專利名稱：自吸式攪拌反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自吸式攪拌反應(yīng)器，尤其適用于氣-液和氣-液-固非均相 反應(yīng)過程。
背景技術(shù)：
氣-液和氣-液-固多相攪拌反應(yīng)器是一類很重要的反應(yīng)器，并且經(jīng)常需要把 反應(yīng)器頂部的氣體重新分散到液相中，以提高反應(yīng)速率與氣體利用率。自吸式 氣液反應(yīng)器是一種不用額外的氣體輸送機(jī)械而能自行吸入反應(yīng)器上部空間氣體 進(jìn)行氣液接觸的反應(yīng)裝置，通過特殊設(shè)計(jì)的自吸式攪拌槳在進(jìn)行料液混合的同 時(shí)不斷吸入外界的氣體，達(dá)到氣液分散、反應(yīng)的目的。然而自吸式攪拌槳的一 個(gè)重要特點(diǎn)是，只有當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速以上時(shí)，才會有氣體吸入并分散 到液體中來，并且轉(zhuǎn)速越高氣體吸入量越大；當(dāng)轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，就像普 通的攪拌槳一樣工作，沒有氣體吸入。與氣體外循環(huán)的反應(yīng)器相比，這是它的 不足之處。
目前國內(nèi)外各種專利所述的自吸式攪拌槳，都采用空心葉輪，出氣孔在葉 輪上，槳型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。而且把出氣孔放在葉輪上，對于一定的葉輪直徑， 對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速也是固定的。尤其對于葉輪直徑較小的反應(yīng)器，氣體吸入的臨 界轉(zhuǎn)速就很高。隨著自吸式葉輪浸沒深度的增加，臨界轉(zhuǎn)速增加，氣體吸入量 減少。所以對于雙層槳的自吸式反應(yīng)器，為了吸入更多的氣體，把自吸式槳作 為上層槳。這樣要依靠液相的總體流動(dòng)，才能把氣泡分散到釜下部的空間中。 如設(shè)計(jì)不當(dāng)，釜下部的氣含率遠(yuǎn)低于釜上部的氣含率?，F(xiàn)有的專利報(bào)道并沒有研究下層槳的影響，也沒有研究擋板對臨界轉(zhuǎn)速以 及吸氣量的影響。對于氣-液-固王相攪拌反應(yīng)器，經(jīng)常為了防止顆粒堵塞軸承而 不設(shè)置底支撐，造成運(yùn)轉(zhuǎn)不夠穩(wěn)定，并且易損壞；并且進(jìn)氣孔都設(shè)在同一平面 上，使攪拌軸的強(qiáng)度下降。

實(shí)用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實(shí)用新型目的在于提供一種臨界轉(zhuǎn)速 低、吸氣量大、混合效果好的自吸式攪拌反應(yīng)器。
所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，包括筒體及安裝在筒體中間的攪拌裝置，其特 征在于所述的攪拌裝置包括帶進(jìn)氣孔的空心攪拌軸，空心攪拌軸下部依次連接 設(shè)置向吸式攪拌槳、下層攪拌槳，卩l(xiāng)吸式攪拌槳處連接設(shè)置出氣支管，出氣支 管與空心攪拌軸連通。
所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于筒體內(nèi)配合設(shè)置一組擋板，擋板的 外側(cè)與筒體內(nèi)壁間隙連接固定。
所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于下層攪拌槳為上推式軸流槳。
所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在丁空心攪拌軸下端與設(shè)置在筒體的底 部的底支撐活動(dòng)連接。
所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于出氣支管穿設(shè)于自吸式攪拌槳的中部。
所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于出氣支管的端部設(shè)置出氣孔，且其 管端斜切向下。
