CN101912759A - 一种用于气液分散的气体分布器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气液分散的气体分布器，可将气体高效分散于液体中，其包括气体分布室、设于气体分布室外壳上的气体出流元件，其还包括设于气体分布室内、且与进气管相连通的导流筒，气体分布室为常规的或带有苹果底结构的球形、扁球形、飞碟形。该导流筒纵截面形状呈双曲线型或圆柱型；该气体出流元件为螺旋喷嘴、切缝锥管喷嘴、内置旋流片的直管或锥管、射流混合器或微孔盲管。本发明分散效果好、不易阻塞、对液体物料适应性好且结构简单。

Description

一种用于气液分散的气体分布器

技术领域

本发明涉及气液反应设备领域，尤其是一种将气体高效分散于液体的气体分布器。

背景技术

在诸多液体作为连续相，气体作为分散相的气液反应中，诸如加氢、氯化、氧化以及好氧生物发酵等过程，都涉及到将气体通过气体分散装置引入液体之中。目前普遍采用的气体分散装置多为进气管直接引入，或将进气管接入外表面开孔的环形管、多面体状或圆柱状的气室中，气体再由环形管、多面体状或圆柱状气室上的小孔分散至周围液体中。进气管直接引入的方式结构简单、且出气顺畅，不会发生物料的存积阻塞，但分散效果差；而后者虽分散效果较好，但因受其结构限制，气体在环形管、多面体状或圆柱状气室内存在气流死角，气体速度分布不均，从而使得各出气孔的出气量均匀性不佳，且在环形管、多面体状或圆柱状气室内的气流死角处会造成物料的存积与阻塞，从而直接影响气体分散效果，此种现象在好氧生物发酵过程中尤为明显，且极易因死角积料引发染菌而导致发酵失败。因此迫切需要一种新型的分散装置来解决目前这种问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种分散效果好、不易阻塞、结构简单的用于气液分散的气体分布器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于气液分散的气体分布器，其包括气体分布室、设于气体分布室的外壳上的气体出流元件，其关键技术在于还包括设于气体分布室内、且与进气管相连通的导流筒，所述气体分布室为常规的或带有苹果底结构的球形、扁球形、飞碟形。

优选的，上述导流筒纵断面形状为双曲线型或圆柱型；圆柱型的导流筒的开口与带有苹果底结构的球形、扁球形、飞碟形气体分布室的底部对应。

上述气体出流元件与气体分布室相连通，气体出流元件焊接于气体分布室的外壳或通过接管与法兰连接在气体分布室的外壳上。

优选的，上述气体出流元件为螺旋喷嘴、切缝锥管喷嘴、内装旋流片的直管或锥管、射流混合器或微孔盲管。

优选的，上述切缝锥管喷嘴的一端为横截面呈圆形、椭圆形或封闭多边形的直管，另一端设有锥管；在锥管的锥面上开设有多个用于气体出流通道的切缝。

优选的，上述射流混合器包括一进口大、出口小的锥形气体喷嘴，锥形气体喷嘴上同轴套接气液混合器，气液混合器主体为管状结构，一端设有喇叭口，在气液混合器内设有扰流片或静态混合元件；气液混合器通过连接支架固定于锥形气体喷嘴设置的法兰上，锥形气体喷嘴的出口端延伸至气液混合器喇叭口处。

优选的，上述内装旋流片的直管或锥管结构为：在管体内的出口处，安装多片径向放射状固定在内芯上，并与气体流向成0-60度角间隔排列的旋流片。

进一步的改进，上述气体出流元件可由直接在气体分布室的外壳上开设的截面形状为圆形、椭圆形或封闭多边形的通孔代替。

上述该气体分布器静止设置于气液反应器的底部或中下部，导流筒直接与进气管相连；或设置于气液反应器内的空心搅拌轴上，空心搅拌轴与进气管连通。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、通过在球形、扁球型、飞碟形或苹果底形的气体分布室内设置导流筒，使得气体的分布空间为毫无棱角的类蜗壳形状，内壁过度柔和、圆滑、无死角，气体流通阻力小，不易阻塞。

2、在双曲线型导流筒或圆柱型导流筒的导流作用下，气体在进入气体分布室后，会沿着气体分布空间的内壁形成高速、空间均匀分布的立体流型，气流可以覆盖并高速流过分布空间的内壁的任何部位，并且在气体分布室任一横截面的同心圆上的各点都有着均匀的气体分布以及相同的气体流速，最大程度的保证了各个气体出流元件出气量的均匀性。

