Газорідинний реактор

Реферат: Газорідинний реактор складається з корпусу апарата з патрубками для введення реагентів та виводу продуктів реакції, по осі апарата пристрій для перемішування, виконаний у вигляді відкритої турбінної мішалки. На горизонтальній осі пристрою для перемішування коаксіально з зазором розміщений кільцевий барботер, на зовнішній частині якого зосереджена перфорація у вигляді прорізей або циліндричних отворів в один або декілька рядів, розташованих в секторах з кутом розкриття 5-45°. UA 77986 U (12) UA 77986 U UA 77986 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв хімічного машинобудування і дозволяє інтенсифікувати процеси абсорбції чи хемосорбції шляхом забезпечення високого газовмісту в об'ємі, що перемішується, завдяки підвищенню ефективності використання газового реагенту за рахунок створення інтенсивної турбулентної зони контакту фаз при проведенні указаних процесів в хімічній, нафтопереробній та інших галузях промисловості. Відомі апарати з турбінними мішалками для проведення газорідинних реакцій описані в технічній літературі [1, 2]. Для введення газового реагенту в реакційний об'єм рідини, як правило, використовуються барботери різних конструкцій. При проведенні реакцій озонування, хлорування в таких апаратах газовий реагент "проскакує" і не повністю вступає в реакцію. Це приводить до низького виходу цільового продукту реакції та неефективного використання об'ємних апаратів. Відома турбінна мішалка, складається з вала з диском, що обертається, периферійна частина якого виконана з загнутими вниз від торцевої поверхні секторними елементами, вигнутими на різні кути та поєднані з лопатями [3]. Таке виконання мішалки дозволяє зменшити швидкість підйому бульбашок газу, що подається у нижню частину апарату. Для того щоб ввести газ у нижню частину апарату, необхідно мати додатковий пристрій у вигляді барботеру та постійно підтримувати тиск, що перевищує стовп рідини в апараті. Для хімічних реакцій введення газу в перемішуючу рідину приводить до значних технологічних ускладнень по підтримці постійного тиску в трубопроводі подачі газового реагенту, а в разі використання апарата для проведення періодичних реакцій це приводить до збільшення витрат газового реагенту та зниження продуктивності апарату. Відомий газорідинний реактор з мішалкою, виконаною у вигляді осьового насосу і пристрою для диспергування газу у вигляді усіченого конусу з перфорацією на вершині та боковими вікнами. Газовий реагент подається через барботер розташований в середині усіченого конусу. Створений мішалкою осьовий потік, який набігає на пристрій для диспергування газу проникаючи в середину втрачає значну частину кінетичної енергії за рахунок різкого повороту напрямку руху, далі змішуючись з газом зустрічає значний гідравлічний опір при вході та виході із перфорованої вершини усіченого конуса. Задачею корисної моделі є інтенсифікація процесу масообміну між газом та рідиною, збільшення виходу цільового продукту за рахунок підвищення ефективності диспергування газової фази в перемішуючий об'єм. Поставлена задача досягається в апараті об'ємного типу, який складається з корпусу апарата з патрубками для введення реагентів та виводу продуктів реакції, на горизонтальній осі пристрою для перемішування коаксіально з зазором розміщений кільцевий барботер, на зовнішній частині якого зосереджена перфорація у вигляді прорізей або циліндричних отворів в один або декілька рядів, розташованих в секторах з кутом розкриття 545°. На фігурах 1, 2, 3 апарат для проведення газорідинних реакцій та його варіанти. Апарат (фіг. 1) для проведення газорідинних реакцій складається з циліндричного корпусу 1 та сферичних кришки 2 і днища 3, по осі якого розміщений вал 4 з закріпленим перемішуючим пристроєм 5 з лопатями 6, коаксіально перемішуючому пристрою з зазором розташований кільцевий розподільчій пристрій 7, виконаний з труби з радіально установленими пластинами 9, на зовнішній частині його (фіг. 2, фіг. 3) зосереджена перфорація 8 в один або декілька рядів у вигляді прорізей або циліндричних отворів, розташованих в секторах з кутом розкриття 5-45°. Кільцевий розподільчий пристрій 7 установлений з зазором від краю лопатей 6, рівним 0,5-1,2 висоти лопаті 6. Пристрій працює таким чином. При обертанні валу 4 лопаті 6 усмоктують рідину, що знаходиться біля перемішуючого пристрою 5 та відкидають її в напрямку до стінки апарату, віддаючи кінетичну енергію. Високошвидкісний турбулентний потік обтікає кільцевий розподільчий пристрій 7 з обох сторін. При цьому швидкість обтікання рідиною розподільчого пристрою 7 по мірі переміщення її від лобової частини до вертикальної осі збільшується. Далі відбувається відрив пограничного шару рідини та утворення вихрової турбулентної зони. На тильній стороні розподільчого пристрою 7 в секторах з кутом 5-45° (фіг. 3) утворюються вихри, в центрі яких виникають зони розрідження. В ці зони розрідження через отвори 8 в кільцевому розподільчому пристрої 7 миттєво усмоктується газовий реагент, який подається через патрубок 10. Це приводить до зменшення гідравлічного тиску необхідного для введення газового реагенту в рідину. Пластини 9 зосереджують турбулентний газорідинний слід в радіальному напрямку тим самим додатково підвищують перемішування газорідинного потоку з вторинним циркуляційним потоком в апараті. Висока турбулентність в гідродинамічному сліду за розподільчим пристроєм дозволяє значно інтенсифікувати процес взаємодії між газовим реагентом і перемішуючою рідиною, тим 1 UA 77986 U 5 10 самим збільшити коефіцієнт масообміну, підвищити ефективність процесу перемішування та використання реакційних продуктів. Порівнювальні випробування відомих пристроїв і запропонованої корисної моделі пристрою для перемішування випробовувалися на лабораторному стенді, де проводили вимірювання середнього газовмісту в апараті і різних його частинах та продуктивності перемішуючого пристрою по газовій фазі. Під час проведення реакції окислення 2,4-динітротолуолу озоноповітряною сумішшю до 2,4-динітробензальдегіду у розчині оцтового ангідриду було досягнуто збільшення виходу 2,4-динітробензальдегіду на витрачений субстрат на 30-40 %. Отримані дані дають можливість зробити висновок, що запропонований пристрій дозволяє значно збільшити ефективність процесу перемішування фаз. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Газорідинний реактор, який складається з корпусу апарата з патрубками для введення реагентів та виводу продуктів реакції, по осі апарата пристрій для перемішування, виконаний у вигляді відкритої турбінної мішалки, який відрізняється тим, що з метою інтенсифікації процесу масообміну між газом та рідиною на горизонтальній осі пристрою для перемішування коаксіально з зазором розміщений кільцевий барботер, на зовнішній частині якого зосереджена перфорація у вигляді прорізей або циліндричних отворів в один або декілька рядів, розташованих в секторах з кутом розкриття 5-45°. 2. Газорідинний реактор за п. 1, який відрізняється тим, що кільцевий барботер установлений на горизонтальній осі відносно перемішуючого пристрою з зазором від краю лопаті, рівним 0,51,2 висоти лопаті перемішуючого пристрою. 3. Газорідинний реактор за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що пристрій для диспергування газу в реакційний об'єм має радіально установлені пластини. 4. Газорідинний реактор за пп. 1, 2, 3, який відрізняється тим, що пластини мають форму кола, прямокутника або квадрата. 2 UA 77986 U 3 UA 77986 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4