RU2264847C2 - Method of intensification of the reactive and mass-exchange processes in the heterogeneous systems and the apparatus for its realization - Google Patents
Method of intensification of the reactive and mass-exchange processes in the heterogeneous systems and the apparatus for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2264847C2 RU2264847C2 RU2004103160/15A RU2004103160A RU2264847C2 RU 2264847 C2 RU2264847 C2 RU 2264847C2 RU 2004103160/15 A RU2004103160/15 A RU 2004103160/15A RU 2004103160 A RU2004103160 A RU 2004103160A RU 2264847 C2 RU2264847 C2 RU 2264847C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- section
- gas
- sections
- intensification
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 35
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 23
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 20
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000008241 heterogeneous mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- OMOVVBIIQSXZSZ-UHFFFAOYSA-N [6-(4-acetyloxy-5,9a-dimethyl-2,7-dioxo-4,5a,6,9-tetrahydro-3h-pyrano[3,4-b]oxepin-5-yl)-5-formyloxy-3-(furan-3-yl)-3a-methyl-7-methylidene-1a,2,3,4,5,6-hexahydroindeno[1,7a-b]oxiren-4-yl] 2-hydroxy-3-methylpentanoate Chemical compound CC12C(OC(=O)C(O)C(C)CC)C(OC=O)C(C3(C)C(CC(=O)OC4(C)COC(=O)CC43)OC(C)=O)C(=C)C32OC3CC1C=1C=COC=1 OMOVVBIIQSXZSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- -1 emulsification Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и другим отраслям промышленности и может быть использовано для обработки гетерогенных систем: жидкость - твердые частицы, жидкость - жидкость, жидкость - газ и жидкость - газ - твердые частицы в различных технологических процессах, таких как абсорбция, газожидкостные реакции, в том числе с использованием твердого катализатора, эмульгирование, жидкостная экстракция, растворение твердых частиц (в том числе с химической реакцией), выщелачивание, пропитка и т.п.The invention relates to the chemical, petrochemical, food, pharmaceutical and other industries and can be used to process heterogeneous systems: liquid - solid particles, liquid - liquid, liquid - gas and liquid - gas - solid particles in various technological processes, such as absorption gas-liquid reactions, including those using a solid catalyst, emulsification, liquid extraction, dissolution of solid particles (including chemical reactions), leaching, impregnation, etc.
Известен способ интенсификации реакционных и массообменных процессов в гетерогенных системах, реализованный в аппарате для растворения твердых частиц в жидкости (Аксельруд Г.А. Массообмен в системе твердое тело - жидкость. Львов: Изд-во Львовск. ун-та, 1970. - С.155), в котором жидкость, несущая твердые частицы, движется по трубе, площадь которой переменна по длине трубы. При этом труба состоит из множества последовательно соединенных элементов одинаковой формы, состоящих из двух частей: одна часть каждого элемента представляет собой веретенообразное полое тело, вторая - горловину цилиндрической формы. При движении в такой трубе жидкость постоянно меняет свою скорость. Твердые частицы также периодически меняют скорость своего движения, то отставая от ускоряющейся в узком сечении жидкости, то опережая затормаживающуюся в широком сечении жидкость. Вследствие инерции твердых частиц в трубе создается дополнительная скорость относительного движения фаз, способствующая возрастанию коэффициента массоотдачи. Однако такой инерционный эффект возможен лишь при наличии ненулевой разности плотностей твердой либо жидкой (дисперсная фаза) и жидкой сред (сплошная фаза), а значительным он будет при существенном отличии этих плотностей. Кроме того, известный аппарат обладает формой, не обеспечивающей минимальные гидравлические потери при движении в нем жидкости. Следовательно, при большой протяженности трубы в нем будет теряться большое количество энергии. Помимо этого, веретенообразная форма труб довольно сложна в изготовлении. Эти недостатки существенно ограничивают практическую применимость известного аппарата и реализованного в нем способа.There is a method of intensification of reaction and mass transfer processes in heterogeneous systems, implemented in an apparatus for dissolving solid particles in a liquid (Axelrud G.A. Mass transfer in a solid-liquid system. Lviv: Publishing House Lviv Univ., 1970. - C. 155), in which a fluid carrying solid particles moves through a pipe whose area is variable along the length of the pipe. In this case, the pipe consists of many series-connected elements of the same shape, consisting of two parts: one part of each element is a spindle-shaped hollow body, the second is the neck of a cylindrical shape. When moving in such a pipe, the fluid constantly changes its speed. Particulate matter also periodically changes its speed, either lagging behind a fluid accelerating in a narrow section, or ahead of a fluid slowing down in a wide section. Due to the inertia of solid particles in the pipe, an additional speed of relative phase motion is created, which contributes to an increase in the mass transfer coefficient. However, such an inertial effect is possible only if there is a nonzero density difference between solid or liquid (dispersed phase) and liquid media (continuous phase), and it will be significant if there is a significant difference between these densities. In addition, the known apparatus has a shape that does not provide minimal hydraulic losses when moving fluid in it. Therefore, with a large length of the pipe, a large amount of energy will be lost in it. In addition, the fusiform shape of the pipes is quite difficult to manufacture. These disadvantages significantly limit the practical applicability of the known apparatus and the method implemented therein.
