DE1957946A1 - Injection process and device for carrying out the process - Google Patents

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PATENTANWALTS -^«.^·ι^«ι 1QR7QARPATENT ADVOCATE - ^ «. ^ · Ι ^« ι 1QR7QAR Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. BühlingDr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling Dipl.-Chem. . DIpl.-Ing. Dipl.-Chem.Dipl.-Chem. . DIpl.-Ing. Dipl.-Chem.

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MÖNCHEN 18. November 1969 case H.215o4 / T 3393MÖNCHEN November 18, 1969 case H.215o4 / T 3393

Imperial Chemical Industries Limited London (Großbritannien)Imperial Chemical Industries Limited London (Great Britain)

Einspritzverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInjection method and device for implementation of the procedure

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Einspritzen eines ersten Strömungsmittels in ein zweites Strömungsmittel und auf *ei-ne Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for Injecting a first fluid into a second fluid and onto a device for implementation this procedure.

Im einfachsten Fall erfolgt das Einspritzen eines Strömungsmittels in ein anderes Strömungsmittel über ein offenendiges Rohr. Der in einem solchen Fall die öffnung verlässende Strahl ist zylindrisch und führt bei mangelnder Stabilität zu ο Wirbelströmungen und Turbulenz in dem Medium, durch das er geht.In the simplest case, one fluid is injected into another fluid via an open-ended one Pipe. The one that leaves the opening in such a case The beam is cylindrical and leads when it is not stable ο eddy currents and turbulence in the medium through which it passes.

cd Der Nutzeffekt der Turbulenz besteht darin, in weitem Bereich £* variferende Blasengrößen (Gas in Flüssigkeit) oder Tropfengrößen _» (Flüssigkeit in Flüssigkeit) zu erzeugen. In vielen Anwendungs-cd The benefit of turbulence is in a wide range £ * varying bubble sizes (gas in liquid) or droplet sizes _ »(Liquid in liquid) to generate. In many application

co fällen ist diese Wirkung insbesondere insofern von Nachteil, . als beim Einspritzen von Gas in eine Flüssigkeit die größerenThis effect is particularly disadvantageous in that. than when injecting gas into a liquid, the larger ones

• . Mündlich· Abr«d«n, Intbatondcr· durch Τ·Ι·(οπ, b*dOrf«n MhrlHtldMr BMtltigupg•. Oral · Abr «d« n, Intbatondcr · through Τ · Ι · (οπ, b * dOrf «n MhrlHtldMr BMtltigupg

DrMdMr Bank München Klo. IM IW · Poauchtcfckonto München 11 «β 74DrMdMr Bank Munich loo. IM IW · Poauchtcfckonto Munich 11 «β 74

Blasen die Flüssigkeit verlassen wollen und die kleineren Blasen unerwünschte Stabilität zeigen und Grund zur Schaumbildung geben. Wenn ferner ein Gas in ein anderes Gas oder in eine Flüssigkeit eingespritzt wird, ist die Geräuschentwicklung eine unerwünschte Nebenwirkung der Turbulenz und zeigt einen Verlust an Nutzenergie an. Es wurde festgestellt, daß beim Einspritzen über eine Venturi-Düse der Strahl die Düse in Form eines expan-• dierenden Kegels verJdtzt, der bei verbesserter Bewegungsenergieübertragung in dem Strömungsmittel, durch das der Strahl geht,Bubbles want to leave the liquid and the smaller bubbles show undesirable stability and cause foaming give. Furthermore, if a gas is transformed into another gas or into a liquid is injected, the noise is an undesirable side effect of the turbulence and shows a loss of useful energy. It was found that when injecting through a Venturi nozzle, the jet expands the nozzle in the form of the tapered cone, while the transfer of kinetic energy is improved in the fluid through which the jet passes,

