камеры, установлен завихритель, выходное отверстие патрубка, расположенного по оси камеры, находится на уровне расположения входного патрубка, установленного тангенциально к камере. Камера снабжена дополнительным патрубком для подачи в нее пенообразователя и приспособлением для дробления пенообразователя на капли. Установка завихрителя внутри патрубка, расположенного по оси камеры, позволяет закрутить струю связующего в сторону, противоположную потоку связующего, подаваемого по патрубку, расположенному тангенциально к камере. При соударении потоки связующего, вращаются в разные стороны, резко турбулизируются, что обеспечивает эффективное смешение.
Недостатком известного устройства по патенту РФ №2085271 является низкая однородность смеси, так как взаимодействие струй компонентов в смесительной камере не позволяет получить частицы с высокой степенью диспергации (достаточно малых размеров), особенно при смешивании высоковязких компонентов.
Известен «Газожидкостный реактор» по патенту РФ №2256495, 7 МПК В01J 10/00, 2004 г., принятый в качестве ближайшего аналога, содержащий вертикальный корпус с патрубками ввода жидкого и газообразного реагентов, патрубком вывода продуктов реакции и размещенный внутри корпуса циклонный эжектор. Циклонный эжектор включает тангенциальный патрубок, соединенный с патрубком ввода жидкого реагента, коаксиальную трубу и сопло, направленное в сторону днища реактора. Верхний конец коаксиальной трубы соединен с патрубком ввода газообразного реагента, а нижний ее конец снабжен лопастным завихрителем и расположен выше среза сопла циклонного эжектора. Тангенциальный патрубок эжектора расположен таким образом, чтобы направление вращения потоков реагентов было одинаковым. Циклонный эжектор установлен вблизи днища реактора на осевом расстоянии от сопла до днища, равном 0,2-0,5 внутреннего диаметра корпуса реактора.
Недостатком известного устройства по патенту РФ №2256495 является низкая однородность реакционной смеси, получаемой в циклонном эжекторе, так как взаимодействие струи жидкого реагента, истекающего из тангенциального патрубка, и газообразного реагента, истекающего из лопастного завихрителя, не позволяет получить частицы с высокой степенью диспергации (достаточно малых размеров).
Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения однородности реакционной смеси за счет увеличения степени диспергации частиц реагентов.
Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что газожидкостный реактор содержит вертикальный круглый корпус, на верхнем днище корпуса установлен патрубок вывода продуктов реакции, на боковой стенке корпуса установлен один или более патрубок ввода жидкого реагента и один или более патрубок ввода газообразного реагента, внутри корпуса ближе к нижнему днищу корпуса установлен направленный в сторону нижнего днища циклонный эжектор, включающий вертикальную корпусную трубу, сужающуюся в направлении нижнего днища, один или более штуцер подвода газообразного реагента, соединенный с патрубком ввода газообразного реагента, один или более тангенциальный штуцер подвода жидкого реагента, соединенный с патрубком ввода жидкого реагента, ось симметрии циклонного эжектора совпадает с осью симметрии корпуса, при этом сверху корпусной трубы циклонного эжектора установлен сопловой блок, включающий сообщающееся с коллекторной полостью одно или более сверхзвуковое сопло подачи газообразного реагента в корпусную трубу, коллекторная полость соединена со штуцером подвода газообразного реагента, тангенциальный штуцер подвода жидкого реагента установлен на корпусной трубе циклонного эжектора на уровне среза сверхзвукового сопла подачи газообразного реагента.
Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ №2256495 тем, что сверху корпусной трубы циклонного эжектора установлен сопловой блок, включающий сообщающееся с коллекторной полостью одно или более сверхзвуковое сопло подачи газообразного реагента в корпусную трубу, коллекторная полость соединена со штуцером подвода газообразного реагента, тангенциальный штуцер подвода жидкого реагента установлен на корпусной трубе циклонного эжектора на уровне среза сверхзвукового сопла подачи газообразного реагента.
Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности реакционной смеси за счет увеличения степени диспергации частиц реагентов.
На фиг.1 представлен продольный разрез газожидкостного реактора, показан вариант циклонного эжектора с сопловым блоком, имеющим одно сопло и один тангенциальный штуцер подвода жидкого реагента.
На фиг.2 показан разрез по А-А фиг.1.
На фиг.3 представлен продольный разрез газожидкостного реактора, показан вариант циклонного эжектора с сопловым блоком, имеющим четыре сопла и два тангенциальных штуцера подвода жидкостных реагентов.
На фиг.4. показан разрез по Б-Б фиг.3.