Известен способ интенсификации реакционных и массообменных процессов в гетерогенных системах, реализованный в аппарате для осуществления взаимодействия в системах газ - жидкость и жидкость - жидкость (патент РФ №2186614, МКИ 7 В 01 F 5/00, Б.И. 22, 2002), содержащий корпус, одну или несколько труб контактирования фаз, размещенных в нем, и технологические патрубки, причем трубы контактирования фаз выполнены в виде последовательно соединенных конфузорно-диффузорных элементов типа трубы Вентури, а угол раскрытия конфузорной части лежит в пределах от 10 до 40°, а диффузорной - в пределах от 4 до 20°. Благодаря оптимальной геометрической форме элементов типа трубы Вентури гидравлическое сопротивление известного аппарата ниже, чем у аналогичных конструкций. Однако он предназначен для осуществления взаимодействия в системах газ - жидкость и жидкость - жидкость, особенно в случае быстропротекающих реакций или массообменных процессов. Так, например, при продолжительности процесса 120 с и средней скорости движения среды в трубах контактирования фаз 2 м/с длина труб в аппарате должна составлять не менее 240 м. Это приводит к увеличению металлоемкости аппарата и его гидравлического сопротивления, т. е. возрастают и капитальные и текущие затраты. Кроме того, при длине одного элемента типа трубы Вентури 400 мм общее их количество составит 600 шт. С учетом довольно высокой сложности изготовления таких элементов это также приведет к увеличению себестоимости аппарата. В этом аппарате также неэффективна обработка дисперсных включений (твердых частиц или капель жидкости), имеющих плотность, мало отличающуюся от плотности жидкой сплошной фазы.A known method of intensification of reaction and mass transfer processes in heterogeneous systems, implemented in the apparatus for the interaction in gas-liquid and liquid-liquid systems (RF patent No. 2186614, MKI 7 V 01 F 5/00, B.I. 22, 2002), comprising a housing, one or more contact pipes of the phases placed in it, and process pipes, the contact pipes of the phases being made in the form of series-connected confuser-diffuser elements such as a Venturi pipe, and the opening angle of the confuser part ranges from 10 d about 40 °, and diffuser - in the range from 4 to 20 °. Due to the optimal geometric shape of elements such as a Venturi pipe, the hydraulic resistance of the known apparatus is lower than that of similar structures. However, it is intended for interaction in gas-liquid and liquid-liquid systems, especially in the case of rapid reactions or mass transfer processes. So, for example, with a process duration of 120 s and an average medium velocity in the phase contact tubes of 2 m / s, the length of the tubes in the apparatus should be at least 240 m. This leads to an increase in the metal consumption of the apparatus and its hydraulic resistance, i.e., capital and current expenses. In addition, with a length of one element such as a Venturi pipe 400 mm, their total number will be 600 pcs. Given the rather high complexity of manufacturing such elements, this will also lead to an increase in the cost of the apparatus. The processing of dispersed inclusions (solid particles or liquid droplets) having a density slightly different from the density of a liquid continuous phase is also ineffective in this apparatus.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ интенсификации реакционных и массообменных процессов в гетерогенных системах, реализованный в аппарате для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц (патент РФ №2064319, МКИ 6 В 01 D 11/02, 12/00, Б.И. 21, 1996). Известный аппарат содержит нагнетатель для перекачивания суспензии, трубу с периодической геометрией, выполненную в виде последовательно соединенных элементов типа трубы Вентури, состоящих из конфузорной и диффузорной частей и снабженных рубашкой для протока теплоносителя. При расширении гетерогенного потока в диффузорной части элементов типа трубы Вентури давление увеличивается, и поры капиллярно-пористых частиц насыщаются жидкостью; при сужении потока в конфузорной части давление падает, при этом жидкость, насыщенная целевым компонентом, выходит из пор частиц. При прохождении частиц суспензии через каждый элемент типа трубы Вентури процесс периодически повторяется, и пропитка, а также экстрагирование протекают весьма интенсивно. Известный аппарат, назначение которого - проведение процессов экстрагирования и пропитки, мало пригоден для проведения других реакционных и массообменных