3、通过设置的多种气体出流元件用以适应不同性质的液体物料，都可实现从气体出流元件喷出的气体以特定的流型和很大的比表面积进入周围液体，提供很高的气液混合KLA值。

4、对于在未通气状态进入气体分布室内的液体物料，在通气后，会在均匀分布的高速气流的冲刷作用下，沿着气体分布空间的过渡平缓、圆滑无死角的内壁，毫无残留的从气体出流元件被吹出，彻底消除了现有技术中因内壁存在死角或气体流速不均、流型不佳以及边界层滞留而带来的气体分布室内的物料的沉积与阻塞。

附图说明

图1是带双曲型形导流筒的气体分布器的使用状态示意图；

图2是带圆柱型导流筒的气体分布器的使用状态示意图；

图3是常规的球形气体分布室的示意图；

图4是常规的扁球形气体分布室的示意图；

图5是常规的飞碟形气体分布室的示意图；

图6是带有苹果底结构的球形气体分布室的示意图；

图7是带有苹果底结构的扁球形气体分布室的示意图；

图8是带有苹果底结构的飞碟形气体分布室的示意图；

图9是螺旋喷嘴式气体出流元件的示意图；

图10是微孔盲管式气体出流元件的示意图；

图11是射流混合器式气体出流元件的示意图；

图12是切缝锥管喷嘴式气体出流元件的示意图；

图13是内装旋流片的锥管式气体出流元件的示意图；

图14是图13中的旋流片的示意图；

其中，1、气液反应器；2、进气管；3、气体出流元件；4、气体分布室外壳；5、气体分布室；6、导流筒；7、空心搅拌轴；8、旋转密封副；9、排污孔；10、气体流型；11、代表螺旋喷嘴，11-1、直管段，11-2、空间螺旋线；12、代表微孔盲管，12-1、微孔盲管，12-2、法兰，12-3、接管；13、代表射流混合器，13-1、接管，13-2、法兰，13-3、连接支架，13-4、锥形气体喷嘴，13-5、气液混合器，13-6、扰流片，13-7、喇叭口；14、代表切缝锥管喷嘴，14-1、直管，14-2锥管，14-3切缝；15、代表内装旋流片的锥管，15-1、旋流片，15-2、直管段，15-3、锥状管，15-4、内芯；16、苹果底形的凹陷面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见附图3、附图4、附图5，这是带有双曲线形导流筒的气体分布室5的示意图(纵剖面)及其内部的气体流型。其结构为：在气体分布室5内设置有纵断面为双曲线形的导流筒6，导流筒6的进气端与气体分布室5的外壳4的上表面焊接，同时与进气管2相连通，导流筒6的出气端敞口布置在气体分布室5的腔体中，导流筒6的外壁与气体分布室5的外壳4的内壁之间形成表面圆滑无死角的类蜗壳状气体分布空间，在气体分布室5的最低点开设有排污孔9。工作时，气体从进气管2直接进入导流筒6，之后再进入类蜗壳状的气体分布空间，并形成图3、图4、图5中所示的气体流型10，该气体流型具备如下特征：流速快、气流对气体分布室5内壁形成高速冲刷；能达到在气体分布室5内壁任何部位不留死角；且在气体分布室5任一横截面的同心圆上的各点都有着均匀的气体分布以及相同的气体流速。当气液反应器底部正中设有物料进、出管口时，附图3、附图4、附图5所示的气体分布室必须偏置于气液反应器底部，以防止本发明工作时气体分布室底部中心的排污口所排气体影响物料进出流量。

参见附图6、附图7、附图8，其分别示出了带有圆柱形导流筒的苹果底结构的气体分布室5(纵剖面)及其内部气体流型的示意图。此类气体分布室的结构是：包括一外壳4，在气体分布室5的外壳4的上表面和下表面对称加工出苹果底形的凹陷面16，导流筒6穿过上表面的苹果底形的凹陷面16，正对着下表面的苹果底形的凹陷面，插入至气体分布室5的腔体，导流筒6的外壁与苹果底形的气体分布室5的外壳内壁之间形成表面圆滑无死角的类蜗壳状气体分布空间，在气体分布室5的最低点开设排污孔9。工作时，气体从导流筒6喷出后，在类蜗壳状气体分布空间内形成如图6、图7、图8中所示的气体流型10，该气体流型具备如下特征：流速快、气流对气体分布室5内壁形成高速冲刷；能达到在气体分布室5内壁任何部位，不留死角；在气体分布室5任一横截面的同心圆上的各点都有着均匀的气体分布以及相同的气体流速。当气液反应器底部正中设有物料进、出管口时，附图6、附图7、附图8所示的气体分布室因排污口不在分布室底部正中，所以无须偏置，可以安装于气液反应器底部中心位置。

