Газожидкостной реактор

Газожидкостной реактор

Реферат

 

Изобретение относится к химической и нефтехимической промышленности, в частности к реакторам, в которых протекают процессы взаимодействия газ - жидкость, например процессы окисления углеводородного сырья кислородом воздуха. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы реактора за счет сохранения высокой степени диспергирования при изменении расхода сырья. Реактор содержит вертикальный цилиндрический корпус с установленным в средней части кавитационно-вихревым аппаратом, выполненным в виде смесительной и пенной камер, соединенных посредством сужающегося сопла. Патрубок подвода сырья расположен по оси смесительной камеры на расстоянии 20-55 мм от сужающегося сопла и выполнен в виде сопла, на выходе которого установлен кавитатор-рассекатель. Кавитатор-рассекатель выполнен в виде цилиндра с конусной вершиной, образующая которого имеет радиус 8-15 мм, и установлен на подпружиненном кольце с возможностью возвратно-поступательного перемещения, соединенном посредством шпилек с соплом подвода сырья. Имеется патрубок тангенциального подвода газа, а в патрубке подвода сырья расположено закручивающее устройство. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к химической и нефтехимической промышленности, в частности к газожидкостным реакторам, в которых протекают процессы взаимодействия газ - жидкость, например процессы окисления углеводородного сырья кислородом воздуха.

Известен реактор для окисления углеводородов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена разделительная перегородка, закрепленные в ней сливные стаканы и барботажные трубы с размещенными над ними колпачками и смонтированными в нижней части соплами, выходные отверстия которых расположены выше нижней кромки трубы, распределительная тарелка и распылитель, технологические штуцеры и опору, причем по всей высоте внутри барботажных труб выполнены отверстия, при этом сечение труб имеет форму усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх, сливные стаканы снабжены резьбовыми муфтами, а распылитель расположен над распределительной тарелкой.

Недостатками известного реактора являются низкая эффективность смешения, недостаточное время контакта фаз - авторское свидетельство СССР N 1247074, кл. В 01 J 10/00, 1986.

Известен газожидкостной реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена разделительная перегородка, закрепленные в ней сливные стаканы с размещенными над ними колпачками, и патрубки для ввода сырья и воздуха, снабженный установленными в средней части корпуса кавитационно-вихревым аппаратом, выполненным в виде смесительной и пенной камер, где смесительная камера снабжена патрубком для ввода сырья, расположенным по оси смесительной камеры, выполненным в виде сопла с кавитационным кольцом и патрубком для тангенциального подвода воздуха и соединенного посредством сужающегося сопла с пенной камерой - патент РФ N 1806002, кл. В 01 J 10/00, 1993.

Недостатком такого реактора является низкая эффективность диспергирования сырья в камере смешения, обусловленная тем, что энергия потока не полностью используется для диспергирования сырья в воздухе, 20-30% асимметрично направленного потока сырья, прошедшего через кавитационное кольцо, попадает в зону "пустой" воронки, образованной тангенциально вводимым потоком воздуха. В пенной камере после сужающегося сопла образуется мертвая зона, которая не принимает участия в образовании коалесценции пузырьков воздуха.

Наиболее близким аналогом изобретения является известный газожидкостной реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с установленным в средней части корпуса кавитационно-вихревым аппаратом, выполненным в виде смесительной и пенной камер, соединенных между собой посредством сужающегося сопла, патрубок для подвода сырья, расположенный по оси смесительной камеры на расстоянии 20-55 мм от сужающегося сопла, соединяющего смесительную камеру с пенной камерой, выполненный в виде сопла, на выходе которого установлен кавитатор-рассекатель, патрубок тангенциального подвода газа, причем кавитатор-рассекатель выполнен в виде цилиндра с конусной вершиной, образующая которого имеет радиус кривизны 8-15 мм, и установлен на расстоянии 4-10 мм от сопла подвода сырья, диффузор которого имеет ответный тот же радиус кривизны 8-15 мм - патент РФ N 2143314, кл. В 01 J 10/00, 1999.

Указанный известный реактор обеспечивает увеличение времени пребывания газовой фазы в зоне реакции и увеличение диспергации за счет отработки потока в кавитационно-вихревом аппарате и за счет смешения противотоков сырья и газа. Однако в нем рассекатель для диспергирования сырья в газовой фазе установлен неподвижно на расстоянии 4-10 мм от сопла подачи сырья, т.е. проходное сечение рассчитано на среднюю минимальную производительность. Поэтому при уменьшении подачи сырья эффективность диспергирования уменьшается. Проходное сечение между кавитатором-рассекателем и соплом препятствует эффективному диспергированию и при увеличении подачи сырья, т.к. 70-80% сырья проходит через периферийные отверстия неподвижного кольца, к которому жестко прикреплен кавитатор-рассекатель, а 20-30% сырья - через центральное отверстие кавитационного кольца.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы реактора за счет увеличения межфазного взаимодействия, активации углеводородного сырья кавитационным полем, времени контакта, объема реакционной зоны в пенной камере и сохранения высокой степени диспергирования при изменении расхода сырья.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в газожидкостном реакторе, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с установленным в средней части корпуса кавитационно-вихревым аппаратом, выполненным в виде смесительной и пенной камер, соединенных между собой посредством сужающегося сопла, патрубок тангенциального подвода газа, патрубок для подвода сырья, расположенный по оси смесительной камеры на расстоянии 20-55 мм от сужающегося сопла, выполненный в виде сопла, диффузор которого имеет радиус кривизны 8-15 мм, на выходе из сопла на расстоянии 2-10 мм от него установлен кавитатор-рассекатель, выполненный в виде цилиндра с конусной вершиной, образующая которого имеет радиус кривизны 8-15 мм, кавитатор-рассекатель для обеспечения возвратно-поступательного перемещения прикреплен к подпружиненному кольцу, соединенному при помощи шпилек с соплом подвода сырья.

