Турбулентный реактор смешения
Владельцы патента RU 2626205:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВО "ЯГТУ") (RU)
Изобретение относится к смесителям, предназначенным для проведения различных тепло- и массообменных процессов в нефтехимической, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме реакционной среды. Турбулентный реактор смешения включает цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов, разделенный по длине чередующимися коаксиальными конфузорно-диффузорными элементами. Конфузорно-диффузорные элементы выполнены в каждом сечении, перпендикулярном оси их материальной симметрии, в виде сжатых овалов, длина периметров овалов равна периметру сечения цилиндрического корпуса. Продольная ось реактора может быть выполнена по спирали Архимеда или по винтовой линии. Большие оси овалов зауженных сечений смежных конфузорно-диффузорных элементов могут быть выполнены перпендикулярными друг к другу. Изобретение обеспечивает уменьшение габаритных размеров турбулентного реактора смешения, повышение эффективности процессов перемешивания и диспергирования суспензий и эмульсий. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к смесителям, предназначенным для проведения различных тепло- и массообменных процессов в нефтехимической, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме реакционной среды.
Известен смеситель (Авторское свидетельство СССР №1556728, 1974, В01F 5/04), включающий цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов, разделенный по длине чередующимися коаксиальными конфузорно-диффузорными элементами. Основным недостатком смесителя является то, что он достаточно сложен в конструктивном исполнении.
Известно устройство для приготовления неэтилированного бензина (Свидетельство на полезную модель РФ №11098, 1999, В01F 5/04), включающее цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов, разделенный по длине чередующимися коаксиальными конфузорно-диффузорными элементами. Основным недостатком данного устройства является то, что он сложен по конструкции и имеет значительную длину.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению является турбулентный реактор смешения гетерогенных смесей (Патент РФ №2298430, 2007, В01F 5/00), прототип, включающий цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов, разделенный по длине чередующимися коаксиальными конфузорно-диффузорными элементами. К основным недостаткам данного реактора следует отнести сложность его конструктивного исполнения и трудности в сокращении его габаритов.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, сокращение затрат на его изготовление, уменьшение его габаритных размеров, повышение эффективности процессов перемешивания и диспергирования суспензий и эмульсий.
Решение указанной задачи достигается тем, что конфузорно-диффузорные элементы выполнены в каждом сечении, перпендикулярном оси их материальной симметрии в виде сжатых овалов, длина периметров овалов равна периметру сечения цилиндрического корпуса. В турбулентном реакторе смешения по п. 1 продольная ось реактора может быть выполнена по спирали Архимеда или по винтовой линии. В турбулентном реакторе смешения по пп. 1, 2 большие оси овалов зауженных сечений смежных конфузорно-диффузорных элементов могут быть выполнены перпендикулярными друг к другу.
На фиг. 1 изображен турбулентный реактор смешения, общий вид; на фиг. 2 - турбулентный реактор смешения с продольной осью, выполненной по спирали Архимеда; на фиг. 3 - турбулентный реактор смешения с большими осями овалов зауженных сечений смежных конфузорно-диффузорных элементов, выполненных перпендикулярно друг к другу.
Заявляемый турбулентный реактор смешения состоит из цилиндрического корпуса 1, патрубков для подачи реагентов 2. Корпус 1 разделен по длине чередующимися коаксиальными конфузорными 3 и диффузорными 4 элементами. Чередование элементов выполнено таким образом, что наибольшие площади сечений конфузорных элементов 3 равны площади сечения цилиндрического корпуса 1 и совпадают со смежными наибольшими сечениеми диффузорных элементов 4. Конфузорные 3 и диффузорные 4 элементы выполнены в каждом сечении, перпендикулярном оси их материальной симметрии в виде сжатых овалов 5, 6. Площади сечений овалов 5 в зауженных частях конфузорных 3 и диффузорных 4 элементах является наименьшими. Необходимые конфигурации овалов сформированы путем радиального сжатия цилиндрического корпуса реактора 1, который может быть изготовлен из цилиндрической трубы. При этом во всех сечениях длина периметров овалов равна периметру сечения цилиндрического корпуса.
С целью уменьшения габаритов турбулентного реактора смешения его продольная ось может быть выполнена по криволинейной траектории, например по спирали Архимеда (фиг. 2) или по винтовой линии (на чертеже не показана).
С целью интенсификации процессов смешения и диспергирования турбулентный реактор смешения может быть изготовлен таким образом, чтобы большие оси овалов зауженных сечений смежных конфузорно-диффузорных элементов были выполнены под углом 90 градусов друг к другу (фиг. 3).
Турбулентный реактор смешения работает следующим образом.
Основной реакционный поток подается в цилиндрический корпус 1 реактора. Чередование турбулентных элементов выполнено таким образом, чтобы подвергнуть жидкостный поток сначала сжатию при прохождении конфузоров 3, а затем расширению в диффузорах 4. В зонах наименьших зауженных сечений 5 через патрубки 2 осуществляется непрерывная подача других реагентов. При этом наблюдается интенсивное перераспределение реагентов во внутреннем объеме реактора. Пределом увеличения сечения прохода потока является площадь внутреннего сечения цилиндрического корпуса реактора (сечение В-В). Последовательное чередование конфузорно-диффузорных элементов по длине реактора позволяет организовать пульсационный режим контактирования реагентов при условии сохранения стабильного развитого турбулентного взаимодействия.
Все варианты конструктивного исполнения турбулентного реактора смешения работают аналогично и позволяют повысить эффективность процессов перемешивания и диспергирования реагентов, в том числе, когда это необходимо за счет рациональной компановки цилиндрических, конфузорно-диффузорных элементов.
Указанные преимущества предлагаемого турбулентного реактора смешения, по сравнению с известными, обеспечиваются новой совокупностью конструктивных элементов.
Изготовление турбулентного реактора смешения в данном случае возможно из обычной цилиндрической трубы, что позволяет не только сократить затраты на его изготовление более чем в два раза, значительно уменьшить его габариты, но и повысить эффективность процессов перемешивания и диспергирования реагентов. Эти преимущества обусловлены тем, что изготовление конфузорно-диффузорных элементов и цилиндрического корпуса не требует применения прецизионного оборудования. Выполнение оси реактора по криволинейной траектории не требует специальной оснастки, так как сначала можно придать трубе заданную конфигурацию, а затем путем радиального сжатия трубы в нужных местах и под определенными углами сформировать на ней необходимые конфузорно-диффузионные элементы. Конфузорно-диффузорные элементы реактора, выполненные в виде сжатых овалов, обеспечивают не только необходимые условия сжатия и расширения потока жидкости, но и повышают эффективность радиального перемешивания в них жидкости за счет неосесимметричного ее движения, образования развитого ее вихревого движения по сравнению с аналогами и прототипом.
1. Турбулентный реактор смешения, включающий цилиндрический корпус с патрубками для подачи реагентов, разделенный по длине чередующимися коаксиальными конфузорно-диффузорными элементами, отличающийся тем, что конфузорно-диффузорные элементы выполнены в каждом сечении, перпендикулярном оси их материальной симметрии, в виде сжатых овалов, длина периметров овалов равна периметру сечения цилиндрического корпуса.
2. Турбулентный реактор смешения по п. 1, отличающийся тем, что продольная ось реактора выполнена по спирали Архимеда или по винтовой линии.
3. Турбулентный реактор смешения по пп. 1, 2, отличающийся тем, что большие оси овалов зауженных сечений смежных конфузорно-диффузорных элементов выполнены перпендикулярными друг к другу.