参见附图9，此为螺旋喷嘴11。其下部为直管段11-1，将直管段11-1焊接在气体分布室5的外壳4上，其上部连接同轴设置的锥弹簧形状的空间螺旋线11-2。工作时，气体从螺旋喷嘴11的螺旋出流间隙喷射而出，在周围液体中形成连续的立体空间螺旋线形的出流轨迹，该出流轨迹所提供的气液接触线路长、面积大，可大幅提高气液分散效果。

参见附图10，微孔盲管12-1的横断面为圆形，还可为椭圆形或其他封闭多边形，微孔盲管12-1通过法兰12-2以及接管12-3固定在气体分布室5的外壳4上。工作时，气体通过微孔盲管12-1的微孔形成大量微小气泡分散到周围的液体中，可促进气液更高效的混合与传质。

参见附图11，其具体结构为：射流混合器包括一进口大、出口小的锥形气体喷嘴13-4，在锥形气体喷嘴13-4右侧一定距离处同轴套接气液混合器13-5，气液混合器13-5主体为管状结构，左端设有喇叭口13-7，在气液混合器13-5内设有扰流片13-6或静态混合元件；气液混合器13-5通过3个连接支架13-3固定于锥形气体喷嘴13-4设置的法兰13-2上，锥形气体喷嘴13-4的出口端延伸至气液混合器13-5喇叭口处。在气液混合器13-5的外表面可以根据需要设置辅助叶片，在气体分布室安装在气液反应器的空心轴上并随轴旋转时，可对周围液体产生更大的扰动。锥形气体喷嘴13-4的进口端通过法兰13-2以及接管13-1与气体分布室5连通。工作时，气体从锥形气体喷嘴13-4喷射而出，受锥形气体喷嘴13-4周围所形成的负压的驱动，附近的反应液体会被喷射出的气体大量的卷吸并与之共同高速进入气液混合器13-5，在气液混合器13-5内进行激烈的掺混并经过扰流片13-6的多次的折流与切割，形成良好的气液混合物系，从气液混合器13-5的末端排出。

参见附图12，此为切缝锥管喷嘴14。其结构为：其下部为直管14-1，上部焊接直径渐缩的锥管14-2，在锥管14-2的锥面上沿法线方向开设10条切缝14-3，该切缝14-3用作气体出流通道，直管14-1前端焊接在气体分布室的外壳上。切缝14-3与锥管法线的夹角可在0-90度内灵活选择。经切缝14-3的喷射气流会形成多组放射状的出流轨迹分布到周围的反应液体中，该种气体出流轨迹可提供很大的气液接触面积，从而可大幅提高气液分散效果。还可采用带切缝的直管喷嘴。

参见附图13，此为内装旋流片的锥管15。其结构为：下部为直管15-2，上部为锥状管15-3，在锥状管15-3管体内的出口处，安装8片径向放射状固定在内芯15-4上，并与气体流向成0-60度角间隔排列的旋流片15-1。参见附图14，其为旋流片15-1的示意图。工作时，气体从锥状管15-3出口的8片旋流片15-1之间的空隙以一定的喷射角分布到周围液体中，提供较大的气液接触面积的同时，可增大对周围液体的扰动，有助于气液传质系数的提高。