W einen stromlinienförmigen und nicht-turbulenten Strom verursacht, wobei das Strömungsmittel im Gleichlauf mit dem Strahl fließt. Ferner wurde festgestellt, daß Wechselwirkung an der Grenze zwischen Strahl und Strömungsmittel Blasen im v/esentlichen derselben Größe erzeugt und daß die Geräuschentwicklung beträchtlich verringert ist. Die Unterschiede in der Strahlform und in der in dem Medium, durch welches der Strahl geht, verursachten Bewegung sind aus den Zeichnungen ersichtlich, von denen die Figur 1 den Strom aus einem offenendigen Rohr und die Figur 2 den Strom aus einem mit einer Venturi-Düse versehenen Rohr verdeutlicht, wobei die gestrichelten Linien die Form des Strahls repräsentieren und die Pfeile die in dem Medium hervorgerufene Strömung verdeutlichen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Venturi-Düse liegt darin, daß der durch die Düse erzeugte W creates a streamlined and non-turbulent flow, the fluid flowing in unison with the jet. It has also been found that interaction at the jet-fluid boundary creates bubbles of substantially the same size and that noise is significantly reduced. The differences in the jet shape and in the movement caused in the medium through which the jet passes can be seen from the drawings, of which FIG. 1 shows the flow from an open-ended tube and FIG. 2 the flow from a venturi nozzle provided tube, the dashed lines representing the shape of the jet and the arrows illustrating the flow caused in the medium. Another advantage of using a venturi nozzle is that the amount generated by the nozzle

--■;-... I Strahl tiefer als der durch eine herkömmliche Düse erzeugte Strahl eindringt und weniger Strahlenergie durch turbulente Wechselwirkung mit dem Medium verlorengeht.- ■; -... I jet penetrates deeper than the jet generated by a conventional nozzle and less jet energy is lost due to turbulent interaction with the medium.

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Venturi-Diisen sind in Gasejektoren sowie In Stralilmischvorrichtungen geläufig, die alsEduktoren oder Ablaßrohre bekannt sind* Bei dieser Anwendung einer Venturi-Düse besitzt jedoch das Rohr unmittelbar vor der Venturi-Düse eine oder mehrere öffnungen, durch die unter der Saugwirkung des durch dl· Venturi-Düee gehenden Strömungsmittels von der Aussenseite Nebenströmungsmittel angesaugt wird. In dem Venturi-IIals erfolgt eine Vermischung des durch das Rohr zur Venturi-Düse strömenden Strömungsmittels mit dem Hebenströmungsmittel, wobei festgestellt wurde, daß dies für den stromlinienförmigen kegelartigen Strom nachteilig ist, der für die Erfindung wichtig ist. Ferner geht durch die Saugwirkung und die Vermischung Energie des Strahlflusses durch, die Venturi-Düse verloren, wodurch man einen unstabilen Strahl geringerer Eindringtiefe erhält. In ähnlicher V7eise verursacht bei den bekannten Venturi-Scrubber das Einführen einer Spritzflüssigkeit in den Hals einer Venturi-DUse, durch die das zu reinigende Gas geht, ein Zerreißen des die Venturi-Düse verlassenden Strahls sowie Energieverlust des Strahls.Venturi nozzles are common in gas ejectors and in Stralil mixing devices, which are used as eductors or drainage pipes are known * Has a Venturi nozzle in this application however, the pipe just in front of the venturi nozzle one or several openings through which, under the suction effect of the fluid passing through the dl · Venturi nozzle, from the outside Secondary fluid is sucked in. In the Venturi IIals takes place a mixing of the fluid flowing through the tube to the venturi with the lift fluid, which was found to be for the streamlined cone-like Current is detrimental, which is important to the invention. Furthermore, through the suction and the mixing, the energy of the Jet flow through, the venturi nozzle is lost, causing you receives an unstable beam of lesser penetration depth. The known Venturi scrubbers have a similar effect the introduction of a spray liquid into the neck of a venturi nozzle through which the gas to be purified passes, a rupture of the the jet leaving the venturi nozzle as well as energy loss of the jet.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren für das Einspritzen eines ersten Strömungsmittels in ein zweites Strömungsmittel dadurch gekennzeichnet, daß man das erste Strömungsmittel als divergierenden Kegel in das zweite Strömungsmittel einführt, so daß in dem zweiten Strömungsmittel neben dem Kegel eine gleichgerichtete stromlinienförmige Strömung erzeugt wird.According to the invention is a method for injecting a first fluid in a second fluid, characterized in that the first fluid as introduces diverging cone into the second fluid, so that a rectified streamlined flow is generated in the second fluid next to the cone.