процессов, особенно для тех, продолжительность которых составляет десятки секунд и более. Это связано с тем, что при большой продолжительности процесса возрастает длина аппарата и его гидравлическое сопротивление. Кроме того, аппарат довольно сложен в изготовлении, причем стоимость изготовления растет пропорционально количеству элементов типа трубы Вентури, а значит, и пропорционально общей длине аппарата. В этом аппарате обработка твердых частиц или жидкости, представляющих собой дисперсную фазу, имеющих плотность, мало отличающуюся от плотности жидкости, представляющей собой сплошную среду, также неэффективна.Closest to the proposed invention is a method of intensifying reaction and mass transfer processes in heterogeneous systems, implemented in an apparatus for treating capillary-porous particles with liquids (RF patent No. 2064319, MKI 6 V 01 D 11/02, 12/00, B.I. 21 , 1996). The known apparatus contains a supercharger for pumping a suspension, a pipe with periodic geometry, made in the form of series-connected elements such as a venturi, consisting of confuser and diffuser parts and equipped with a jacket for the flow of coolant. With the expansion of the heterogeneous flow in the diffuser part of elements such as a venturi, the pressure increases, and the pores of the capillary-porous particles are saturated with liquid; when the flow narrows in the confuser part, the pressure drops, while the liquid saturated with the target component leaves the pores of the particles. With the passage of suspension particles through each element such as a venturi, the process is periodically repeated, and the impregnation, as well as extraction, are very intense. A well-known apparatus, the purpose of which is to conduct extraction and impregnation processes, is not suitable for carrying out other reaction and mass transfer processes, especially for those whose duration is tens of seconds or more. This is due to the fact that with a long duration of the process, the length of the apparatus and its hydraulic resistance increase. In addition, the apparatus is quite difficult to manufacture, and the cost of manufacture increases in proportion to the number of elements such as a venturi, and therefore, in proportion to the total length of the apparatus. In this apparatus, the treatment of solid particles or liquids representing a dispersed phase, having a density slightly different from the density of a liquid representing a continuous medium, is also ineffective.
Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности, снижение гидравлических потерь, упрощение конструкции аппарата.The objective of the invention is to increase efficiency, reduce hydraulic losses, simplify the design of the apparatus.
Поставленная задача достигается тем, что способ интенсификации реакционных и массообменных процессов в гетерогенных системах заключается в возбуждении колебаний в гетерогенной системе путем ее пропускания через трубу с переменным сечением, причем возбуждение колебаний в гетерогенной системе при ее движении чередуется с отсутствием колебательных воздействий, а в гетерогенную систему один или более раз вводится газ.The problem is achieved in that the method of intensification of reaction and mass transfer processes in heterogeneous systems consists in the excitation of oscillations in a heterogeneous system by passing it through a pipe with a variable cross section, and the excitation of oscillations in a heterogeneous system during its movement alternates with the absence of vibrational effects, and into a heterogeneous system one or more times gas is introduced.
Поставленная задача достигается также тем, что аппарат, предназначенный для реализации способа, состоит из нагнетателя и одной или нескольких труб с переменным сечением, устройств подвода компонентов и отвода продуктов, причем труба состоит из участков с периодически изменяющимся поперечным сечением, чередующихся участками с постоянным поперечным сечением.The task is also achieved by the fact that the apparatus intended for the implementation of the method consists of a supercharger and one or more pipes with a variable cross-section, devices for supplying components and removal of products, and the pipe consists of sections with periodically changing cross-section, alternating sections with constant cross-section .
На чертеже представлена схема аппарата, реализующего предлагаемый способ.The drawing shows a diagram of an apparatus that implements the proposed method.