所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于空心攪拌軸上部不同徑向平面上配 合設(shè)置兩組或兩組以上進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔的周圍連接設(shè)置加強(qiáng)環(huán)。
所述的Q吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于下層攪拌槳與自吸式攪拌槳的距離不大于1. 5倍槳徑，出氣支管的長度為自吸式攪拌槳槳徑的1. 3-2. 5倍。
所述的fi吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于出氣支管的長度為自吸式攪拌槳槳
徑的1.8倍。
本實(shí)用新型的自吸式攪拌槳處加設(shè)分散氣體的出氣支管、用上推式軸流槳 作為下層攪拌槳、并采用全擋板結(jié)構(gòu)，這三種措施都在不同程度上降低氣體開 始吸入的臨界轉(zhuǎn)速，并增加了氣體吸入量，氣液接觸良好，傳質(zhì)效率提高，使 攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌能耗的協(xié)調(diào)變得簡單，從而使產(chǎn)品的收率顯著提高。


圖1為本實(shí)用新型自吸式攪拌反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為木實(shí)用新型中自吸式攪拌槳采用的斜葉槳結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型中自吸式攪拌槳采用的推進(jìn)式槳結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型中自吸式攪拌槳采用的渦輪式槳結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-筒體、2-空心攪拌軸、3-擋板、4-底支撐、5-下層攪拌槳、6-出 氣支管、7-自吸式攪拌槳、8-進(jìn)氣孔。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明
如圖I所示，本自吸式攪拌反應(yīng)器，包括筒體1及安裝在筒體1中間的攪
拌裝置，所述的攪拌裝置包括帶進(jìn)氣孔8的空心攪拌軸2，空心攪拌軸2下部依 次連接設(shè)置自吸式攪拌槳7、下層攪拌槳5，自吸式攪拌槳7處連接設(shè)置出氣支 管6，出氣支管6與空心攪拌軸2連通，空心攪拌軸2下端與設(shè)置在筒體1的底 部的底支撐4活動(dòng)連接。本自吸式攪拌反應(yīng)器的空心攪拌軸2通過電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行攪拌，筒體1 上部的氣體從進(jìn)氣孔8吸入，經(jīng)空心攪拌軸2和出氣支管6進(jìn)入液相中，槳葉
的剪切作用使氣泡進(jìn)一步破碎，氣泡隨液相總體流動(dòng)分散到反應(yīng)器的不同位置， 實(shí)現(xiàn)氣液的接觸反應(yīng)。
如圖1所示，出氣支管6穿設(shè)于自吸式攪拌槳7的中部，端部設(shè)置出氣孔， 且其管端斜切向下。本實(shí)用新型中，出氣支管6的數(shù)目優(yōu)選為6-9個(gè)，出氣支 管6的長度為自吸式攪拌槳7槳徑的1.8倍。出氣支管6根據(jù)不同情況也可以設(shè) 置在自吸式攪拌槳7的下側(cè)。
下層攪拌槳5為上推式軸流槳，且與自吸式攪拌槳7的距離不大于1.5倍槳 徑?？招臄嚢栎S2 . !:部不同徑向平面上配合設(shè)置進(jìn)氣孔8，進(jìn)氣孔8的周圍連接 設(shè)置加強(qiáng)環(huán)。本實(shí)用新型中進(jìn)氣孔8的總面積不低于出氣孔的總面枳，根據(jù)不 同情況也可以設(shè)置兩組或兩組以上，每組兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同形式的進(jìn)氣孔 8。
如圖1所示，筒體l內(nèi)配合設(shè)置一組擋板3，擋板3的外側(cè)與筒體1內(nèi)壁間 隙連接固定所述間隙為擋板3厚度的二分之一。本實(shí)用新型中，擋板3優(yōu)選4-6 塊均布設(shè)置。
