專利名稱：帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種帶有攪拌槳組合氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜。
工業(yè)攪拌釜廣泛涉及氣液固三相體系的反應(yīng)過程，為了提高過程速率或者產(chǎn)品的均勻度，一般都要求在連續(xù)相中實現(xiàn)氣體及固體的均勻分散，同時也要考慮氣體及固體物對液相混合的影響。從50年代至今，絕大部分氣液攪拌反應(yīng)器使用徑向流的Rushton圓盤渦輪槳。其后的瑞典Scaba公司提出的SRGT型凹面葉片攪拌器雖然同屬于徑向流槳，但由于其葉片的特殊形狀而消除了葉片后面的氣穴，從而使其通氣功率下降較小，因此可將電機(jī)的設(shè)計功率幾乎全部用于氣液分散及傳質(zhì)；并且其通氣量在液泛之前要比Rushton圓盤渦輪槳大3倍。攪拌釜中氣泡的存在減少了葉輪的泵吸能力，從而減少了主體循環(huán)流強(qiáng)度及湍流強(qiáng)度，葉輪對氣泡的分散能力與葉輪的結(jié)構(gòu)相關(guān)。氣液分散優(yōu)秀的攪拌槳對固體懸浮未必最佳，氣液固三相體系中最適宜懸浮的葉輪結(jié)構(gòu)與液固兩相所用的葉輪也有差別。一般認(rèn)為液固兩相體系中軸向流槳最適宜懸浮，氣液固三相體系涉及到氣體的剪切分散問題，軸向流未必是最適宜的。Oldshue提供的數(shù)據(jù)表明，采用Lightnin公司的A310軸向流槳取代攪拌生物反應(yīng)器中原有的Rushton徑向流槳，成功和失敗之比為2∶1，其原因可能是A310槳容易產(chǎn)生液泛而引起的；在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的Lightnin公司的A315槳，取代Rushton圓盤渦輪槳時，也有5％到20％沒有獲得改進(jìn)或反而降低了反應(yīng)器的性能，其原因可能是其剪切能力不夠造成的。
本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷而提供一種用于氣液或氣液固多相體系的帶有組合式攪拌槳的攪拌反應(yīng)釜。
本實用新型的目的可通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn)一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其攪拌槳組合包括有上、下兩層槳及旋轉(zhuǎn)軸，上層槳為上推式斜凹葉圓盤渦輪攪拌槳，下層槳為上翻式軸流型攪拌槳或斜葉渦輪攪拌槳，上、下兩層槳間由旋轉(zhuǎn)軸上下串接。
本實用新型的目的還可通過以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實現(xiàn)前述的一種帶有攪拌槳組合的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其中所述的上層槳為4到8只葉片對稱分布在圓盤四周，且其圓盤上方的葉片比圓盤下方的短，槳葉片為圓弧型或拋物線型凹面，凹面葉片迎著反應(yīng)釜中物料轉(zhuǎn)動，槳葉片上下端部連線與圓盤的夾角θ為20到90度。
前述的一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其中所述的下層槳的采用上翻式軸流型攪拌槳或渦輪攪拌槳，其上均衡配置有4到8個葉片，每個葉片與水平面的夾角為20度到60度。
前述的一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其中所述下層槳的安裝位置為離反應(yīng)釜底之上0.25至約0.35倍反應(yīng)釜直徑。
前述的一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，采用多層多口管式指形氣體分布器。特別對于上下兩層多口(4-12口)管式指形氣體分布器，其中上層管口位置為離反應(yīng)釜底0.25至0.35倍的釜直徑，下層管口位置為離反應(yīng)釜底0.15至0.18倍的釜直徑。