Аппарат состоит из питающей емкости 1, патрубков подачи исходных компонентов 2, 3 и 4, насоса 5, трубы с переменным сечением 6, которая, в свою очередь, состоит из последовательно соединенных участков 7 с периодически изменяющимся поперечным сечением, включающих несколько элементов 8 типа трубы Вентури, и чередующихся с ними участков 9 с постоянным поперечным сечением. К насосу 5 может быть параллельно подключено несколько труб 6. Элементы 8 типа трубы Вентури состоят из конфузора 10, горловины 11 и диффузора 12. Предпочтительными являются углы раскрытия конфузоров 10 в пределах от 10 до 40°, а диффузоров 12 - от 4 до 20°. Конец трубы 6 подключен к сборнику 13 готового продукта, снабженного сливным патрубком 14.The apparatus consists of a supply tank 1, supply pipes for the starting components 2, 3 and 4, a pump 5, a pipe with a variable cross-section 6, which, in turn, consists of series-connected sections 7 with a periodically changing cross section, including several pipe type elements 8 Venturi, and alternating sections 9 with a constant cross-section. Several pipes 6 can be connected in parallel to the pump 5. Elements 8 of a venturi type consist of a confuser 10, a neck 11 and a diffuser 12. The opening angles of the confusers 10 are preferably in the range of 10 to 40 °, and the diffusers 12 are in the range of 4 to 20 ° . The end of the pipe 6 is connected to the collector 13 of the finished product, equipped with a drain pipe 14.
Аппарат работает следующим образом. В питающую емкость 1 через патрубки 2 и 3 подают исходные компоненты (две жидкости - для процессов эмульгирования, экстракции, либо жидкость и твердые частицы - для процессов растворения, пропитки, экстрагирования, каталитических реакций; в качестве одной из исходных компонент может выступать и газ при проведении газожидкостных химических реакций или массообменных процессов, подаваемый в патрубки 4). При необходимости гарантированного подсоса всех компонентов в насос 5 (например, в случае подачи двух несмешивающихся жидкостей) дисперсная фаза может подаваться непосредственно в зону слива емкости 1 за счет удлиненной формы патрубка 3 (на фиг.1 удлиненный патрубок 3 показан пунктиром). Газ вводится в аппарат через один или несколько патрубков 4. Насосом 5 (например, центробежным или вихревым) образовавшаяся гетерогенная система подается в трубу 6. В гетерогенной системе, проходящей через участки 7 с периодически изменяющимся поперечным сечением, возбуждаются колебания скорости, ускорения и давления, обусловленные изменением поперечного сечения трубы 6 на участках 7, т.е. формой элементов 8 типа трубы Вентури. При попадании гетерогенной системы на участки 9 с постоянным сечением колебания в системе постепенно затухают, возбуждаясь снова при следующем попадании гетерогенной системы на участки 7 с периодически изменяющимся поперечным сечением; таким образом, процесс возбуждения колебаний на участках 7 и постепенного их затухания на участках 9 многократно повторяется при движении гетерогенной смеси по трубе 6. При подаче газа через патрубки 4 в гетерогенную систему происходит тонкое его диспергирование в виде пузырьков размером 0,1-2 мм, возрастает газосодержание гетерогенной смеси, а ее плотность снижается. Благодаря этому увеличивается разность плотностей между дисперсной фазой (твердыми частицами, каплями жидкости) и сплошной средой, представляющей собой газожидкостную смесь. В результате возрастания разности плотностей фаз при резком торможении и ускорении потока увеличивается относительная скорость их движения. Следовательно, интенсифицируются и процессы тепло- и массообмена, а в случае проведения реакционных и каталитических процессов снижается диффузионное сопротивление и реакция переходит в кинетическую область. Кроме того, благодаря наличию пузырьков газа в газожидкостной смеси (в которой могут также находиться в зависимости от процесса твердые частицы или капельки другой жидкости), протекающей через трубу 6 с переменным сечением, в ней происходят следующие явления. При прохождении гетерогенной системы через участки 7 с периодически изменяющимся поперечным сечением, т.е. через элементы 8 типа трубы Вентури, происходит периодическое изменение скорости, ускорения и давления в системе (в конфузоре 10 давление падает, достигая минимума в горловине 11, а скорость увеличивается, в диффузоре 12 давление возрастает, а скорость снижается и т.д.), пузырьки пульсируют, как в случае кавитации, вблизи них происходит локальное увеличение скорости жидкости, интенсифицируется перемешивание; при их схлопывании возникают кумулятивные струйки, бьющие по поверхности капель и твердых частиц. Вследствие этого снижается диффузионное сопротивление на поверхности твердых частиц и капель вблизи пульсирующих пузырьков, а дробление капель происходит более интенсивно. При попадании гетерогенной системы на участок 9 с постоянным сечением колебания постепенно затухают, пузырьки сливаются, укрупняясь, и интенсивность их воздействия на остальные компоненты гетерогенной системы плавно снижается. Однако участки 9 должны быть не очень длинными, чтобы это снижение интенсивности колебаний не приводило к ощутимому уменьшению эффективности всего аппарата в целом. За каждым участком 9 (кроме последнего) с постоянным поперечным сечением следует участок 7 с периодически изменяющимся сечением, в котором колебания возбуждаются снова, и процессы переноса вновь интенсифицируются. Участки 9, обладающие постоянным сечением, просты в изготовлении и обладают невысоким гидравлическим сопротивлением. Поэтому колебания в аппарате возбуждаются "пакетами", т.