RU235232U1

RU235232U1 - DEVICE FOR BUBBLING GASES INTO LIQUID

Info

Publication number: RU235232U1
Application number: RU2025110792U
Authority: RU
Inventors: Юрий Львович Зотов; Александр Борисович Голованчиков; Евгений Вениаминович Шишкин; Павел Сергеевич Асеев
Filing date: 2025-04-25
Publication date: 2025-06-25

Abstract

Полезная модель относится к барботажным устройствам для одновременной подачи реакционных газов в жидкость химических и биохимических реакторов и может найти применение в химической, биохимической, нефтегазовой, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах нейтрализации и поглощения вредных примесей при очистке воздуха, дымовых газов и вентиляционных выбросов и жидких сбросов. Технический результат достигается при использовании устройства для барботажа газа в жидкость, выполненного в виде газораспределителя изогнутого в виде вертикальной спирали в форме конуса, обращенного большим основанием вниз, с равномерно расположенными отверстиями, при этом газораспределитель выполнен из двух трубопроводов, осесимметрично вложенных один в другой по типу «спираль в спирали» и соединенных со смещением в один виток спирали. Техническим результатом использования предлагаемой конструкции является увеличение производительности и интенсивности процесса взаимодействия двух разных газов за счет их одновременного барботажа в жидкость. The utility model relates to bubbling devices for the simultaneous supply of reaction gases to liquid of chemical and biochemical reactors and can find application in the chemical, biochemical, oil and gas, pharmaceutical and other industries, as well as in environmental processes of neutralization and absorption of harmful impurities during purification of air, flue gases and ventilation emissions and liquid discharges. The technical result is achieved by using a device for bubbling gas into a liquid, made in the form of a gas distributor bent in the form of a vertical spiral in the form of a cone, facing the large base downwards, with evenly spaced holes, while the gas distributor is made of two pipelines, axially symmetrically inserted one into the other according to the "spiral in spiral" type and connected with an offset of one turn of the spiral. The technical result of using the proposed design is an increase in the productivity and intensity of the process of interaction of two different gases due to their simultaneous bubbling into the liquid.

Description

Полезная модель относится к барботажным устройствам для одновременной подачи реакционных газов в жидкость химических и биохимических реакторов и может найти применение в химической, биохимической, нефтегазовой, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах нейтрализации и поглощения вредных примесей при очистке воздуха, дымовых газов и вентиляционных выбросов и жидких сбросов.The utility model relates to bubbling devices for the simultaneous supply of reaction gases into the liquid of chemical and biochemical reactors and can find application in the chemical, biochemical, oil and gas, pharmaceutical and other industries, as well as in environmental processes of neutralizing and absorbing harmful impurities during the purification of air, flue gases and ventilation emissions and liquid discharges.

Известен барботер для бурления стекломассы, представляющий собой трубку для подачи сжатого газа, переходящую в полый корпус с отверстиями для выхода газа. Полый корпус выполнен в виде цилиндрического диска с отверстиями на верхней и нижней поверхностях, от трубки отходят наклонно вниз несколько ответвлений с полыми дисками на их концах и с отверстиями на верхних и нижних поверхностях дисков, при это диски расположены соосно трубке [патент RU 173711, C03B 5/193, 2017].A bubbler for bubbling glass mass is known, which is a tube for feeding compressed gas, passing into a hollow body with holes for the gas outlet. The hollow body is made in the form of a cylindrical disk with holes on the upper and lower surfaces, several branches with hollow disks at their ends and with holes on the upper and lower surfaces of the disks extend from the tube at an angle downwards, while the disks are located coaxially with the tube [patent RU 173711, C03B 5/193, 2017].

Недостатками известного технического решения является малая эффективность и интенсивность перемешивания газов в высоковязких и неньютоновских жидкостях, что обусловлено расположением дисков в одной плоскости.The disadvantages of the known technical solution are the low efficiency and intensity of mixing of gases in highly viscous and non-Newtonian liquids, which is due to the arrangement of the disks in one plane.