Газожидкостный реактор (фиг.1) содержит вертикальный круглый корпус 1 (фиг.1-4), на верхнем днище 2 (фиг.1-4) корпуса 1 установлен патрубок 3 (фиг.1, 3) вывода продуктов реакции, на боковой стенке 4 (фиг.1, 3) корпуса 1 установлен один или более патрубок 5 (фиг.1-4) ввода жидкого реагента и один или более патрубок 6 (фиг.1-4) ввода газообразного реагента, внутри корпуса 1 ближе к нижнему днищу 7 (фиг.1, 3) корпуса 1 установлен направленный в сторону нижнего днища 7 циклонный эжектор 8 (фиг.1-4), включающий вертикальную корпусную трубу 9 (фиг.1-4), сужающуюся в направлении нижнего днища 7, один или более штуцер 10 (фиг.1, 3) подвода газообразного реагента, соединенный с патрубком 6 ввода газообразного реагента, один или более тангенциальный штуцер 11 (фиг.1-4) подвода жидкого реагента, соединенный с патрубком 5 ввода жидкого реагента, ось 12 (фиг.1, 3) симметрии циклонного эжектора 8 совпадает с осью 13 (фиг.1, 3) симметрии корпуса 1, при этом сверху корпусной трубы 9 циклонного эжектора 8 установлен сопловой блок 14 (фиг.1-4), включающий сообщающееся с коллекторной полостью 15 (фиг.1, 3) одно или более сверхзвуковое сопло 16 (фиг.1-4) подачи газообразного реагента в корпусную трубу 9, коллекторная полость 15 соединена со штуцером 10 подвода газообразного реагента, тангенциальный штуцер 11 подвода жидкого реагента установлен на корпусной трубе 9 циклонного эжектора 8 на уровне среза 17 (фиг.1-4) сверхзвукового сопла 16 подачи газообразного реагента.
Газожидкостный реактор работает следующим образом. Жидкий реагент через установленный на боковой стенке 4 корпуса 1 патрубок 5 ввода жидкого реагента подают к установленному на корпусной трубе 9 циклонного эжектора 8 тангенциальному штуцеру 11 подвода жидкого реагента. При подаче нескольких жидких реагентов, например двух реагентов №1 и №2 (фиг.3, 4), на боковой стенке 4 корпуса 1 установлено два патрубка 5 ввода жидких реагентов №1 и №2 соответственно, связанных с тангенциальными штуцерами 11 подвода жидких реагентов №1 и №2 соответственно, установленных на корпусной трубе 9 циклонного эжектора 8. Жидкий реагент внутри корпусной трубы 9, двигаясь по касательной к ней, приобретает интенсивное закрученное движение. Газообразный реагент через установленный на боковой стенке 4 корпуса 1 патрубок 6 ввода газообразного реагента подают к установленному на сопловом блоке 14 штуцеру 10 подвода газообразного реагента. Газообразный реагент через штуцер 10 подвода газообразного реагента поступает в коллекторную полость 15 соплового блока 14 и через сверхзвуковое сопло 16 подачи газообразного реагента истекает в виде сверхзвуковой газодинамической струи в корпусную трубу 9. В циклонном эжекторе 8 вращающаяся струя жидкого реагента, движущаяся по периферии корпусной трубы 9, взаимодействует со сверхзвуковой струей 1 газообразного реагента, движущейся вдоль оси 12 циклонного эжектора 8. Вращение струи жидкого реагента в корпусной трубе 9 увеличивает время пребывания жидкого реагента в циклонном эжекторе 8, что повышает интенсивность взаимодействия жидкого и газообразного реагентов. Струя жидкого реагента подвергается интенсивному аэродинамическому воздействию со стороны сверхзвуковой струи газообразного реагента, приводящему к распаду струи жидкого реагента на капли (частицы). При сверхзвуковом режиме истечения газообразного реагента образуется факел распыления с развитой системой скачков уплотнения. Капли жидкого реагента, проходя через скачки уплотнения, дробятся на более мелкие, что приводит к повышению однородности реакционной смеси. В сопловом блоке 14 может быть выполнено несколько сверхзвуковых сопел 16, объединенных коллекторной полостью 15, например четыре сверхзвуковых сопла (фиг.3, 4), при многоструйной подаче газообразного реагента образуется факел распыления с большим числом скачков уплотнения, что увеличивает степень диспергации частиц жидкого реагента и повышает однородность реакционной смеси. По мере падения скорости газодинамической струи в циклонном эжекторе 8 образуется газожидкостный поток с мелкодисперсной пузырьковой структурой. Сильная турбулизация в газожидкостном потоке приводит к интенсивному перемешиванию, диспергированию и гомогенизации частиц реагентов. В результате постадийного процесса дробления, распыления, турбулизации, гомогенизации образуется однородный газожидкостный поток с равномерным распределением реагентов. Тангенциальный штуцер 11 подвода жидкого реагента установлен на корпусной трубе 9 циклонного эжектора 8 на уровне среза 17 сверхзвукового сопла 16 подачи газообразного реагента, так как в донной области соплового блока 14 при сверхзвуковой скорости истечения струи газообразного реагента создается область с низким давлением, способствующая эжекции жидкого реагента. Образовавшаяся в циклонном эжекторе 8 однородная реакционная смесь подается в направлении нижнего днища 7 корпуса 1 газожидкостного реактора. Однородная реакционная смесь, равномерно заполняя корпус 1, начиная от нижнего днища 7, формирует однородный восходящий газожидкостный поток с мелкодисперсной структурой. По мере прохождения реакций в реакционной смеси образуются продукты реакции, которые выводятся через установленный на верхнем днище 2 корпуса 1 патрубок 3 вывода продуктов реакции.
Заявленное изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности реакционной смеси за счет увеличения степени диспергации частиц реагентов.