е. только на участках 7. Это позволяет снизить стоимость аппарата за счет уменьшения количества сложных в изготовлении элементов 8 типа трубы Вентури и одновременно уменьшить общее гидравлическое сопротивление аппарата.The device operates as follows. Initial components are supplied to feed tank 1 through nozzles 2 and 3 (two liquids for emulsification, extraction, or liquid and solid particles for dissolution, impregnation, extraction, catalytic reactions; gas can also act as one of the initial components conducting gas-liquid chemical reactions or mass transfer processes supplied to the nozzles 4). If necessary, a guaranteed suction of all components into the pump 5 (for example, in the case of supplying two immiscible liquids), the dispersed phase can be fed directly to the discharge zone of the tank 1 due to the elongated shape of the nozzle 3 (the elongated nozzle 3 is shown by a dashed line in Fig. 1). Gas is introduced into the apparatus through one or more nozzles 4. With pump 5 (for example, centrifugal or vortex), the resulting heterogeneous system is fed into pipe 6. In a heterogeneous system passing through sections 7 with a periodically changing cross section, fluctuations in speed, acceleration and pressure are excited, due to a change in the cross section of the pipe 6 in sections 7, i.e. shape element 8 type venturi. When a heterogeneous system enters sections 9 with a constant cross section, the oscillations in the system gradually damp, being excited again upon the next hit of a heterogeneous system into sections 7 with a periodically changing cross section; thus, the process of excitation of oscillations in sections 7 and their gradual attenuation in sections 9 is repeated many times when the heterogeneous mixture moves through the pipe 6. When gas is supplied through the nozzles 4 into the heterogeneous system, it is finely dispersed in the form of 0.1-2 mm bubbles, the gas content of the heterogeneous mixture increases, and its density decreases. Due to this, the difference in densities between the dispersed phase (solid particles, liquid droplets) and the continuous medium, which is a gas-liquid mixture, increase. As a result of the increase in the difference in phase densities during sudden braking and acceleration of the flow, the relative speed of their movement increases. Consequently, the processes of heat and mass transfer are intensified, and in the case of reaction and catalytic processes, the diffusion resistance decreases and the reaction goes into the kinetic region. In addition, due to the presence of gas bubbles in the gas-liquid mixture (in which solid particles or droplets of another liquid may also be depending on the process) flowing through the pipe 6 with a variable cross-section, the following phenomena occur in it. When a heterogeneous system passes through sections 7 with a periodically varying cross section, i.e. through elements 8 of the Venturi pipe type, a periodic change in speed, acceleration and pressure in the system occurs (in the confuser 10, the pressure drops, reaching a minimum in the neck 11, and the speed increases, in the diffuser 12 the pressure increases and the speed decreases, etc.), the bubbles pulsate, as in the case of cavitation, near them there is a local increase in fluid velocity, mixing is intensified; when they collapse, cumulative trickles arise, beating on the surface of droplets and solid particles. As a result, the diffusion resistance on the surface of solid particles and droplets near the pulsating bubbles decreases, and the droplets are crushed more intensively. When a heterogeneous system enters section 9 with a constant cross section, the oscillations gradually decay, the bubbles merge, becoming larger, and the intensity of their effect on the remaining components of the heterogeneous system gradually decreases. However, sections 9 should not be very long so that this decrease in the intensity of oscillations does not lead to a noticeable decrease in the efficiency of the entire apparatus as a whole. Each section 9 (except the last) with a constant cross section is followed by a section 7 with a periodically changing section in which the oscillations are excited again and the transfer processes are intensified again. Sections 9 having a constant cross section are easy to manufacture and have low hydraulic resistance. Therefore, vibrations in the apparatus are excited by “packets”, i.e. only in sections 7. This allows you to reduce the cost of the apparatus by reducing the number of difficult to manufacture elements of type 8 Venturi pipe and at the same time reduce the overall hydraulic resistance of the apparatus.