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Gase und Flüssigkeiten können das erste oder das zweite Strömungsmittel bilden; das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch insbesondere beim Einspritzen von Gas in Gas, von Gas in eine Flüssigkeit oder von Flüssigkeit in eine Flüssigkeit von besonderem Wert. Z.B. werden bei Flammrohren Dampfstrahlen verwendet, um in ein Abgas einen Luftstrom einzuführen, damit der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff bereitgestellt wird* Die Verwendung herkömmlicher Dampfstrahlen ist mit großem Geräusch verbunden, das durch die Anwendung der Er-. findung verringert werden kann. Eine weitere Anwendungmöglichkeit der Erfindung besteht bei chemischen Reaktoren , in denen ein Gas z.B. Sauerstoff in eine Flüssigkeit, z.B. Kohlenwasserstoff eingespritzt wird, wobei in der Flüssigphase eine Reaktion stattfindet. Durch die Anwendung der Erfindung wird eine bessere und gleichmäßigere Gasverteilung erreicht. In ähnlicher Weise kann ein Gemisch aus Gasen, z.B. Äthylen und Sauerstoff in ein flüssiges Reaktionsmittel, z.B. in Essigsäure eingespritzt werdenGases and liquids can constitute the first or second fluid; the inventive method however, particularly when injecting gas into gas, of Gas to liquid or from liquid to liquid of particular value. E.g. steam jets are produced in flame tubes used to introduce a stream of air into an exhaust gas in order to provide the oxygen necessary for combustion * The use of conventional steam jets is associated with great noise caused by the application of the er-. finding can be reduced. Another possible application of the invention resides in chemical reactors in which a gas, e.g., oxygen, is converted into a liquid, e.g., hydrocarbon is injected, a reaction taking place in the liquid phase. By using the invention, there will be a better one and more even gas distribution is achieved. Similarly, a mixture of gases, e.g. ethylene and oxygen, can be combined into one liquid reagent, e.g. acetic acid, can be injected

Die bevorzugte Maßnahme, durch die der divergierende ψ Kegel des ersten Strömungsmittels erzeugt wird, besteht darin, daß man das Strömungsmittel durch eine Venturi-Düse gibt, in der im unmittelbaren Düsenbereich nicht zusätzlich Strömungsmitfd. eingeführt wird.The preferred measure by which the diverging ψ cone of the first fluid is generated is that the fluid is passed through a Venturi nozzle in which there is no additional fluid in the immediate nozzle area. is introduced.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in einem Rohr, das Ln einer Venturi-Düse endet, welche im unmittelbaren Düsenbereich keinen Einlaß für ein zusätzliches Strömungsmittel oder Nebenströmungsmittel auf-A device for carrying out the method according to the invention consists of a tube which ends Ln a Venturi nozzle which does not have an inlet for an additional fluid or secondary fluid in the immediate nozzle area.

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weist.shows.

