Реактор форсуночного типа

 

Изобретение относится к конструкции массообменных устройств и может быть использовано в различных физических и химико-технологических процессах, где требуются высокие скорости массопередачи в газообразных и жидких средах и позволяет интенсифицировать процесс массообмена. В реакторе тангенциальные сопла размещены по периферии вихревой камеры с угловым расстоянием 30 90°, а выходное отверстие вихревой камеры смещено от центра к периферии и расположено под центральным углом 180 240° к первому против направления захода отверстию тангенциального сопла. 4 ил.

Изобретение относится к конструкции массообменных устройств и может быть использовано в различных физических и химико-технологических процессах, где требуются высокие скорости массопередачи. Целью изобретения является интенсификация процесса массообмена. На фиг. 1 показан реактор форсуночного типа, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 1. Реактор содержит корпус с центральным выходным соплом 2 и штуцером 3, крышку корпуса 4 со штуцерами 5 и 6. Внутри корпуса соосно размещены диск 7, цилиндры 8 и 9. В диске 7 имеется кольцевой паз 10 с круглыми отверстиями 11. В теле цилиндра 8 размещены пустотелые цилиндрические вихревые камеры 12 со смещенными к периферии выходными круглыми отверстиями 13, пустотелые цилиндрические впадины-резонаторы 14 и 15, пересекающиеся с вихревыми камерами 12 и образующие в пересечении острые кромки, напротив которых размещены тангенциальные сопла 16 и 17, соединяющие вихревые камеры 12 с подводящими каналами 18 и 19, соответственно. В теле цилиндра 9 соосно с камерами 12 размещены пустотелые цилиндрические вихревые камеры 2 со смещенными к периферии выходными круглыми отверстиями 21, пустотелые цилиндрические впадины-резонаторы 22, пересекающиеся с вихревыми камерами 20 и образующие в пересечении острые кромки, напротив которых размещены тангенциальные сопла 23, соединяющие вихревые камеры 20 с кольцевым пространством 24. Выходные круглые отверстия 21 сообщены с центральной смесительной камерой 25 щелевидными периферийными окнами 26, образованными в пересечении отверстия 21 с камерой 25. Реактор работает следующим образом. Работа осуществляется по принципу гидродинамического массообменного аппарата с использованием кинетической энергии входных потоков и обеспечивает последовательное контактирование компонента а с компонентом б и далее полученной смеси компонентов а и б с компонентом в. При работе реактора компонент а под избыточным давлением поступает через штуцер 5, подводящий канал 18, тангенциальные сопла 16 в вихревые камеры 12, набегая на острые кромки, делясь на два потока, распределяемые по стенкам вихревой камеры 12 и впадины-резонатора 14, и приобретая в них угловые скорости вращения. Вращающийся поток, выходящий из впадины-резонатора 14, пересекается с основным потоком, входящим в камеру 12 через сопло 16, генерируя при этом упругие колебания, направленные в полость вихревой камеры 12. Компонент б также под избыточным давлением поступает через штуцер 6, кольцевой паз 10, круглые отверстия 11, подводящие каналы 19, тангенциальные сопла 17 в вихревые камеры 12, набегая на острые кромки, делясь на два потока, распределяемые по стенкам вихревой камеры 12 и впадины-резонатора 15, и приобретая в них угловые скорости вращения. Вращающийся поток, выходящий из впадины-резонатора 15, пересекается с основным потоком, входящим в камеру 12 через сопло 17, создавая при этом упругие колебания, направленные в полость вихревой камеры 12. В полости вихревой камеры 12 упругие колебания, создаваемые потоками компонентов а и б, суммируются и, имея одностороннее направление вращения, усиливаются, обеспечивая интенсивный массообмен в активной зоне образования упругих колебаний. Полученная смесь компонентов а и б поступает далее через смещенные к периферии выходные круглые отверстия 13 в вихревые камеры 20. Компонент в под избыточным давлением поступает через штуцер 3 в кольцевое пространство 24 и по тангенциальным соплам 23 в вихревые камеры 20, набегая на острые кромки, делясь на два потока, распределяемые по стенкам вихревой камеры 20 и впадины-резонатора 22, и приобретая в них угловые скорости вращения. Вращающийся поток, выходя из впадины-резонатора 22, пересекается с основным потоком, выходящим из сопла 23, создавая при этом упругие колебания, направленные в полость вихревой камеры 20 в зону поступления вихревого потока смеси компонентов а и б. Входящие в вихревую камеру потоки имеют одностороннее вращение, за счет чего энергия их колебаний суммируется и усиливается, обеспечивая интенсивный массообмен компонентов реакционной смеси. Вихревые потоки реакционной смеси из камер 20 по размещенным на их периферии выходным круглым отверстиям 21 поступают в центральную камеру 25 через щелевидные периферийные окна 26. При срыве потоков с острых кромок окон в центральной камере 25 образуются зоны с периодически изменяющимся давлением, приводя к усилению упругих колебаний суммарного вихревого потока, выводимого из реактора через сопло 2. Таким образом, расположение входных отверстий тангенциальных сопел по периферии вихревой камеры с угловым расстоянием между ними 30-90^о, а также смещение выходного круглого отверстия вихревой камеры от центра к периферии в радиальном направлении и расположение его под углом 180-240^о по отношению к первому против направления захода входному отверстию тангенциального сопла, позволяет эффективнее использовать энергию упругих колебаний, создаваемых потоками, непосредственно в вихревой камере, и тем самым интенсифицировать процесс массопередачи. Дополнительным преимуществом предложенного устройства является возможность осуществления в нем последовательного ступенчатого контактирования трех и более компонентов, участвующих в процессе массообмена. Предложенное устройство позволяет осуществлять многие физические процессы смесеобразования, эмульгирования, растворения и др. а также химические реакции с применением катализаторов, теплоносителей, распылителей и т.