Известен барботажный реактор жидкофазного хлорирования этилена с распределенным вводом реагентов для получения 1,2-дихлорэтана методом жидкофазного хлорирования этилена с отводом теплоты реакции за счет испарения рабочей среды, с барботажным вводом реагентов, с внутренней циркуляционной трубой и перфорированными тарелками в верхней части реактора, при этом сам реактор имеет несколько последовательно чередующихся друг с другом по высоте распределителей этилена и хлора, причем в качестве первого и последнего распределителей установлены распределители этилена, а расстояние между рядом стоящими распределителями принято равным 1,2-1,5 м [патент RU 2328339, B01J 10/00, 2008].A bubbling reactor for liquid-phase chlorination of ethylene with distributed introduction of reagents is known for obtaining 1,2-dichloroethane by the method of liquid-phase chlorination of ethylene with the removal of reaction heat due to evaporation of the working medium, with bubbling introduction of reagents, with an internal circulation pipe and perforated plates in the upper part of the reactor, wherein the reactor itself has several ethylene and chlorine distributors successively alternating with each other in height, with ethylene distributors installed as the first and last distributors, and the distance between adjacent distributors is taken to be equal to 1.2-1.5 m [patent RU 2328339, B01J 10/00, 2008].

Недостатками известного технического решения является недостаточная эффективность и интенсивность перемешивания газов в высоковязких и неньютоновских жидкостях во всем объеме реактора, что обусловлено большим расстоянием между тарелками и низкой поверхностью между пузырьков газа.The disadvantages of the known technical solution are the insufficient efficiency and intensity of mixing of gases in highly viscous and non-Newtonian liquids throughout the entire volume of the reactor, which is due to the large distance between the plates and the low surface area between the gas bubbles.

Известно техническое решение, представляющее собой барботажное перемешивающее устройство, в виде аппарата со спиральным трубчатым барботером, патрубками входа и выхода газа. Трубчатый барботер расположен в нижней части аппарата и выполнен из трубы, изогнутой в форме плоской спирали с просверленными в ее стенках отверстиями для выхода газа (Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. 2 книгах. - М.: Химия, 1981. - 812 с., стр. 182).A technical solution is known, which is a bubbling mixing device, in the form of an apparatus with a spiral tubular bubbler, gas inlet and outlet pipes. The tubular bubbler is located in the lower part of the apparatus and is made of a pipe bent in the form of a flat spiral with holes drilled in its walls for the gas outlet (Gelperin N.I. Basic processes and apparatuses of chemical technology. 2 books. - M.: Chemistry, 1981. - 812 p., p. 182).

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность и интенсивность перемешивания во всем объеме аппарат, что обусловлено плоской формой спирали, вследствие чего происходит слияние всплывающих пузырей газа и снижение площади поверхности контакта жидкой и газообразной фаз.The disadvantage of the known technical solution is the low efficiency and intensity of mixing throughout the entire volume of the apparatus, which is due to the flat shape of the spiral, as a result of which the merging of the floating gas bubbles occurs and a decrease in the contact surface area of the liquid and gaseous phases.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является устройство для получения биогаза при анаэробной ферментации органических отходов, в которой установлен трубопровод подачи биогаза в устройство перемешивания барботажного типа, расположенное в нижней части биореактора и выполненное в виде газораспределителя с равномерно расположенными отверстиями. При этом газораспределитель выполнен из трубы, изогнутой в виде вертикальной спирали в форме конуса, обращенного основанием вниз [патент RU 144613, С12М 1/04, 2014].The closest technical solution in terms of the set of features to the claimed object and adopted as a prototype is a device for obtaining biogas during anaerobic fermentation of organic waste, in which a pipeline is installed for feeding biogas into a bubbling-type mixing device located in the lower part of the bioreactor and made in the form of a gas distributor with evenly spaced holes. In this case, the gas distributor is made of a pipe bent in the form of a vertical spiral in the shape of a cone, with its base facing downwards [patent RU 144613, C12M 1/04, 2014].

Недостатком известного технического решения является невозможность подачи одновременно двух разных газов в жидкость с целью их химического или биохимического взаимодействия друг с другом в жидкости.The disadvantage of the known technical solution is the impossibility of simultaneously feeding two different gases into a liquid for the purpose of their chemical or biochemical interaction with each other in the liquid.

