RU226118U1

RU226118U1 - Gas-liquid contact device

Info

Publication number: RU226118U1
Application number: RU2024101617U
Authority: RU
Inventors: Валерий Константинович Леонтьев; Мария Андреевна Юровская; Александр Валерьевич Леонтьев
Filing date: 2024-01-22
Publication date: 2024-05-21

Abstract

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия. Оно может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической промышленности и в биологии.The utility model relates to devices that are used to carry out processes of mixing liquid with gas, as well as their chemical interaction. It can be used in the oil refining, petrochemical, chemical, food, pharmaceutical and biological industries.

Устройство для контакта газа с жидкостью содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы. Распылитель выполнен в виде регулируемой форсунки, имеющей втулку с тангенциальными отверстиями и подвижный шток.A device for contacting gas with liquid contains a housing, an injection chamber, a sprayer, a mixer, and a dispersant perpendicular to the pipe axis. The sprayer is made in the form of an adjustable nozzle having a sleeve with tangential holes and a movable rod.

Благодаря предложенному устройству можно регулировать расход жидкости при постоянном давлении перед форсункой в широком диапазоне с сохранением сплошного и мелкодисперсного факела распыла.Thanks to the proposed device, it is possible to regulate the liquid flow at a constant pressure in front of the nozzle in a wide range while maintaining a continuous and fine spray pattern.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с регулированием расхода жидкости в широком диапазоне с сохранением интенсификации процесса смешения фаз в смесителе. Это достигается путем установки в распылителе втулки с тангенциальными отверстиями и подвижного штока.The technical result of the proposed utility model is the solution of problems associated with regulating liquid flow over a wide range while maintaining the intensification of the phase mixing process in the mixer. This is achieved by installing a sleeve with tangential holes and a movable rod in the sprayer.

Таким образом, предлагаемое устройство для контакта газа с жидкостью обеспечивает регулирование расхода жидкости в широком диапазоне с сохранением интенсификации процесса смешения фаз в смесителе. Thus, the proposed device for gas-liquid contact provides regulation of liquid flow over a wide range while maintaining the intensification of the phase mixing process in the mixer.

Description

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, их химического взаимодействия, а также для получения воздушно-механической пены для тушения пожаров. Данный аппарат может быть использован в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической, микробиологической и металлургической промышленности.The utility model relates to devices that are used to carry out processes of mixing liquid with gas, their chemical interaction, as well as to produce air-mechanical foam for extinguishing fires. This device can be used in the oil refining, petrochemical, chemical, food, pharmaceutical, microbiological and metallurgical industries.

С целью интенсификации процесса смешения фаз используют попеременное изменение формы и направления потока, удар потока о твердые преграды - отбойники, закручивание потока и диспергирование потока, взаимную эжекцию и инверсию фаз, наложение пульсаций, эффективное распределение газожидкостного потока по всему рабочему объему аппарата.In order to intensify the process of phase mixing, an alternating change in the shape and direction of the flow, the impact of the flow on solid barriers - fenders, swirling of the flow and dispersion of the flow, mutual ejection and inversion of phases, the imposition of pulsations, and the effective distribution of the gas-liquid flow throughout the entire working volume of the apparatus are used.

Диспергирование потока широко используется, как способ интенсификации в технологических процессах теплообмена и массообмена. Часто в ходе технологического процесса необходимо регулировать расход жидкости. При этом качество распыливания благодаря скрещивающим и закрученным струям сохраняется [Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распыливания жидкостей - М.: Химия, 1984. с. 87].Flow dispersion is widely used as a method of intensification in technological processes of heat transfer and mass transfer. Often during a technological process it is necessary to regulate the fluid flow. At the same time, the quality of atomization is preserved due to crossing and swirling jets [Pazhi D.G., Galustov V.C. Fundamentals of liquid spraying technology - M.: Chemistry, 1984. p. 87].

Наиболее близким конструктивным аналогом является устройство для контакта газа с жидкостью [патент на полезную модель RU №217076, МПК B01F 23/20; B01F 25/00, опубл. 16.03.2023, БИ №8], которое примем в качестве прототипа. Устройство для контакта газа с жидкостью содержит корпус, инжекционную камеру, смеситель, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы, распылитель, выполненный в виде форсунки с вкладышем, имеющим скрещивающиеся закрученные наклонные в радиальном направлении каналы.The closest design analogue is a device for contacting gas with liquid [utility model patent RU No. 217076, IPC B01F 23/20; B01F 25/00, publ. 03/16/2023, BI No. 8], which we will accept as a prototype. The device for contacting gas with liquid contains a housing, an injection chamber, a mixer, a dispersant perpendicular to the pipe axis, and a sprayer made in the form of a nozzle with an insert having crossing channels twisted in the radial direction.

Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель, который представляет собой форсунку с вкладышем, имеющим скрещивающиеся закрученные наклонные в радиальном направлении каналы. В результате движения по каналам происходит увеличение скорости осевого потока, при этом факел жидкости создается сплошным и мелкодисперсным.The device works as follows. Liquid under pressure is supplied to the atomizer, which is a nozzle with an insert having intersecting twisted channels inclined in the radial direction. As a result of movement through the channels, the speed of the axial flow increases, while the liquid plume is created continuous and finely dispersed.

Распыленная жидкость засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру. За счет огромной скорости происходят удары жидких капель о стенки смесителя. За счет рикошета и осевого вращения потока происходит турбулизация потока. Отдельные струи газожидкостного потока перекрещиваются друг с другом, что приводит к наложению пульсаций и значительному увеличению напряжения сдвига на границе смешиваемых фаз. Это значительно интенсифицирует процесс массопереноса, увеличивается поверхность контакта фаз, скорость ее обновления непосредственно в смесителе. Сформировавшийся в верхней цилиндрической части смесителя газожидкостной поток интенсивно перемешивается, причем интенсивность перемешивания зависит от размеров капель и уровня начальной турбулентности. Кроме этого, в смесителе может образовываться газожидкостной двухфазный поток с различным соотношением жидкости и газа. Двухфазный поток может быть с дисперсной жидкой, либо газовой фазой. При определенных условиях может происходить инверсия фаз в самом смесителе и газовая фаза становится дисперсной. Подобный режим работы наиболее эффективен ввиду того, что в момент инверсии наблюдается наибольшее поверхность контакта газа и жидкости. При выходе из смесителя газожидкостный поток с большой скоростью ударяется о диспергатор, меняет свое направление и поступает в рабочий объем аппарата, где происходит еще одна стадия контакта газа с жидкостью.The sprayed liquid sucks in gas entering the injection chamber. Due to the enormous speed, liquid drops hit the walls of the mixer. Due to the rebound and axial rotation of the flow, turbulization of the flow occurs. Individual jets of gas-liquid flow intersect with each other, which leads to the superposition of pulsations and a significant increase in shear stress at the boundary of the mixed phases. This significantly intensifies the mass transfer process, increasing the phase contact surface and the rate of its renewal directly in the mixer. The gas-liquid flow formed in the upper cylindrical part of the mixer is intensively mixed, and the intensity of mixing depends on the size of the droplets and the level of initial turbulence. In addition, a gas-liquid two-phase flow with a different ratio of liquid and gas can be formed in the mixer. A two-phase flow can be with a dispersed liquid or gas phase. Under certain conditions, phase inversion can occur in the mixer itself and the gas phase becomes dispersed. This mode of operation is the most effective due to the fact that at the moment of inversion, the largest contact surface between gas and liquid is observed. When leaving the mixer, the gas-liquid flow hits the dispersant at high speed, changes its direction and enters the working volume of the apparatus, where another stage of gas-liquid contact occurs.

Недостатком прототипа является невозможность изменения расхода жидкости через устройство без изменения качества распыливания, т.е. получения сплошного и мелкодисперсного факела. Расход жидкости можно регулировать только изменением давления на форсунке.The disadvantage of the prototype is the impossibility of changing the liquid flow through the device without changing the quality of atomization, i.e. obtaining a continuous and finely dispersed torch. Liquid flow can only be adjusted by changing the pressure at the nozzle.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание устройства с регулируемым расходом жидкости в широком диапазоне при сохранении сплошного и мелкодисперсного факела распыла.The technical result of the proposed utility model is the creation of a device with adjustable liquid flow over a wide range while maintaining a continuous and fine spray pattern.

Технический результат достигается тем, что предлагается устройство для контакта газа с жидкостью, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы.The technical result is achieved by the fact that a device is proposed for contacting gas with liquid, containing a housing, an injection chamber, a sprayer, a mixer, a dispersant, perpendicular to the axis of the pipe.

Отличительными конструктивными признаками предлагаемой полезной модели является то, что распылитель выполнен в виде регулируемой форсунки, имеющей втулку с тангенциальными отверстиями и подвижный шток.Distinctive design features of the proposed utility model are that the sprayer is made in the form of an adjustable nozzle having a sleeve with tangential holes and a movable rod.

На фиг. 1 изображено устройство для контакта газа с жидкостью.In fig. 1 shows a device for contacting gas with liquid.

На фиг. 2 изображена втулка 4 с тангенциальными отверстиями.In fig. 2 shows a bushing 4 with tangential holes.

