CS246902B1 - Zařízení k míšení a vzájemnému působení omezeně mísitelných tekutin - Google Patents

Abstract

Podstatou řešení je zařízení k míšení a vzájemnému působení omezeně mísitelných tekutin, které je tvořeno směšovačem cyklonového typu, opatřeného na straně vstupu proudů prvním vstupním hrdlem nosné fáze a druhým vstupním hrdlem nosné fáze, vstupním hrdlem dispergované fáze a výstupním hrdlem pro odvod reakční směsi. Přitom první vstupní hrdlo nosné fáze je na směšovač napojeno tangenciálně, druhé vstupní hrdlo nosné fáze je vyvedeno axiálně do středu čela směšovače, vstupní hrdlo dispergované fáze je v prostoru směšovače provedeno soustředně kolem osy směšovače ve tvaru kruhové štěrbinové trysky s průměrem rovným průměru druhého vstupního hrdla nosné fáze a hrdlo pro odvod reakční směsi je umístěno v ose směšovače proti druhému vstupnímu hrdlu nosné fáze a vstupnímu hrdlu dispergované fáze. Přitom podíl axiálního vstupu nosné fáze.je v rozmezí 0,05 až 0,4 celkového objemu proudícího druhým vstupním hrdlem nosné fáze a zbytek 0,58 až 0,95 objemu nosné fáze je určen pro vstup do prvního vstupního hrdla nosné fáze. Průměr druhého vstupního hrdla nosné fáze je 0,5 až 0,8 průměru hrdla pro odvod reakční směsi, jehož průměr je nejvýše 0,8 průměru směšovače.

Description

Vynález se týká zařízení k míšení a vzájemnému působení omezeně mísitelných tekutin, které jsou přiváděny do směšovacího zařízení třemi proudy.

Směšování tekutin se provádí buá v reaktorech opatřených míchadlem či jiným zařízením pro cirkulaci směsi, nebo pro omezeně mísitelné kapaliny, zvláště při větších rozdílech měrné hmotnosti složek, a u kapalin s vyšší viskozitou, v zařízeních pracujících na principu změny toku jednotlivých proudů a prudké rotace směsi, někdy s využitím značných tlakových spádů.

Tak například podle US patentu č. 1 842 877 lze v cyklonovém směšovači s tangenciálním vstupem komponent dosáhnout dokonalých emulzí asfaltu. Vyšší nároky na směšování jsou kladeny v případě, že současně se směšováním probíhá i reakce složek, jejíž průběh závisí na rychlosti provedení smíchání. Uvedenou problematiku řeší US patent č. 2 043 108 a US patent č. 2 769 000, který využívá k míchání a reakci složek cyklonového směšovače ve vazbě na míchaný reaktor, kde výstupní rotující proud ze směšovače přebírá i funkci míchadla reaktoru. Urychlení průběhu a ukončení reakce řeší čs. AO č. 161 291 kombinaci cyklonového směšovače s reakční rourou provedením celého průběhu reakce za prudké rotace a postupného toku reagující směsi.

Poměrně nízkou spotřebou energie a nízkými tlakovými spády se vyznačují směšovače typu Venturiho trubice, nebo směšovače podle čs. AO 216 592 a čs. AO 230 362, které vyhovují pro jednoduché směšování kapaliny, směšováni dvoufázových systémů, nebo například k provedení neutralizačních reakcí v systému kapalina-kapalina. Jejich předností v promíchávání změnou rychlosti proudění a útlumová místa zajištovahá rozdíly rychlostí toku jednotlivých proudů, které se efektivně uplatňují u jednoduchého směšování, jsou naopak značně nevýhodné pro reakce, kde je nutno nemísitelné a přitom prudce reagující složky nejen smíchat, ale až do ukončení reakce neustále udržovat v prudké turbulenci.

Uvedené postupy a zařízeni cyklonového typu pracují spolehlivě, pokud se uplatňuje v dostatečné míře emulgační účinek výstupního hrdla cyklonu a vliv rotace směsi kolem osy cyklonu.

_v v 2 v 3 3

Při zvětšování výkonu cyklonových směšovačů na hodnoty nosné fáze řádově 10 až 10 m /h a při úměrném zvětšování průměru výstupního hrdla cyklonu nad 10 m, snižuje se již rychlost rotující kapaliny kolem jádra cyklonu a také emulgační účinek výstupního hrdla cyklonu. Současně je průvodním jevem zvětšování průměru vzdušného jádra kolem osy cyklonu v závislosti na průměru výstupního hrdla.

Za těchto podmínek, zvláště když dispergovaná fáze má nižší měrnou hmotnost než nosná fáze, nelze již dokonale zvládnout průběh rychlých reakcí, jako například přesmyk cyklických C-6-oximů na příslušné laktamy v prostředí kyseliny sírové. Nedokonalé promícháváni fází a nesprávný průběh reakce lze pak vysvětlit působením odstředivých sil rotujících vrstev kapaliny v cyklonu, kdy dispergovaná fáze s nižší měrnou hmotností zůstává na okraji vzdušného jádra cyklonu a v tomto uspořádání prochází i výstupním hrdlem cyklonu.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení k míšení a vzájemnému působení omezeně mísitelných tekutin podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno směšovačem cyklonového typu., opatřeného na straně vstupu proudů prvním vstupním hrdlem nosné fáze a druhým vstupním hrdlem nosné fáze, vstupním hrdlem dispergované fáze a výstupním hrdlem pro odvod reakční směsi. Přitom prvé vstupní hrdlo nosné fáze je na směšovač napojeno tangenciálně, druhé vstupní hrdlo nosné fáze je vyvedeno axiálně do středu čela směšovače, vstupní hrdlo dispergované fáze je v prostoru směšovače provedeno soustředně kolem osy směšovače ve tvaru kruhové štěrbinové trysky s průměrem rovným průměru druhého vstupního hrdla nosné fáze a hrdlo pro odvod reakční směsi je umístěno v ose směšovače proti druhému vstupnímu hrdlu nosné fáze a vstupnímu hrdlu dispergované fáze.