Многократная подача газа в патрубки 4 необходима в случае расходования газа в результате протекания химической реакции или вследствие его растворения в жидкости. После многократного прохождения через участки 7 и 9 трубы 6 гетерогенная система подвергается интенсивной обработке, готовый продукт сливается из трубы 6 в сборник 13 и через патрубок 14 выводится из аппарата. Общая длина трубы 6 определяется заданным временем пребывания в аппарате.Multiple gas supply to the nozzles 4 is necessary in case of gas consumption as a result of a chemical reaction or due to its dissolution in a liquid. After multiple passage through sections 7 and 9 of the pipe 6, the heterogeneous system is subjected to intensive processing, the finished product is discharged from the pipe 6 into the collector 13 and is discharged from the apparatus through the pipe 14. The total length of the pipe 6 is determined by the specified residence time in the apparatus.
При необходимости увеличения производительности аппарата при заданном времени пребывания возможно параллельное подключение нескольких труб 6 к насосу 5 с общим выводом из них готового продукта в сборник 13.If it is necessary to increase the productivity of the apparatus at a given residence time, several pipes 6 can be connected in parallel to the pump 5 with a common output from them of the finished product into the collection 13.
Пример конкретного выполнения. В аппарате, схема которого показана на фиг.1, к линии всасывания насоса 5 центробежного типа подключена емкость 1, а к линии нагнетания - труба 6 длиной 86 м, состоящая из четырех участков 7 (длиной 1,5 м каждый) с периодически изменяющимся поперечным сечением и четырех участков 9 (длиной 20 м каждый) постоянного сечения. Участки 7 состоят из 10 элементов 8 типа трубы Вентури с диаметром узкой части 10 мм и диаметром широкой части 20 мм, участки 9 имеют диаметр 20 мм. Через единственный патрубок 4, расположенный в начале первого по ходу течения жидкости участка 7, компрессором (на фиг.1 не показан) подается воздух. Расход жидкости А, подаваемой насосом, составлял 6,7·10-4 м3/с, а расход вводимого через патрубок 4 газа - 5,5·10-5 м3/c. В емкость 1 вводились частицы твердого вещества В размером от 0,01 до 0,2 мм, вступающего в реакцию нейтрализации с жидкостью А (названия веществ А и В - условные). Расчетное время пребывания частиц в аппарате составило 37,5 с. За это время реакция завершилась практически полностью, о чем свидетельствуют проведенные эксперименты по определению кинетики процесса (в опытах менялось количество участков 7 и 9). Эксперименты на тех же веществах, проведенные в реакторе с мешалкой, показали, что в нем реакция протекает 10 мин, а в U-образном пульсационном аппарате процесс длится около 5 мин. Таким образом, в предлагаемом аппарате скорость процесса массопереноса при растворении твердых частиц, совмещенного с реакцией нейтрализации, во много раз выше, чем в известных - пульсационном U-образном аппарате и реакторе с мешалкой, что свидетельствует о его высокой эффективности. Благодаря использованию четырех участков 9 с постоянным поперечным сечением общей длиной 80 м и диаметром 20 мм достигается снижение гидравлических потерь, так как скорость жидкости на этих участках в 4 раза меньше, а их гидравлическое сопротивление - в 32 раза ниже, чем в трубе, равной длины диаметром 10 мм, и тем более ниже, чем на участках 7 с местными сопротивлениями в виде расширений и сужений потока. Кроме того, в результате использования четырех участков 9 с постоянным поперечным сечением, имеющих простую цилиндрическую форму, существенно упрощается конструкция аппарата, снижается стоимость его изготовления и сборки.An example of a specific implementation. In the apparatus, the diagram of which is shown in Fig. 1, a tank 1 is connected to the suction line of the centrifugal pump 5, and a pipe 6 is 86 m long, consisting of four sections 7 (each 1.5 m long) with a periodically varying transverse section and four sections 9 (each 20 m long) of constant section. Sections 7 consist of 10 elements 8 of a venturi type with a narrow part diameter of 10 mm and a wide part diameter of 20 mm, sections 9 have a diameter of 20 mm. Through a single pipe 4, located at the beginning of the first in the direction of the fluid flow section 7, a compressor (not shown in FIG. 1) is supplied with air. The flow rate of liquid A supplied by the pump was 6.7 · 10 -4 m 3 / s, and the flow rate of gas introduced through pipe 4 was 5.5 · 10 -5 m 3 / s. Particles of solid substance B were introduced into tank 1 from 0.01 to 0.2 mm in size, which enters into a neutralization