專利名稱：非對稱型表面曝氣槳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種需要表面曝氣的機(jī)械攪拌裝置，特別涉及一種非對稱型的表面曝氣裝置，廣泛適用于石油化工、環(huán)境工程、生物以及制藥等行業(yè)。
背景技術(shù)：
在機(jī)械攪拌表面曝氣裝置中，氣體的吸入主要依靠攪拌槳的強(qiáng)烈攪拌，從而導(dǎo)致液面達(dá)到劇烈湍動的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。但通常使用的Rushton槳、六直葉槳等表面曝氣槳，均為對稱型結(jié)構(gòu)，即以攪拌軸為中心線的軸對稱構(gòu)型和以水平中心線為對稱的上下對稱構(gòu)型；旋轉(zhuǎn)中由于上下平面均與液面水平，水平排出流亦與液面平行，對液面湍動的強(qiáng)化主要依靠槳的徑向排出流與攪拌槽擋板和槽壁的相互作用來實(shí)現(xiàn)，缺乏對液面湍動的直接促進(jìn)；此外，對稱型表面曝氣槳的水平排出流對吸入氣泡的軸向分散能力差，氣相主要集中在表面曝氣槳周圍，在攪拌槽的下方存在氣泡無法到達(dá)的“死區(qū)”。上述缺陷導(dǎo)致對稱型表面曝氣槳的吸入氣量小，氣相分散能力差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述對稱型表面曝氣槳的缺陷，提供一種非水平排出流，周期性三維攪拌作用明顯，液面湍動劇烈，吸入氣量大，氣泡分散狀況好和軸向作用范圍廣的非對稱型結(jié)構(gòu)的表面曝氣槳裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的非對稱型傾斜安裝的表面曝氣裝置，包括攪拌軸2及安裝在攪拌軸2上的非對稱型表面曝氣槳1，其特征在于，所述曝氣攪拌槳1的中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線成10°-35°傾角。
所述曝氣攪拌槳1為Rushton表面曝氣槳，葉片數(shù)目為4-12片；所述曝氣攪拌槳1為六直葉表面曝氣槳，葉片數(shù)目為4-12片；所述曝氣攪拌槳1為葉片型表面曝氣槳，其上的垂向葉片12為直板型葉片，數(shù)目為4-12片，垂向葉片12外緣與水平圓環(huán)11外緣對齊，水平圓環(huán)11內(nèi)徑為其外徑的40-80％；所述曝氣攪拌槳1為半平面型表面曝氣槳，其上的垂向葉片13為直板型葉片，交替分布在中心圓盤的上方和下方，數(shù)目為4，8或12片；本發(fā)明提供的非對稱型表面曝氣裝置，其工作原理是非對稱型表面曝氣槳與水平面成一定傾角，旋轉(zhuǎn)過程中，槳的旋轉(zhuǎn)并非保持在同一水平面內(nèi)，而是在軸向上有一定的晃動，使得槳的軸向作用范圍變大，對液面的擾動更為強(qiáng)烈，液面漩渦數(shù)目增加，氣體的吸入量增大；其排出流也不僅限于水平方向，而且在軸向向上方向上也有一定分量，直接推動了液面的湍動；此外，表面曝氣槳作用空間內(nèi)的某一固定位置在不同時刻槳的作用都在發(fā)生變化，周期性三維攪拌作用明顯，強(qiáng)化了氣泡破碎效果、氣液混合與傳質(zhì)；同時，排出流中軸向向下的流體，將吸入的氣泡直接帶入攪拌槽內(nèi)下方，使氣相的軸向分散更為均勻，防止氣相集中在表面曝氣槳周圍，有利于攪拌槽下方氣泡無法到達(dá)的所謂“死區(qū)”的消除。提高了表面曝氣裝置的吸入氣量，強(qiáng)化了氣液傳質(zhì)效應(yīng)。
總之，本發(fā)明提供的非對稱型表面曝氣裝置具有強(qiáng)烈的周期性三維攪拌作用，對液面的擾動強(qiáng)烈，吸氣量大，氣泡分散狀況好，氣液傳質(zhì)速率高，表面曝氣效率性能優(yōu)越的特性。
在同一攪拌槳軸上安裝多個非對稱型攪拌槳，可以使周期性三維攪拌作用遍及整個容器，得到更好的攪拌和混合效果，從液面吸入的氣泡也更容易分散到攪拌槽的下部。同時，適當(dāng)調(diào)節(jié)多個非對稱型攪拌槳的安裝位置，可以使攪拌槳軸受到的非平衡扭矩減小，使攪拌槽機(jī)械裝置運(yùn)行更加平穩(wěn)。


附圖1為非對稱型Rushton表面曝氣槳結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為非對稱型六直葉表面曝氣槳結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3為非對稱型葉片型表面曝氣槳結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4為非對稱型半平面型表面曝氣槳結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5為本發(fā)明一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖6為本發(fā)明又一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖8為本發(fā)明另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖9為本發(fā)明另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖10為本發(fā)明再一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