本實(shí)用新型的關(guān)鍵部件是帶出氣支管6的自吸式攪拌槳7，它在液體中旋轉(zhuǎn) 時(shí)出氣孔處液體的動(dòng)能增加而壓力下降。出氣孔處液休與筒休1頂部空間氣體 之間的壓力差就是氣體吸入的動(dòng)力。出氣支管6的長度與結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)，很容 易解決己有技術(shù)中存在的吸氣量與攪拌轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)問題。筒體1上部的氣體從 進(jìn)氣孔8吸入，經(jīng)空心攪拌軸2和出氣支管6進(jìn)入液相中。槳葉的剪切作用使 氣泡進(jìn)一步破碎，氣泡隨液相總體流動(dòng)分散到反應(yīng)器的不同位置。
下層攪拌槳5不僅決定了氣泡在筒體1下部空間的分散情況，而且對自吸式葉輪的氣體吸入量有很大影響。用上推式軸流槳做為下層攪拌槳5使自吸式 槳的吸氣量增加3()%以上，槳間距越小則氣體吸入量增加越多。最佳的組合是 采用下壓式斜葉渦輪槳(PBTD)做為自吸式攪拌槳7的攪拌部分，對稱出氣支管6 的長度為1.8倍的自吸式攪拌槳7的槳徑，采用上提式斜葉渦輪槳或上提推進(jìn) 式攪拌槳做為下層攪拌槳5，下層攪拌槳5的槳徑大于等于自吸式攪拌槳7的槳 徑。自吸式攪拌槳的葉片部分可以根據(jù)攪拌的需要進(jìn)行變化，圖2、圖3、圖4 舉例表示了葉輪為斜葉槳、推進(jìn)式槳與渦輪式槳的構(gòu)造情況。
為了提卨空心攪拌軸2的強(qiáng)度，進(jìn)氣孔8不都開在同一平面上?？梢匀齻€(gè) 進(jìn)氣孔8位于同一平面，另三個(gè)進(jìn)氣孔8位于另一個(gè)平面。進(jìn)氣孔8位置錯(cuò)開， 兩個(gè)開孔平面分別進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
擋板3采用全擋板結(jié)構(gòu)使臨界轉(zhuǎn)速下降，氣體吸入量提高?？招臄嚢栎S2 底部設(shè)立底支撐4，提高攪拌器高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性，同時(shí)也有利于筒體l的大 型化。本反應(yīng)器視需要可設(shè)置夾套、內(nèi)換熱盤管作為換熱部件。另外，針對一 定的操作壓力還附設(shè)包括安全閥、爆破膜在內(nèi)的安全防護(hù)裝置。
以下為本實(shí)用新型的冷模研究
在直徑0. 1m容積84L,的有機(jī)玻璃釜內(nèi)進(jìn)行冷模實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)帶出氣支管的自 吸式槳比MZX型反應(yīng)器的渦輪自吸式槳的臨界轉(zhuǎn)速低一半以上，吸氣量大約是 它的二倍。以上提式攪拌槳作為下層槳，使吸氣量進(jìn)一步增加40%-50%。對上述 現(xiàn)象進(jìn)行了深入的理論研究，并建立了臨界轉(zhuǎn)速與吸氣量的半理論模型，與實(shí) 驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
由流體力學(xué)理論證明，對于任何形式的的自吸式攪拌槳，加氣體吸入支、 用上提式攪拌槳作為下層槳、采用全擋板結(jié)構(gòu)，這三種措施都會在不同程度上 降低氣體開始吸入的臨界轉(zhuǎn)速并增加氣體吸入量。從理論和實(shí)驗(yàn)中都發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器直徑越大，這些優(yōu)勢越明顯。
以下為采用本實(shí)用新型的幾個(gè)實(shí)例比較 實(shí)例1
直徑0. 7m有效容積為200L的二氯苯鉀酸鹽羧化反應(yīng)裝置，采用雙葉片槳 式葉輪攪拌，轉(zhuǎn)速200rpm，反應(yīng)時(shí)間16小時(shí)。采用自吸式攪拌氣液反應(yīng)器，轉(zhuǎn) 速不變的情況下反應(yīng)時(shí)間縮短為8小時(shí)，且副產(chǎn)物減少，從而原料消耗下降了 30%。
實(shí)例2
有效容積為l()OOOL的二氯苯酚鉀鹽羧化反應(yīng)裝置，采用雙葉片槳式葉輪攪 拌，轉(zhuǎn)速200rpm，反應(yīng)時(shí)間18小時(shí)。采用自吸式攪拌氣液反應(yīng)器，轉(zhuǎn)速不變的 情況下反應(yīng)時(shí)間縮短為9小時(shí)，且副產(chǎn)物減少，從而原料消耗下降了 30%。
實(shí)例3
有效容積為IOOOML的二氯苯酚鉀鹽羧化反應(yīng)裝置，采用雙葉片槳式葉輪攪 拌，轉(zhuǎn)速450rpm，反應(yīng)時(shí)間16小時(shí)。采用自吸式攪拌氣液反應(yīng)器，轉(zhuǎn)速200 rpm 的情況F反應(yīng)時(shí)間縮短為9小時(shí)，基木沒有焦油產(chǎn)生，原料消耗下降了20%。