Přitom podíl axiálního vstupu fáze je v rozmezí 0,05 až 0,4 celkového objemu proudícího druhým vstupním hrdlem nosné fáze a zbytek 0,58 až 0,95 objemu nosné fáze je určen pro vstup do prvního vstupního hrdla nosné fáze. Průměr druhého vstupního hrdla nosné fáze je 0,5 až

0,8 průměru hrdla pro odvod reakční směsi, jehož průměr je nejvýše 0,8 průměru směšovače. Délka cyklonového směšovače dosahuje dvoj- až trojnásobku vlastního průměru. Je určována dobou reakce, potřebnou k jejímu provedení a v krajních mezích se pohybuje od jednonásobku průměru až po délku několika metrů.

Na přiloženém výkrese je na obr. 1 schematicky znázorněno zařízení podle vynálezu, kde 1_ je směšovač, 2 první vstupní hrdlo nosné fáze, 2 druhé vstupní hrdlo nosné fáze, £ vstupní hrdlo dispergované fáze a _5 hrdlo pro odvod reakční směsi. Na obr. 2 je pak stejné zařízení pouze s vyznačením oblasti 6 nejvyšší turbulence.

Zařízení k míšení podle vynálezu se vyznačuje jednoduchostí, přičemž uvedeným postupem lze dosáhnout promísení i jinak obtížně mísitelných tekutin. Současně to umožňuje zvládnout i velmi rychlé reakce, jako například provedení Beckmannova přesmyku cyklohexanonoximu v prostředí olea.

Další výhodou je zajištění průběhu reakce v místě nejvyšší tangenciální rychlosti rotující kapaliny a odvod vznikajícího tepla reakce směrem k okraji i k ose směšovače 1_ v důsledku odstředivé síly kapaliny uváděné druhým vstupním hrdlem 3 nosné fáze do jádra směšovače a jejího působení směrem k okraji, přičemž proud dispergované fáze, uváděný hrdlem £ dispergované fáze, je vytlačován do oblasti 6 nejvyšší turbulence.

Vliv vyplňování jádra rotující kapaliny umožňuje jednak dokonalé promíchání a proreago2 3 3 vání směsi i u velkých průtoků nosné fáze řádově 10 až 10 m . Navíc promíchávání v zařízení podle vynálezu je tak dokonalé, že umožňuje prodlužování směšovacího zařízení ve srovnání s dosud používanými cyklonovými směšovači do té míry, že lze provést spojení cyklonového směšovače a navazující reakční roury, například podle čs. AO 161 291, do jednoho prostoru, což má za následek podstatné snížení jinak nutných tlakových spádů reagujících proudů a další zvyšování kapacity zařízení při zachování účinnosti směšování a vzájemného působení proudů.

Příklad provedení

Do směšovače 1, cyklonového typu o průměru 0,35 a délce 1,2 m bylo za hodinu na straně vstupu proudů uváděno tangenciálně prvním vstupním hrdlem 2 nosné fáze 270 in a do jádra cyklonu axiálně druhým vstupním hrdlem 3^ nosné fáze 50 m laktamsírové kyseliny měrné hmot3 3 nosti 1 420 kg/m a vstupním hrdlem £ dispergované fáze (kruhovou štěrbinou) axiálně 5,8 m taveniny, přičemž druhé vstupní hrdlo 2 nosné fáze mělo průměr 0,09 m a vstupní hrdlo $ dispergované fáze vyúsťovalo kruhovou štěrbinou o průměru 0,095 m a průměr hrdla 5_ pro odvod reakční směsi byl 0,16 m. Získaný produkt po provedení Beckmannoca přesmyku na zařízení podle vynálezu vykazoval 0,32 % hmotnostních vedlejších produktů, zatímco provedením bez vyplňování jádra rotující kapaliny vykazoval 0,94 % hmotnostních vedlejších produktů.

Claims (1)

1. Zařízení k míšení a vzájemnému působení omezeně mísitelných tekutin tvořené směšovačem cyklonového typu, vyznačené tím, že směšovač (1) je na straně vstupu proudů opatřen prvním vstupním hrdlem (2) nosné fáze a druhým vstupním hrdlem (3) nosné fáze, vstupním hrdlem (4) dispergované fáze a na straně výstupu hrdlem (5) pro odvod reakční směsi, přičemž první vstupní hrdlo (2) je na směšovač (1) napojeno tangenciálně, druhé vstupní hrdlo (3) nosné fáze je vyvedeno axiálně do středu čela směšovače, vstupní hrdlo (4) dispergované fáze je v prostoru směšovače vytvořeno soustředně trysky s vnitřním průměrem rovným průměru pro odvod reakční směsi je umístěno v ose nímu hrdlu (4) dispergované fáze, přičemž až 0,4 celkového objemu proudícího druhým 0,95 objemu nosné fáze je určen pro vstup druhého vstupního hrdla (3) nosné fáze je směsi, jehož průměr je nejvýše 0,8 průměru kolem osy směšovače ve tvaru kruhové štěrbinové druhého vstupního hrdla (3) nosné fáze, hrdlo (5) směšovače proti druhému vstupnímu hrdlu (3) a vstuppodíl axiálního vstupu nosné fáze je v rozmezí 0,05 vstupním hrdlem (3) nosné fáze a zbytek 0,58 až do prvního vstupního hrdla (2) nosné fáze a průměr 0,5 až 0,8 průměru hrdla (5) pro odvod reakční směšovače (1).