其中非對稱型表面曝氣槳1攪拌軸2液面3攪拌槽擋板4下層非對稱型表面曝氣槳5圓環(huán)11直葉片12 半平面型槳直葉片13實(shí)施例1針對氣液兩相體系，在內(nèi)徑154mm，高300mm，有4個攪拌槽擋板4的圓柱形攪拌槽中，介質(zhì)為水，槽內(nèi)液位高154mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發(fā)明的非對稱型Rushton表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，浸沒深度30mm。在攪拌轉(zhuǎn)速為350r/min時，以濃度為0.1mol/L的亞硫酸鈉溶液作流加試劑，采用流加亞硫酸鈉法測定氣液體積傳質(zhì)系數(shù)。Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的氣液傳質(zhì)系數(shù)為0.013s-1。采用本發(fā)明的非對稱型Rushton表面曝氣裝置(如圖6)，本實(shí)施例的非對稱型Rushton表面曝氣槳的葉片為直板型葉片，葉片數(shù)目為6，中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線分別成10°、15°、20°、25°、30°、35°的傾角。氣液傳質(zhì)系數(shù)分別為0.018s-1、0.019s-1、0.019s-1、0.021s-1、0.022s-1、0.020s-1，較Rushton表面曝氣裝置的氣液傳質(zhì)系數(shù)增大38.5％-69.2％。
實(shí)施例2針對氣液兩相體系，在結(jié)構(gòu)和尺寸同實(shí)施例1的圓柱形攪拌槽中，介質(zhì)為水，槽內(nèi)液位初始高度為154mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發(fā)明的非對稱型六直葉表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，距槽底124mm。采用逐漸增加轉(zhuǎn)速的方法測定臨界曝氣轉(zhuǎn)速，將開始吸入氣泡的轉(zhuǎn)速定義為臨界曝氣轉(zhuǎn)速。通過改變液位高度來改變槳的浸沒深度。在浸沒深度分別為30、40、50mm時，Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的臨界曝氣轉(zhuǎn)速分別為256、264、265、254r/min；采用本發(fā)明的非對稱型六直葉表面曝氣裝置(如圖7)，測得臨界曝氣轉(zhuǎn)速分別為192、220、224、221r/min，臨界曝氣轉(zhuǎn)速降低了13％-25％，表面曝氣能力得到增強(qiáng)。
實(shí)施例3針對氣液兩相體系，在內(nèi)徑154mm，高300mm，有4個攪拌槽擋板4的圓柱形攪拌槽中，介質(zhì)為水，槽內(nèi)液位高154mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發(fā)明的非對稱型葉片型表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，浸沒深度30mm。在攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min時，以濃度為0.1mol/L的亞硫酸鈉溶液作流加試劑，采用流加亞硫酸鈉法測定氣液體積傳質(zhì)系數(shù)。Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的氣液傳質(zhì)系數(shù)為0.019s-1。采用本發(fā)明的非對稱型葉片型表面曝氣裝置(如圖8)，本實(shí)施例的非對稱型葉片型表面曝氣槳的葉片為直板型葉片，葉片數(shù)目為6，中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線分別成10°、15°、20°、25°、30°、35°的傾角。氣液傳質(zhì)系數(shù)分別為0.024s-1、0.025s-1、0.026s-1、0.027s-1、0.029s-1、0.027s-1，較Rushton表面曝氣裝置的氣液傳質(zhì)系數(shù)增大26.3％-52.6％。