Der Ausdruck "Nebenströmungsmittel" umfaßt Strömungsmittel, die mit dem durch das Rohr zum Venturi oder der engsten Stelle gehenden Strömungsmittel identisch sind als auch Strömungsmittel unterschiedlicher Zusammensetzung. Der "unmittelbare Venturi—Bereich" umfa0t den unmittelbar vor dem Venturi befindlichen Rohrbereich als auch den Bereich bis zum Ende der Venturi-Büse. Der Ausdruck soll nicht das Einspritzen eines Strömungsmittelgemisches in ein drittes Strömungsmittel ausschliessen, wobei das Gemisch durch das Einführen eines Strömungsmittels in ein anderes Strömungsmittel in einem Abstand von einer Venturi-Düse erhalten wird, durch die das Strömungsmittelgemisch auszustossen ist.The term "secondary fluid" includes fluids, which are identical to the fluid going through the pipe to the venturi or narrowest point as well as fluid different composition. The "immediate Venturi Area "includes the area immediately in front of the Venturi located pipe area as well as the area up to the end of the Venturi nozzle. The phrase is not meant to inject one Exclude fluid mixture in a third fluid, wherein the mixture is achieved by introducing one fluid into another fluid at a distance is obtained from a venturi through which the fluid mixture is to be expelled.

Die Abmessung des Venturis für die Anwendung bei der Erfindung wird in Abhängigkeit von der Rate gewählt, mit der das erste Strömungsmittel in das zweite Strömungsmittel eingebracht werden soll. Eine geeignete Venturi-Düse kann die folgenden Abmessungen haben: einen zylindrischen Einlaß mit demselben Durchmesser wie das Zuführungsrohr, einen Eingangstrichter-Halbwinkel von 25° bis 3ο⁰, einen Ausgangstrichter-Halbwinlcel von 5° bis 15°, vorzugsweise 7°, einen zylindrischen Hals einer Länge, die im wesentlichen dem halben Einlaßdurchmesser entspricht und einem Halsdurchmesser, der im wesentlichen einem Viertel bis der Hälfte des Einlaßdurchmessers entspricht.The size of the venturi for use in the invention is selected depending on the rate at which the first fluid is to be introduced into the second fluid. A suitable Venturi nozzle can have the following dimensions: a cylindrical inlet with the same diameter as the feed tube ^{, an inlet funnel half-angle of 25 ° to 3ο 0} , an outlet funnel half-angle of 5 ° to 15 °, preferably 7 °, a cylindrical neck a length substantially equal to half the inlet diameter and a neck diameter substantially equal to one quarter to one half of the inlet diameter.

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Der Ausgangstrichter verbreitet sich zu einer Auslaßöffnung mit demselben Durchmesser wie, (3er zylindrische Einlaß zur Venturi-Düse. Die Erfindung ist sehr bei Verfahren brauchbar, bei denen ein Gas z.B. mit: einer Bate von Io bis loo Liter/sekunde in eine Flüssigkeit einzuführen ist.; auch ist die Erfindung besonders geeignet für das Einspritzen eines Gases wie Dampf in einen Kohlenwasserstoff strom eines Flammrohr s _r ' wobei 1/2 bis 1 ton Dampf pro Stunde eingespritzt werden können.The exit funnel widens to an outlet opening with the same diameter as, (3-way cylindrical inlet to the venturi nozzle. The invention is very useful in processes in which a gas is to be introduced into a liquid, for example at a rate of 10 to 100 liters / second .; The invention is also particularly suitable for injecting a gas such as steam into a hydrocarbon stream of a flame tube s _r 'wherein 1/2 to 1 ton of steam can be injected per hour.

In Figur 3 ist ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung im Längsschnitt gezeigt.In Figure 3 is an example of an inventive Injection device shown in longitudinal section.

Ein fortlaufendes Rohr 1 mit einein Durchmesser von etwa 1,9 cm C3/4 engl. Soll) endet in einer Venturi-Büse 2 raifc einem Eingangrichter 3, einem rohrförmigen Hals 4 und einem Äosgangstrichter 5. Der Winkel des Eingangstrichters beträgt 25° waä derjenige des Ausgangstrichters 7°. Der Durchmesser des Halses betragt etwa o,95 cm (3/8 engl. Zoll) und seine Länge o,95 cm C3/8 engl. Zoll).A continuous tube 1 about 1.9 cm in diameter C3 / 4 engl. Desired) ends in a Venturi bush 2, an inlet funnel 3, a tubular neck 4 and an outlet funnel 5. The angle of the inlet funnel is 25 ° while that of the outlet funnel is 7 °. The diameter of the neck is about o.95 cm (3/8 inch) and its length is o.95 cm C3 / 8 inch. Customs).