前述的一種帶攪拌槳組合的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其中所述的在離釜壁距離為釜直徑的1/100至1/60倍范圍之內(nèi)設(shè)有擋板，擋板寬度為釜直徑的1/14至1/10倍。
本實用新型的優(yōu)點在于下層槳采用上推式軸流槳或渦輪槳，與傳統(tǒng)應(yīng)用的下壓式渦輪槳和圓盤渦輪槳相比，減少了功耗，消除了流動不穩(wěn)定問題；在相同功耗下具有更大的持氣量，并減輕了兩層槳之間的上下分區(qū)問題。上層槳采用上推式斜凹葉圓盤渦輪攪拌槳，槳葉片為圓弧型或拋物線型凹面，凹面葉片迎著反應(yīng)釜中物料轉(zhuǎn)動，可消除或顯著減少槳葉片背側(cè)的低壓區(qū)和氣穴形成，因此具有較低功耗和較大的泵送流量；另外通氣時功耗比不通氣時的功耗下降不多，從而使電機(jī)的配備容量只需少量冗余。此種攪拌組合在相同的功耗下，能產(chǎn)生比常規(guī)圓盤渦輪大得多的流量，使反應(yīng)釜內(nèi)物料得到充分的攪動，形成全釜的軸向循環(huán)流，減少混合時間。此種攪拌組合造成的流動是軸向流和徑向流組合，反應(yīng)釜內(nèi)剪切速率分布比較均勻，且最大剪切速率比較小，在相同的單位體積功耗下，可得到較高的傳質(zhì)系數(shù)。
下面將結(jié)合附圖對本實用新型作詳細(xì)的說明。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型上層槳結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖3的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實用新型的內(nèi)部流場示意圖。
圖6為本實用新型攪拌槳組合的通氣與不通氣功耗比Pg/P0曲線示意圖。
如
圖1～4所示，本實用新型由上層槳4、下層槳3及旋轉(zhuǎn)軸2組合而成。上層槳4為上推式斜凹葉圓盤渦輪攪拌槳，其葉片7為圓弧型或拋物線型凹面，且其圓盤8上方的葉片比圓盤8下方的短，采用了4到8只葉片7對稱分布在圓盤8四周。槳葉片上下端部連線與圓盤8的夾角為θ，根據(jù)物料特性及實際應(yīng)用體系不同的混合要求，采用不同的傾斜夾角θ，本實用新型中，采用大約20到90度范圍的角度。葉輪凹型面迎著流體方向轉(zhuǎn)動，使流體沿軸向上和向徑向排出。
下層槳3為上翻式軸流型攪拌槳或渦輪攪拌槳，下層槳3有4到8個葉片，每個葉片與水平面的夾角為20度到60度，這些葉片相互均勻配置，其葉片的直徑和葉片的安裝角可相應(yīng)調(diào)整。下層槳3的軸流攪拌槳的安裝位置為離反應(yīng)釜1底之上0.25至約0.35倍反應(yīng)釜1直徑范圍內(nèi)。在旋轉(zhuǎn)軸2的正常轉(zhuǎn)動中，通過下層槳3的每個葉片使反應(yīng)釜1中的物料從下向上流動。上、下兩層槳4、3間由旋轉(zhuǎn)軸2上下串接。
為配合固體懸浮和降低功耗，采用離釜壁非標(biāo)準(zhǔn)擋板5，在離釜壁距離約為釜直徑的1/100至1/60倍范圍之內(nèi)設(shè)有2～6個擋板5，擋板5寬度約為釜直徑的1/14至1/10倍的范圍之內(nèi)。每塊擋板5具有矩形的截面。
為強(qiáng)化氣體分散作用，采用多層多口(4-12口)管式指形氣體分布器。最好為雙層多口(4-12口)管式指形氣體分布器6，上層管口與下層槳位于同一水平面，下層管口位于下層槳3和反應(yīng)釜1底部中部，其位置為離反應(yīng)釜底0.15至0.18倍底釜直徑。
參見圖5，未通氣時，采用激光多普勒測速儀(LDV)對本實用新型攪拌槳組合的流場進(jìn)行了詳細(xì)測試，得到了反應(yīng)釜半平面的無因次流場。圖5中橫坐標(biāo)為反應(yīng)釜半徑R，縱坐標(biāo)為反應(yīng)釜高度Z，圖中向量代表無因次速度，其為R-Z平面內(nèi)的二維合速度。由圖可看出由下層槳3和上層槳4聯(lián)合作用形成了一個覆蓋反應(yīng)釜半平面3/4的大循環(huán)流，渦心在兩層槳中間偏上且靠近反應(yīng)釜壁的位置。在上層槳4上方也由上層槳4的徑向排出流形成一個小循環(huán)流，渦心在上層槳4上方且靠近反應(yīng)釜壁1的位置?？煽闯鋈魉俅笮『头植季鶆颍瑹o死區(qū)，對混合和傳質(zhì)十分有利。