實(shí)施例4針對氣液兩相體系，在內(nèi)徑154mm，高300mm，有4個攪拌槽擋板4的圓柱形攪拌槽中，介質(zhì)為水，槽內(nèi)液位高154mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發(fā)明的非對稱型半平面型表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，浸沒深度30mm。在攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min時，以濃度為0.5mol/L的氯化鉀溶液作為示蹤劑，采用電導(dǎo)探頭測量，計算機(jī)采樣的方法測定流體的混合時間。Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的混合時間為1.23s。采用本發(fā)明的非對稱型半平面型表面曝氣裝置(如圖9)，本實(shí)施例的非對稱型半平面型表面曝氣槳的葉片為直板型葉片，中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線分別成20°傾角，葉片數(shù)目分別為4，8，12?；旌蠒r間分別為1.15s、1.09s、1.01s，較Rushton表面曝氣裝置的混合時間縮短6.5％-17.9％。
實(shí)施例5在實(shí)施例4的攪拌體系中，攪拌槳軸上布置了兩個非對稱型表面曝氣槳(如圖10)，上層槳采用如本發(fā)明圖3所示的非對稱型葉片型表面曝氣槳，下層槳采用如本發(fā)明圖2所示的非對稱型六直葉表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，上層槳浸沒深度30mm，下層槳浸沒深度100mm，兩個攪拌槳的傾斜方向恰好相反。在攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min時，以濃度為0.5mol/L的氯化鉀溶液作為示蹤劑，采用電導(dǎo)探頭測量，計算機(jī)采樣的方法測定流體的混合時間。Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的混合時間為1.23s。本實(shí)施例的采用兩個非對稱型表面曝氣槳，中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線分別成20°傾角，葉片數(shù)目均為6，混合時間為0.83s，較Rushton表面曝氣裝置的混合時間縮短32.5％。
權(quán)利要求
1.一種非對稱型傾斜安裝的表面曝氣裝置，包括攪拌軸2及安裝在攪拌軸2上的非對稱型表面曝氣槳1，其特征在于所述曝氣攪拌槳1的中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線成10°-35°傾角。
2.按權(quán)利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于所述曝氣攪拌槳1為Rushton表面曝氣槳，葉片數(shù)目為4-12片。
3.按權(quán)利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于所述曝氣攪拌槳1為六直葉表面曝氣槳，葉片數(shù)目為4-12片。
4.按權(quán)利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于所述曝氣攪拌槳1為葉片型表面曝氣槳，其上的垂向葉片12為直板型葉片，數(shù)目為4-12片，垂向葉片12外緣與水平圓環(huán)11外緣對齊，水平圓環(huán)11內(nèi)徑為其外徑的40-80％。
5.按權(quán)利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于所述曝氣攪拌槳1為半平面型表面曝氣槳，其上的垂向葉片13為直板型葉片，交替分布在中心圓盤的上方和下方，數(shù)目為4，8或12片。
6.按權(quán)利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于在同一攪拌槳軸2上安裝多個非對稱型結(jié)構(gòu)攪拌槳1。
全文摘要
本發(fā)明涉及的非對稱型傾斜安裝的表面曝氣裝置，包括攪拌軸2及安裝在攪拌軸2上的非對稱型表面曝氣槳1；曝氣攪拌槳1的中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線成10°－35°傾角；曝氣攪拌槳1為Rushton表面曝氣槳、六直葉表面曝氣槳、葉片型表面曝氣槳或半平面型表面曝氣槳；表面曝氣槳的葉片數(shù)目為4－12片；在同一攪拌槳軸上可以安裝多個非對稱型攪拌槳；本發(fā)明的非對稱型表面曝氣裝置具有強(qiáng)烈的周期性三維攪拌作用，對液面擾動強(qiáng)烈，吸氣量大，氣泡分散狀況好，氣液傳質(zhì)速率高，表面曝氣效率性能優(yōu)越。
文檔編號C02F3/14GK1683256SQ20041003362
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者禹耕之, 楊超, 毛在砂 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所