Техническим результатом использования предлагаемой конструкции является увеличение производительности и интенсивности процесса взаимодействия двух разных газов за счет их одновременного барботажа в жидкость.The technical result of using the proposed design is an increase in the productivity and intensity of the process of interaction of two different gases due to their simultaneous bubbling into the liquid.

Технический результат достигается при использовании устройства для барботажа газа в жидкость, выполненного в виде газораспределителя изогнутого в виде вертикальной спирали в форме конуса, обращенного большим основанием вниз, с равномерно расположенными отверстиями, при этом газораспределитель выполнен из двух трубопроводов, осесимметрично вложенных один в другой по типу «спираль в спирали» и соединенных со смещением в один виток спирали.The technical result is achieved by using a device for bubbling gas into a liquid, made in the form of a gas distributor curved in the form of a vertical spiral in the form of a cone, facing the large base downwards, with evenly spaced holes, while the gas distributor is made of two pipelines, axially symmetrically inserted one into the other according to the “spiral in spiral” type and connected with an offset of one turn of the spiral.

Выполнение газораспределителя в виде двух соединенных со смещением в один виток спирали трубопроводов позволяет одновременно подавать два реакционных газа параллельными потоками для смешения в жидкости, что ускоряет гетерогенную реакцию в жидкости и способствует как увеличению интенсификации превращения исходных веществ в продукты реакции, так и производительности процесса.The implementation of the gas distributor in the form of two pipelines connected with an offset of one turn of the spiral allows two reaction gases to be simultaneously supplied in parallel flows for mixing in the liquid, which accelerates the heterogeneous reaction in the liquid and contributes to both an increase in the intensification of the conversion of the initial substances into reaction products and the productivity of the process.

Увеличение смещения трубопроводов относительно друг друга приводит к возможности коалесценции пузырьков каждого газа, уменьшению их числа до столкновения, а значит снижению поверхности контакта, что уменьшает скорость гетерогенной реакции, а значит снижает производительность и интенсивность получения продуктов реакции.An increase in the displacement of pipelines relative to each other leads to the possibility of coalescence of bubbles of each gas, a decrease in their number before collision, and therefore a decrease in the contact surface, which reduces the rate of heterogeneous reaction, and therefore reduces the productivity and intensity of obtaining reaction products.

Уменьшение смещения трубопроводов относительно друг друга приводит к вытеснению пузырьками обоих газов жидкости из межвиткового пространства, образованию струйного, вместо пузырькового движения газов, снижению скорости гетерогенной реакции, и, тем самым, снижает как интенсивность реакции, так и производительность.Reducing the displacement of the pipelines relative to each other leads to the displacement of the liquid from the inter-turn space by bubbles of both gases, the formation of a jet instead of bubble movement of gases, a decrease in the rate of the heterogeneous reaction, and, thus, reduces both the intensity of the reaction and productivity.

Сущность предлагаемого устройства поясняется изображениями, где на фиг. 1 показан общий вид предлагаемой конструкции, а на фиг. 2 показан вид сверху.The essence of the proposed device is explained by images, where Fig. 1 shows a general view of the proposed design, and Fig. 2 shows a top view.