并可通過對以下應(yīng)用例的介紹，可以對本實用新型的優(yōu)點和特征有更清晰的了解。在直徑D為384毫米的反應(yīng)釜內(nèi)，實驗流體采用水，通空氣量由0到35m3/hr，實驗轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分到350轉(zhuǎn)/分。采用本實用新型攪拌槳組合，上層槳4直徑為190毫米，下層槳3直徑為190毫米。并與其它攪拌槳組合作對比。
試驗結(jié)果用本實用新型的攪拌槳組合，與其它攪拌槳組合，如(下層為圓盤渦輪，上層為下壓斜葉渦輪)、(下層為上推斜葉渦輪，上層為圓盤渦輪)、(下層和上層均為上推斜葉渦輪)、(下層和上層均為下壓斜葉渦輪)等進(jìn)行對比。參見圖6，下層為上推斜葉渦輪、上層為圓盤渦輪的攪拌槳組合，通氣后功率下降很大，通氣時功耗與不通氣時功耗的比值約為0.4，而本實用新型攪拌槳組合的通氣時功耗與不通氣時功耗的比值則較大，約為0.6。并發(fā)現(xiàn)在相同單位體積功條件下，本實用新型攪拌槳組合的持氣率和傳質(zhì)速率均比其它攪拌槳組合大，且通氣時整個體系穩(wěn)定，液泛前的臨界持氣量大，流場中氣泡分布均勻，大氣泡少。
權(quán)利要求1.帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其特征在于其攪拌槳組合包括有上、下兩層槳、旋轉(zhuǎn)軸、上層槳為上推式斜凹葉圓盤渦輪攪拌槳，下層槳為上翻式軸流攪拌槳或斜葉渦輪攪拌槳，上、下兩層槳間由旋轉(zhuǎn)軸上下串接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其特征在于所述的上層槳為4至8只葉片，對稱分布在圓盤四周，且其圓盤上方的葉片比圓盤下方的短，槳葉片為圓弧型或拋物線型凹面，凹面葉片迎著反應(yīng)釜中物料轉(zhuǎn)動，槳葉片上下端部連線與圓盤的夾角θ為20到90度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其特征在于所述的下層槳采用上翻式軸流型攪拌槳或渦輪攪拌槳，其上均衡配置有4至8個葉片，每個葉片與水平面的夾角為20度到60度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其特征在于所述下層槳的安裝位置為離反應(yīng)釜底之上0.25至0.35倍反應(yīng)釜直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其特征在于在氣體進(jìn)口的端口設(shè)有多層多口管式指形氣體分布器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其特征在于所述的多層多口管式指形氣體分布器的口數(shù)為4至12口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其特征在于所述的多層多口管式指形氣體分布器為上下兩層多口管式指形氣體分布器，上層位置為離反應(yīng)釜底0.25至0.35倍的釜直徑，下層位置為離反應(yīng)釜底0.15至0.18倍的釜直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜，其特征在于在離釜壁距離約為釜直徑的1/100至倍1/60范圍之內(nèi)設(shè)有擋板，擋板寬度為釜直徑的1/14至1/10倍。
專利摘要本實用新型涉及一種帶有組合式攪拌槳的氣液或氣液固多相攪拌反應(yīng)釜,其攪拌槳組合包括有上、下兩層槳、旋轉(zhuǎn)軸,上層槳為上推式斜凹葉圓盤渦輪攪拌槳,下層槳為上翻式軸流型攪拌槳或斜葉渦輪攪拌槳,上、下兩層槳間由旋轉(zhuǎn)軸上下串接。為強(qiáng)化氣體分散作用,采用多層多口管式指形氣體分布器;為配合固體懸浮和降低功耗,采用離釜壁非標(biāo)準(zhǔn)擋板。
文檔編號B01J19/00GK2483079SQ0124467
公開日2002年3月27日 申請日期2001年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月6日
發(fā)明者馮連芳, 于天勇, 王嘉駿, 顧雪萍, 王凱 申請人:中國石化儀征化纖股份有限公司