reaction with liquid A (the names of substances A and B are conditional). The estimated residence time of particles in the apparatus was 37.5 s. During this time, the reaction was completed almost completely, as evidenced by experiments conducted to determine the kinetics of the process (the number of sections 7 and 9 changed in the experiments). The experiments on the same substances, carried out in a reactor with a stirrer, showed that the reaction takes 10 minutes in it, and the process lasts about 5 minutes in a U-shaped pulsating apparatus. Thus, in the proposed apparatus, the speed of the mass transfer process during the dissolution of solid particles combined with the neutralization reaction is many times higher than in the known pulsating U-shaped apparatus and reactor with a stirrer, which indicates its high efficiency. By using four sections 9 with a constant cross section with a total length of 80 m and a diameter of 20 mm, hydraulic losses are reduced, since the fluid velocity in these sections is 4 times lower and their hydraulic resistance is 32 times lower than in a pipe of equal length with a diameter of 10 mm, and even more so than in sections 7 with local resistances in the form of extensions and narrowings of the flow. In addition, as a result of the use of four sections 9 with a constant cross section having a simple cylindrical shape, the design of the apparatus is greatly simplified, the cost of its manufacture and assembly is reduced.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность, снизить гидравлические потери и упростить конструкцию аппарата.Thus, the present invention allows to increase efficiency, reduce hydraulic losses and simplify the design of the apparatus.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004103160/15A RU2264847C2 (en) | 2004-02-03 | 2004-02-03 | Method of intensification of the reactive and mass-exchange processes in the heterogeneous systems and the apparatus for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004103160/15A RU2264847C2 (en) | 2004-02-03 | 2004-02-03 | Method of intensification of the reactive and mass-exchange processes in the heterogeneous systems and the apparatus for its realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004103160A RU2004103160A (en) | 2005-07-10 |
| RU2264847C2 true RU2264847C2 (en) | 2005-11-27 |
Family
ID=35838022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004103160/15A RU2264847C2 (en) | 2004-02-03 | 2004-02-03 | Method of intensification of the reactive and mass-exchange processes in the heterogeneous systems and the apparatus for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2264847C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2348451C2 (en) * | 2007-04-03 | 2009-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) | Process vessel for gas-liquid catalytic reactions (versions) |
| RU2625980C1 (en) * | 2016-09-19 | 2017-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Method of producing suspension of high-dispersed particles of inorganic and organic materials and apparatus for its implementation |
| RU2685206C1 (en) * | 2018-08-23 | 2019-04-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный лесотехнический университет" | Device for intensification of mass exchange and reaction processes in heterogeneous media |
| RU2732142C1 (en) * | 2019-10-11 | 2020-09-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Micro-disperser with periodic structure with variable pitch for generation of drops |
| RU2841943C1 (en) * | 2024-11-20 | 2025-06-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Flow-type pulsation apparatus |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1428461A1 (en) * | 1985-05-11 | 1988-10-07 | Ю. И. Тамбовцев | Apparatus for setting chemical reactions in the layer of ferromagnetic particles |
| US4964733A (en) * | 1986-08-20 | 1990-10-23 | Beloit Corporation | Method of and means for hydrodynamic mixing |
| RU2001666C1 (en) * | 1990-10-22 | 1993-10-30 | Кафедра "Машины и аппараты химических производств" | Hydrodynamic cavitation emulsifier |
| US5397179A (en) * | 1992-08-28 | 1995-03-14 | Turbocom, Inc. | Method and apparatus for mixing fluids |
| US5437784A (en) * | 1993-05-03 | 1995-08-01 | J. M. Voith Gmbh | Injector for a flotation device |
| RU2064319C1 (en) * | 1994-03-14 | 1996-07-27 | Руфат Шовкет оглы Абиев | Device for treatment of capillary-porous particles with liquids |
| RU2139454C1 (en) * | 1997-03-24 | 1999-10-10 | Сергей Борисович Осипенко | Device for acting on fluid medium flow |