Устройство для барботажа газов состоит из газораспределителя, выполненного из двух изогнутых в виде вертикальной спирали в форме усеченного конуса трубопроводов 1 и 2 с равномерно расположенными отверстиями 3. Трубопроводы 1 и 2 выполнены с одинаковым количеством, и шагом витков спирали и с одинаковыми диаметрами соответствующих витков. Трубопровод 1 осесимметрично вложен в трубопровод 2 по типу «спираль в спирали». Трубопроводы 1 и 2 располагаются большими основаниями вниз и соединены друг с другом со смещением в один виток спирали (t). Последний виток 4, 5 (образующий меньшее основание конуса) каждого трубопровода заканчивается закрытым концом, а первый виток 6, 7 (образующий большее основание конуса) начинается открытым концом, выполненным с возможностью подсоединения к патрубкам 8 и 9 для подачи первого и второго газа в корпус реактора 10. Наиболее удобным вариантом подключения является подключение вложенного трубопровода 1 к донному патрубку 9, а наружного трубопровода 2 к настенному (боковому) патрубку 8.The device for bubbling gases consists of a gas distributor made of two pipelines 1 and 2 bent in the form of a vertical spiral in the form of a truncated cone with uniformly spaced holes 3. Pipelines 1 and 2 are made with the same number and pitch of spiral turns and with the same diameters of the corresponding turns. Pipeline 1 is axially symmetrically inserted into pipeline 2 according to the "spiral in spiral" type. Pipelines 1 and 2 are located with their large bases down and are connected to each other with an offset of one spiral turn (t). The last turn 4, 5 (forming the smaller base of the cone) of each pipeline ends with a closed end, and the first turn 6, 7 (forming the larger base of the cone) begins with an open end, designed with the possibility of connecting to pipes 8 and 9 for feeding the first and second gas into the reactor body 10. The most convenient connection option is to connect the embedded pipeline 1 to the bottom pipe 9, and the external pipeline 2 to the wall (side) pipe 8.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Жидкость заливают в реактор 10 через патрубок 11. Через патрубок 8 в реактор 10 подают первый газ, который проходит через трубопровод 2, а через патрубок 9 и трубопровод 1 подают второй газ. Газы через перфорированную часть газораспределителя поступают в полость реактора 10, где проходят через жидкость, вступая с ней во взаимодействие.Liquid is poured into reactor 10 through branch pipe 11. The first gas is fed into reactor 10 through branch pipe 8, which passes through pipeline 2, and the second gas is fed through branch pipe 9 and pipeline 1. The gases enter the cavity of reactor 10 through the perforated part of the gas distributor, where they pass through liquid, interacting with it.

Заявленное устройство для барботажа газов обеспечивает надежный контакт газовых фаз в разбавителе, что приводит к эффективному смешиванию двух газов в образующемся газовом пузырьке. Во всплывающем в разбавителе газовом пузырьке осуществляется эффективный теплоотвод от поверхности в жидкость. Устройство позволяет создать для всплывающих пузырьков газов возможности эффективного перемешивания. Витки большего диаметра содержат наибольшее число отверстий и образуются основное количество пузырьков газа, которые по мере всплывания встречаются с пузырьками, образующимися на следующих витках барботера, что приводит к изменению траектории вертикального всплытия и увеличивает время пребывания пузырька в разбавителе. Это способствует лучшему перемешиванию и, следовательно, лучшему теплоотводу, что критически важно для реакций с большим тепловым эффектом.The claimed device for gas bubbling ensures reliable contact of gas phases in the diluent, which leads to effective mixing of two gases in the resulting gas bubble. In the gas bubble rising in the diluent, effective heat removal from the surface into the liquid is carried out. The device allows creating opportunities for effective mixing of the rising gas bubbles. The turns of a larger diameter contain the greatest number of holes and form the main number of gas bubbles, which, as they rise, meet with bubbles formed on the following turns of the bubbler, which leads to a change in the trajectory of vertical ascent and increases the residence time of the bubble in the diluent. This contributes to better mixing and, consequently, better heat removal, which is critically important for reactions with a large thermal effect.

Таким образом, устройство для барботажа газа в жидкость, выполненное в виде газораспределителя из двух трубопроводов изогнутых в виде вертикальных спиралей в форме конусов, обращенных большими основаниями вниз, с равномерно расположенными отверстиями, осесимметрично вложенных один в другой по типу «спираль в спирали» и соединенных со смещением в один виток спирали, обеспечивает увеличение производительности и интенсивности процесса взаимодействия двух разных газов за счет их одновременного барботажа в жидкость.Thus, a device for bubbling gas into a liquid, made in the form of a gas distributor from two pipelines bent in the form of vertical spirals in the form of cones, facing with their large bases downwards, with evenly spaced holes, axially symmetrically inserted one into the other according to the “spiral in a spiral” type and connected with an offset of one turn of the spiral, provides an increase in the productivity and intensity of the process of interaction of two different gases due to their simultaneous bubbling into the liquid.

Claims

A device for bubbling gas into a liquid, made in the form of a gas distributor, bent in the form of a vertical spiral in the shape of a cone, facing the large base downwards, with evenly spaced holes, characterized in that the gas distributor is made of two pipelines, axially symmetrically inserted one into the other according to the “spiral in spiral” type and connected with an offset of one turn of the spiral.