Сопло пенной камеры имеет конфузор, переходящий в проточную камеру, и диффузор, имеющий один и тот же угол сопряжения 100-130^o с конфузором пенной камеры.

В патрубке подвода сырья расположено закручивающее устройство с углом наклона лопаток 20-45^o.

На фиг. 1 представлен общий вид газожидкостного реактора; на фиг.2 - установленный в средней части корпуса кавитационно-вихревой аппарат. Газожидкостной реактор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, в средней части которого установлен кавитационно-вихревой аппарат 2, патрубок тангенциального подвода газа 3, патрубок 4 подачи сырья к кавитационно-вихревому аппарату 2 через сопло 5, на выходе которого расположен кавитатор-рассекатель 6, закрепленный на кольце 7, снабженном пружинами 8, соединенном посредством шпилек 9 с соплом подвода сырья, смесительную камеру 10, пенную камеру 11 с соплом 12, переходящим конфузором 13 в проточную камеру 14, и диффузор 15.

Газожидкостной реактор работает следующим образом. Сырье подается через патрубок 4 к кавитационно-вихревому аппарату 2, где, проходя через закручивающее устройство (не показано), попадает в сопло 5, где закрученный в обратном направлении поток сырья, соударяясь о кавитатор-рассекатель 6, открывает проходное сечение диффузора сопла 5 подачи сырья за счет сжатия под давлением жидкости пружин 8, соединенных с кольцом 7, на котором расположен кавитатор-рассекатель 6, и попадает в смесительную камеру 10, в закрученный объем газа, который подводится тангенциально по патрубку 3.

При уменьшении расхода сырья и, следовательно, уменьшении давления жидкости на кавитатор-рассекатель 6 последний уменьшает проходное сечение диффузора сопла 5 за счет разжатия пружин 8.

В результате взаимодействия двух закрученных против друг друга потоков происходит интенсивное диспергирование сырья в газовой фазе и вывод газожидкостной смеси через сужающееся сопло в пенную камеру. В пенной части кавитационно-вихревого аппарата скорость движения потока уменьшается за счет увеличения диаметра. Происходит коалесценция части пузырьков, в результате чего их размер увеличивается до 5-8 мм. Пузырьки этого диаметра за счет силы выталкивания движутся вверх, но закрученный поток из аппарата направляет их движение вниз. В результате уравновешивания этих двух сил происходит образование пенного режима с развитой поверхностью контакта жидкой и газовой смеси. Часть пузырьков через отверстия в конфузоре пенной камеры реактора всплывает в верхнюю часть колонны. Нескоалесцированные пузырьки выносятся с нижней кромки пенной части аппарата и всплывают по периферии корпуса реактора. Выполнение кольца, на котором установлен кавитатор-рассекатель, подпружиненным, с возможностью возвратно-поступательного перемещения обеспечивает эффективную работу реактора независимо от изменения подачи сырья и производительности аппарата. Подвижный кавитатор-рассекатель обеспечивает саморегулирование проходного сечения в зависимости от подачи сырья и эффективную работу аппарата в целом, а реактор обеспечивает сохранение высокой степени диспергирования при изменении расхода сырья.

Формула изобретения

1. Газожидкостной реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с установленным в средней части корпуса кавитационно-вихревым аппаратом, выполненным в виде смесительной и пенной камер, соединенных между собой посредством сужающегося сопла, патрубок тангенциального подвода газа, патрубок для подвода сырья, расположенный по оси смесительной камеры на расстоянии 20-55 мм от сужающегося сопла, выполненный в виде сопла, диффузор которого имеет радиус кривизны 8-15 мм, на выходе из сопла на расстоянии 4-10 мм от него установлен кавитатор-рассекатель, выполненный в виде цилиндра с конусной вершиной, образующая которого имеет радиус кривизны 8-15 мм, отличающийся тем, что кавитатор-рассекатель для обеспечения возвратно-поступательного перемещения прикреплен к подпружиненному кольцу, соединенному при помощи шпилек с соплом подвода сырья.

2. Газожидкостной реактор по п.1, отличающийся тем, что сопло пенной камеры имеет конфузор, переходящий в проточную камеру и диффузор, имеющий один и тот же угол сопряжения 100-130^o с конфузором пенной камеры.

3. Газожидкостной реактор по п.1, отличающийся тем, что в патрубке подвода сырья расположено закручивающее устройство с углом наклона лопаток 20-45^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2