д. в гомогенных системах жидкость-жидкость-жидкость, газ-газ-газ и в гетерогенных системах жидкость-жидкость-газ, жидкость-газ-газ. Область применения предложенного устройства разнообразна. Его можно использовать во многих каталитических процессах, где требуется предварительное тонкое диспергирование катализаторов в среду одного из компонентов, участвующих в химической реакции. Кроме того, устройство предназначается для осуществления непрерывных химико-технологических процессов, где для предупреждения развития побочных реакций требуется непродолжительное время контакта взаимодействующих компонентов. Примеры использования предложенного реактора форсуночного типа в непрерывных химико-технологических процессах: П р и м е р 1. Применение устройства для интенсификации и процесса карбонатного омыления оксидат в производстве синтетических жирных кислот с целью углубления реакции. Оксидат и раствор карбоната натрия под избыточным давлением подаются по тангенциальным соплам 16 и 17 в вихревые камеры 12, где образуется смесь указанных компонентов, поступающая затем в вихревые камеры 20. В них смесь взаимодействует с водяным паром, подаваемым в камеры 20 под избыточным давлением через тангенциальные сопла 23. Реакционная смесь поступает далее в центральную смесительную камеру 25, где завершается реакция омыления и продукты реакции выводятся через сопло 2 в сепаратор, где происходит разделение жидких и газообразных продуктов реакции. П р и м е р 2. Применение устройства для интенсификации процесса окисления гудрона в производстве нефтяных битумов с целью улучшения их качества и повышения производительности установки. Гудрон и водяной пар под избытком давления подается по тангенциальным соплам 16 и 17 в вихревые камеры 12, где взаимодействуют, и образовавшаяся парожидкостная смесь поступает далее в вихревые камеры 20. В этих камерах смесь воздействует с воздухом, подаваемым сюда же под избыточным давлением по тангенциальным соплам 23, и окисляется. Реакция окисления продолжается в центральной смесительной камере 25, а продукты окисления выводятся через сопло 2 в аппарат, где производится снятие тепла реакции и отделение газообразных продуктов реакции от жидких. П р и м е р 3. Применение устройства для интенсификации процесса карбонатации нейтрального сульфоната кальция в производстве сульфонатных присадок. Нейтральный сульфонат кальция и смеси с известью-пушонкой и уксусная кислота (промотор реакции карбонатации) под избыточным давлением подаются по тангенциальным соплам 16 и 17 в вихревые камеры 12, где взаимодействуют с образованием реакционной смеси, которая поступает затем в вихревые камеры 20. В них смесь взаимодействует с углекислым газом, подаваемым в камеры 20 по тангенциальным соплам 23 под избыточным давлением. При взаимодействии компонентов реакционной смеси в камерах 20 и затем в центральной смесительной камере 25 образуется дисперсия карбоната кальция, стабилизированная нейтральным сульфонатом кальция. Продукты карбонатации поступают далее через сопло 2 на стабилизацию (отделение газообразных продуктов) и очистку от механических примесей. П р и м е р 4. Применение устройства для интенсификации процесса карбонатации алкилсалициловых кислот в производстве алкилсалициловых присадок. Бензиновый раствор алкилсалициловых кислот в минеральном масле и растворенную в метаноле известь-пушонку подают под избыточным давлением по тангенциальным соплам 16 и 17 в вихревые камеры 12, где при их взаимодействии образуется тонкодиспергированная суспензия извести-пушонки в бензиновом растворе алкилсалициловых кислот и минерального масла, в присутствии промотора реакции метанола. Реакционная смесь далее поступает в вихревые камеры 20, где взаимодействует с углекислым газом, подаваемым в эти камеры под избыточным давлением по тангенциальным соплам 23. В камерах 20 и 25 образуется дисперсия карбоната кальция, стабилизированная алкилсалицилатом кальция в минеральном масле, которая через сопло 2 выводится из реактора и направляется далее на очистку от механических примесей, отгонку метанола и бензина. Размеры деталей реактоpа форсуночного типа определяются расчетным путем, с учетом требуемой производительности, соотношения компонентов, их гидродинамических параметров и физических характеристик, с учетом технологических параметров процесса и др. От использования изобретения ожидаются экономический эффект в народном хозяйстве за счет: интенсификации процессов химической, нефтехимической технологии; увеличения выхода и снижения себестоимости целевой продукции, снижения металлоемкости производственных процессов, экономии сырья и реагентов, упрощение технологических схем производственных процессов, снижения затрат на обслуживание и ремонт. Использование устройства только в одном процессе карбонатного омыления оксидата на установке получения синтетических жирных кислот за счет экономии содопродуктов дает значительный экономический эффект.

Формула изобретения

РЕАКТОР ФОРСУНОЧНОГО ТИПА, содержащий корпус с центральным выходным соплом и крышку с патрубками, диск, образующий с крышкой корпуса подводящие каналы, цилиндр, заключенный между диском и выходным соплом корпуса с размещенными в нем пустотелой цилиндрической вихревой камерой и резонаторами, сообщенными тангенциальными соплами с подводящими каналами, центральную смесительную камеру, сообщенную с вихревой камерой посредством круглого отверстия, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена, отверстия тангенциальных сопл по периферии вихревой камеры размещены с угловым расстоянием 30 90^o, а выходное отверстие вихревой камеры смещено в радиальном направлении от центра камеры к ее периферии и расположено под центральным углом 180 240^o по отношению к первому, против направления захода, отверстию тангенциального сопла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4