Фиг. 3 вид А-А втулки с тангенциальными отверстиями.Fig. 3 view A-A of bushings with tangential holes.

Устройство для контакта газа с жидкостью содержит корпус 1, инжекционную камеру 2, смеситель 6, диспергатор 7, перпендикулярный к оси трубы, распылитель, выполненный в виде регулируемой форсунки 3, имеющей втулку 4 с тангенциальными отверстиями и подвижный шток 5.The device for gas-liquid contact contains a housing 1, an injection chamber 2, a mixer 6, a dispersant 7 perpendicular to the pipe axis, a sprayer made in the form of an adjustable nozzle 3 having a sleeve 4 with tangential holes and a movable rod 5.

Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель, который представляет собой форсунку 3. В форсунке установлена втулка 4 с тангенциальными отверстиями, расположенными по всей высоте втулки. И установлен подвижный шток 5 разного сечения. В крайнем нижнем положении форсунка закрыта. При вращении рукоятки штока, он поднимается вверх, открывая отверстия во втулке. Чем выше поднимается шток, тем больше количество открывается отверстий. Благодаря скрещивающиеся и закрученным струям, факел жидкости создается сплошным и мелкодисперсным.The device works as follows. Liquid under pressure is supplied to the sprayer, which is a nozzle 3. The nozzle has a sleeve 4 with tangential holes located along the entire height of the sleeve. And a movable rod of 5 different sections is installed. In the lowest position the nozzle is closed. When the rod handle is rotated, it rises up, opening the holes in the sleeve. The higher the rod rises, the more holes open. Thanks to the crossing and swirling jets, the liquid torch is created continuous and finely dispersed.

Распыленная жидкость засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. За счет огромной скорости происходят удары жидких капель о стенки смесителя 6. За счет рикошета и осевого вращения потока происходит турбулизация потока. Отдельные струи газожидкостного потока перекрещиваются друг с другом, что приводит к наложению пульсаций и значительному увеличению напряжения сдвига на границе смешиваемых фаз. Это значительно интенсифицирует процесс массопереноса, увеличивается поверхность контакта фаз, скорость ее обновления непосредственно в смесителе. Сформировавшийся в верхней цилиндрической части смесителя 6 газожидкостной поток интенсивно перемешивается, причем интенсивность перемешивания зависит от размеров капель и уровня начальной турбулентности. Кроме этого, в смесителе может образовываться газожидкостной двухфазный поток с различным соотношением жидкости и газа. Двухфазный поток может быть с дисперсной жидкой, либо газовой фазой. При определенных условиях может происходить инверсия фаз в самом смесителе и газовая фаза становится дисперсной. Подобный режим работы наиболее эффективен ввиду того, что в момент инверсии наблюдается наибольшее поверхность контакта газа и жидкости. При выходе из смесителя газожидкостный поток с большой скоростью ударяется о диспергатор 7, меняет свое направление и поступает в рабочий объем аппарата, где происходит еще одна стадия контакта газа с жидкостью.The atomized liquid sucks in the gas entering the injection chamber 2. Due to the enormous speed, liquid drops hit the walls of the mixer 6. Due to the rebound and axial rotation of the flow, turbulization of the flow occurs. Individual jets of gas-liquid flow intersect with each other, which leads to the superposition of pulsations and a significant increase in shear stress at the boundary of the mixed phases. This significantly intensifies the mass transfer process, increases the phase contact surface and the rate of its renewal directly in the mixer. The gas-liquid flow formed in the upper cylindrical part of the mixer 6 is intensively mixed, and the intensity of mixing depends on the size of the droplets and the level of initial turbulence. In addition, a gas-liquid two-phase flow with a different ratio of liquid and gas can be formed in the mixer. A two-phase flow can be with a dispersed liquid or gas phase. Under certain conditions, phase inversion can occur in the mixer itself and the gas phase becomes dispersed. This mode of operation is the most effective due to the fact that at the moment of inversion, the largest contact surface between gas and liquid is observed. When leaving the mixer, the gas-liquid flow hits the dispersant 7 at high speed, changes its direction and enters the working volume of the apparatus, where another stage of gas-liquid contact occurs.

Благодаря предложенному устройству можно изменять расход жидкости при постоянном давлении перед форсункой в широком диапазоне.Thanks to the proposed device, it is possible to change the liquid flow rate at a constant pressure in front of the nozzle in a wide range.

Claims

A device for contacting gas with liquid, containing a housing, an injection chamber, a sprayer, a mixer, a dispersant, perpendicular to the pipe axis, characterized in that the sprayer is made in the form of an adjustable nozzle having a sleeve with tangential holes and a movable rod.