Beim Einsatz wurde die Einspritzvorrichtung dafür verwendet, Luft oder ein Gemisch aus Luft isit Äthylen in eine Flüssigkeit wie Wasser mit Geschwindigkeiten bis zu 25 Liter/Sekunde einzubringen.In use, the injector was used to Air, or a mixture of air, is ethylene into a liquid such as water at speeds of up to 25 liters / second bring in.

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Claims (7)

PatentansprücheClaims 1) Verfahren für das Einspritzen eines ersten Strömungsmittels in ein zweites Strömungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß man das erste Strömungsmittel in Form eines divergierenden Kegels oder Trichters in das zweite Strömungsmittel einbringt, derart, daß in dem- zweiten Strömungsmittel neben dem Kegel ein gleichlaufender stromlinienförmiger Strom erzeugt wird. 1) A method for injecting a first fluid into a second fluid, characterized in that the first fluid is introduced into the second fluid in the form of a diverging cone or funnel , such that in the second fluid next to the cone a concurrent streamlined flow is produced. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Strömungsmittel Gase sind und vorzugsweise Dampf 2) Method according to claim 1, characterized in that both fluids are gases and preferably steam in ein Kohlenwasserstoffabgas eingespritzt wird.is injected into a hydrocarbon exhaust. 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas in eine Flüssigkeit, vorzugsweise Sauerstoff in flüssigen Kohlenwasserstoff oder ein Gemisch aus Sauerstoff und Kthylen in ein flüssiges Reaktionsmittel aus Essigsäure eingespritzt wird. 3) Method according to claim 1, characterized in that a gas is injected into a liquid, preferably oxygen in liquid hydrocarbon or a mixture of oxygen and Kthylen in a liquid reagent of acetic acid. 4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasrate Io bis loo Liter/Sekunde beträgt. 4) Method according to claim 3, characterized in that the gas rate is Io to loo liters / second. 5) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Rohr (1), das in einer Venturi-Düse (2) endet, in der sich im unmittelbaren Düsenbereich kein Einlaß für ein Nebenströmungsmittel befindet. 5) Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized by a tube (1) which ends in a Venturi nozzle (2) in which there is no inlet for a secondary fluid in the immediate nozzle area. 009826/1899009826/1899 6) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturi-Düse einen zylindrischen Einlaß gleichen Durchmessers wie das Rohr, einen Eingangstrichter-Halbwi-nkel von 25° bis 3o°, einen Ausgangstrichter-Halbwinkel von 5° bis 15°, einen zylindrischen Hals mit einer Länge, die im wesentlichen6) Device according to claim 5, characterized in that that the Venturi nozzle has a cylindrical inlet of the same diameter as the pipe, an entrance funnel half-angle of 25 ° to 3o °, an exit funnel half-angle of 5 ° to 15 °, a cylindrical neck with a length substantially dem halben Einlaßdurchmesser entspricht und einem Haisdurchmesser, der im wesentlichen einem Viertel bis der Hälfte des Einlaßdurchmessers entspricht und einem Ausgangstrichter.aufweist, _ der in einer Auslaßöffnung endet, welche denselben Durchmesser wie der zylindrische Einlaß zur·Venturi-Düse hat. 'corresponds to half the inlet diameter and one shark diameter, which is essentially a quarter to half the inlet diameter and has an exit funnel which ends in an outlet opening which has the same diameter as the cylindrical inlet to the venturi nozzle has. ' 7) Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Verwendung der Venturi-Düse·bei Flammrohren.7) Device according to claim 5 or 6, characterized by using the Venturi nozzle with flame tubes. 0 0 9 8 2 6/18990 0 9 8 2 6/1899