| RU2186614C2 (en) * | 2000-09-07 | 2002-08-10 | Руфат Шовкет оглы Абиев | Apparatus and method of interaction of phases in gas- to-liquid and liquid-to-liquid systems |
-
2004
- 2004-02-03 RU RU2004103160/15A patent/RU2264847C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1428461A1 (en) * | 1985-05-11 | 1988-10-07 | Ю. И. Тамбовцев | Apparatus for setting chemical reactions in the layer of ferromagnetic particles |
| US4964733A (en) * | 1986-08-20 | 1990-10-23 | Beloit Corporation | Method of and means for hydrodynamic mixing |
| RU2001666C1 (en) * | 1990-10-22 | 1993-10-30 | Кафедра "Машины и аппараты химических производств" | Hydrodynamic cavitation emulsifier |
| US5397179A (en) * | 1992-08-28 | 1995-03-14 | Turbocom, Inc. | Method and apparatus for mixing fluids |
| US5437784A (en) * | 1993-05-03 | 1995-08-01 | J. M. Voith Gmbh | Injector for a flotation device |
| RU2064319C1 (en) * | 1994-03-14 | 1996-07-27 | Руфат Шовкет оглы Абиев | Device for treatment of capillary-porous particles with liquids |
| RU2139454C1 (en) * | 1997-03-24 | 1999-10-10 | Сергей Борисович Осипенко | Device for acting on fluid medium flow |
| RU2186614C2 (en) * | 2000-09-07 | 2002-08-10 | Руфат Шовкет оглы Абиев | Apparatus and method of interaction of phases in gas- to-liquid and liquid-to-liquid systems |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2348451C2 (en) * | 2007-04-03 | 2009-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) | Process vessel for gas-liquid catalytic reactions (versions) |
| RU2625980C1 (en) * | 2016-09-19 | 2017-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Method of producing suspension of high-dispersed particles of inorganic and organic materials and apparatus for its implementation |
| RU2685206C1 (en) * | 2018-08-23 | 2019-04-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный лесотехнический университет" | Device for intensification of mass exchange and reaction processes in heterogeneous media |
| RU2732142C1 (en) * | 2019-10-11 | 2020-09-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Micro-disperser with periodic structure with variable pitch for generation of drops |
| RU2841943C1 (en) * | 2024-11-20 | 2025-06-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Flow-type pulsation apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004103160A (en) | 2005-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2073919B1 (en) | Ultrasonic liquid treatment system | |
| AU2007341002B2 (en) | Ultrasonic liquid treatment system | |
| US20040022122A1 (en) | Devices for cavitational mixing and pumping and methods of using same | |
| WO2011159791A1 (en) | Hydrodynamic cavitation device | |
| CN1438916A (en) | Method for mixing fluids | |
| KR101834909B1 (en) | Ozone Water Treatment System Using Lower Energy | |
| RU2186614C2 (en) | Apparatus and method of interaction of phases in gas- to-liquid and liquid-to-liquid systems | |
| RU2264847C2 (en) | Method of intensification of the reactive and mass-exchange processes in the heterogeneous systems and the apparatus for its realization | |
| US20130088935A1 (en) | Hydrodynamic cavitation device | |
| JP4678602B2 (en) | Liquid-phase and gas-phase mixed distribution method | |
| CN108348882B (en) | System for contacting gas and liquid | |
| RU1773469C (en) | Rotary apparatus | |
| CA2056418A1 (en) | Apparatus and method for sparging a gas into a liquid | |
| RU2625980C1 (en) | Method of producing suspension of high-dispersed particles of inorganic and organic materials and apparatus for its implementation | |
| RU82580U1 (en) | MIXING DEVICE FOR GAS SYSTEMS - LIQUID | |
| KR100437971B1 (en) | Mixer for mixing fluids and electrolytic water treatment system having the same | |
| JPH10225696A (en) | Pressurized ozone treatment equipment | |
| JPH10503968A (en) | Device for mixing two fluids | |
| RU2453506C1 (en) | Method of removing impurities from water and apparatus for realising said method | |
| RU2753756C1 (en) | Apparatus for conducting mass exchanging and reaction processes in single-phase and multi-phase media | |
| RU2657903C1 (en) | Method of introducing coagulant in the water treatment process | |
| RU2576056C2 (en) | Mass-transfer apparatus | |
| JP2004141840A (en) | Method and apparatus for reducing dissolved oxygen | |
| RU167023U1 (en) | LIQUID GAS CONTACT UNIT | |
| RU2279408C2 (en) | Apparatus for biological purification of sewage water |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20070213 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130204 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150210 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190204 |