СМЕСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИСТЕМЫ 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 промышленности и др.
Наиболее перспективные методы интенсификации газожидкостных процессов: инверсия фаз, использование входных и концевых эффектов, соударение, закручивание, взаимная эжекция потоков, наложение пульсаций и др.
Известно устройство, в котором используются многие из этих методов интенсификации [авт. свид. СССР №1263330 (МКП ВО IF 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 (МКП ВО 1 F 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 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.
Цель изобретения: интенсификация процесса массообмена путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления за счет подвижной насадки, помещенной в реакционный объем.
На чертеже изображено предложенное смесительное устройство для системы газ - жидкость.
Смесительное устройство содержит корпус 1, инжекционную камеру 2, распылитель жидкости 3, соосно установленный смеситель 4, выполненный в виде вертикальной трубы, диспергатор 5, расположенный перпендикулярно к оси трубы, и подвижную насадку 6, помещенную в реакционный объем.
Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель 3, распыливается и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. Образовавшаяся газожидкостная смесь походит через смеситель 4. 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. Затем образовавшая смесь распределяется по реакционному объему аппарата, куда помещена подвижная насадка. В реакционном объеме осуществляется третья стадия контакта газа с жидкостью. Плотность материала насадки должна быть на 10... 40% больше плотности жидкости. При меньших значениях плотности - насадка всплывает на поверхность реакционного объема, при больших - находится внизу реакционного объема, т.к. кинетической энергии вытекающей газожидкостной смеси недостаточно для подъема насадки.
Помещенная в рабочий объем насадка значительно интенсифицирует процесс массопереноса, увеличивая поверхность контакта фаз за счет собственной поверхности, а также за счет обновления межфазной поверхности в результате соударения насадки с газовыми пузырьками.