綜上所述，本實(shí)用新型充分掌握控制吸氣的規(guī)律，使吸氣量與攪拌轉(zhuǎn)速、 攪拌能耗的協(xié)調(diào)變得簡單，氣液接觸良好，.傳質(zhì)效率大大提高，化學(xué)反應(yīng)更加
完全，從而大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，使產(chǎn)品的收率顯著提高；而且槳葉攪拌的形 式不限，完全可以適應(yīng)不同攪拌的需要。
權(quán)利要求1.自吸式攪拌反應(yīng)器，包括筒體(1)及安裝在筒體(1)中間的攪拌裝置，其特征在于所述的攪拌裝置包括帶進(jìn)氣孔(8)的空心攪拌軸(2)，空心攪拌軸(2)下部依次連接設(shè)置自吸式攪拌槳(7)、下層攪拌槳(5)，自吸式攪拌槳(7)處連接設(shè)置出氣支管(6)，出氣支管(6)與空心攪拌軸(2)連通。
2. 如權(quán)利要求1所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于筒體(1)內(nèi)配 合設(shè)置一組擋板(3)，擋板(3)的外側(cè)與筒體(1)內(nèi)壁間隙連接固定。
3. 如權(quán)利要求1所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于下層攪拌槳(5) 為上推式軸流槳。
4. 如權(quán)利要求1所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于空心攪拌軸(2) 下端與設(shè)置在筒體(1)的底部的底支撐(4)活動(dòng)連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于出氣支管(6) 穿設(shè)于自吸式攪拌槳(7)的中部。
6. 如權(quán)利要求1所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于出氣支管(6) 的端部設(shè)置出氣孔，且其管端斜切向下。
7. 如權(quán)利要求1所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于空心攪拌軸(2) 上部不同徑向平面上配合設(shè)置兩組或兩組以上進(jìn)氣孔(8)，進(jìn)氣孔(8)的周圍 連接設(shè)置加強(qiáng)環(huán)。
8. 如權(quán)利要求1所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于下層攪拌槳(5) 與自吸式攪拌槳(7)的距離不大于1. 5倍槳徑，出氣支管(6)的長度為自吸 式攪拌槳(7)槳徑的1.3-2.5倍。
9. 如權(quán)利要求1所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，其特征在于出氣支管(6) 的長度為自吸式攪拌槳(7)槳徑的1.8倍。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種自吸式攪拌反應(yīng)器。所述的自吸式攪拌反應(yīng)器，包括筒體及安裝在筒體中間的攪拌裝置，其特征在于所述的攪拌裝置包括帶進(jìn)氣孔的空心攪拌軸，空心攪拌軸下部依次連接設(shè)置自吸式攪拌槳、下層攪拌槳，自吸式攪拌槳處連接設(shè)置出氣支管，出氣支管與空心攪拌軸連通。本實(shí)用新型的自吸式攪拌槳處加設(shè)分散氣體的出氣支管、用上推式軸流槳作為下層攪拌槳、并采用全擋板結(jié)構(gòu)，這三種措施都在不同程度上降低氣體開始吸入的臨界轉(zhuǎn)速，并增加了氣體吸入量，氣液接觸良好，傳質(zhì)效率提高，使攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌能耗的協(xié)調(diào)變得簡單，從而使產(chǎn)品的收率顯著提高。
文檔編號B01J19/18GK201300057SQ200820168128
公開日2009年9月2日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者余中寶, 儲消和, 周志明, 程振民, 袁佩青, 陳建華, 凡 鞠 申請人:華東理工大學(xué);浙江升華拜克生物股份有限公司