还可在气体分布室5的外壳4上直接开设若干截面为圆形、椭圆形或封闭多变形的通孔，该通孔用作气体出流的通道。

参见附图1，其为双曲线型导流筒结构的飞碟形气体分布器的使用状态示意图。本发明放置在气液反应器1的底部，将进气管2与双曲线型的导流筒6的上端直接连通，在气体分布室5的外壳4上接出若干个气体出流元件3，本实施例的气体出流元件3为螺旋喷嘴11。其工作过程如下：反应气体通过进气管2进入导流筒6，然后进入气体分布室5内。受气体分布室5内外压差的驱动，气体在进入气体分布室5后，从气体分布室5的外壳4上的螺旋喷嘴11喷射而出，因受到空间螺旋线11-2的导流作用，气体从每个螺旋喷嘴11喷射而出的流型为空间立体螺旋轨迹，该种气体出流轨迹提供了很大的气液接触面积，从而可大幅提高气液分散效果。还可根据需要在此气体分布室5的外壳上连接其他的气体出流元件3，同样也可选择其他类型的气体分布室5，提高了本发明对于不同结构的气液反应器以及不同物料的适应性。

参见附图2，其为改为圆柱型导流筒结构的苹果底飞碟形气体分布器的使用状态示意图。将本发明同轴安装在气液反应器1的空心搅拌轴7上，空心搅拌轴7与圆柱形的导流筒6连通，空心搅拌轴7通过旋转密封副8与进气管2相连通。此外还可以将空心搅拌轴7作为圆柱形的导流筒直接延伸到气体分布室5内，然后将空心搅拌轴7的上端通过旋转密封副8与进气管2相连通即可。在气体分布室5的外壳上接出若干个气体出流元件3，本实例中的气体出流元件采用射流混合器13。本实施例的工作过程如下：反应气体通过进气管2和旋转密封副8进入空心搅拌轴7，然后进入圆柱形的导流筒6内，再进入气体分布室5，受气体分布室5内外压差的驱动，气体在进入气体分布室5后，从气体分布室5外壳4上的射流混合器13上的锥形气体喷嘴13-4喷射而出，受锥形气体喷嘴13-4后所形成的负压的驱动，附近的反应液体会被喷射出的气体大量的卷吸并与之共同高速进入气液混合器13-5，从气液混合器13-5的末端排出。同时，射流混合器13在空心搅拌轴7的带动下旋转，起到了搅拌叶片的作用，可以更进一步促进气体在液体中的均匀分布。还可根据需要在此气体分布室5的外壳上连接其他的气体出流元件，同样也可选择其他类型的气体分布室，提高了本发明对与不同结构的气液反应器以及不同物料的适应性，此处不再一一列举。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (10)

1.一种用于气液分散的气体分布器，其包括气体分布室(5)、设于气体分布室(5)的外壳(4)上的气体出流元件(3)，其特征在于：还包括设于气体分布室(5)内、且与进气管(2)相连通的导流筒(6)，所述气体分布室(5)为常规的或带有苹果底结构的球形、扁球形、飞碟形。

2.根据权利要求1所述的用于气液分散的气体分布器，其特征在于：所述导流筒(6)纵断面形状为双曲线型或圆柱型。

3.根据权利要求2所述的用于气液分散的气体分布器，其特征在于：圆柱型的导流筒(6)的开口与带有苹果底形结构的球形、扁球形或飞碟形气体分布室的底部对应。

4.根据权利要求1所述的用于气液分散的气体分布器，其特征在于：所述气体出流元件(3)与气体分布室(5)相连通，气体出流元件(3)焊接于气体分布室(5)的外壳(4)上或通过接管与法兰连接在气体分布室(5)的外壳(4)上。

5.根据权利要求1所述的用于气液分散的气体分布器，其特征在于：所述气体出流元件为螺旋喷嘴(11)、切缝锥管喷嘴(14)、内装旋流片的直管或锥管(15)、射流混合器(13)或微孔盲管(12)。

6.根据权利要求5所述的用于气液分散的气体分布器，其特征在于：所述切缝锥管喷嘴(14)的一端为横截面呈圆形、椭圆形或封闭多边形的直管(14-1)，另一端为锥管(14-2)；在所述锥管(14-2)的锥面上开设有多个用于气体出流通道的切缝(14-3)。

7.根据权利要求5所述的用于气液分散的气体分布器，其特征在于：所述射流混合器(13)包括一进口大、出口小的锥形气体喷嘴(13-4)，锥形气体喷嘴(13-4)上同轴套接气液混合器(13-5)，所述气液混合器(13-5)主体为管状结构，一端设有喇叭口(13-7)，在气液混合器(13-5)内设有扰流片(13-6)或静态混合元件；气液混合器(13-5)通过连接支架(13-3)固定于锥形气体喷嘴(13-4)设置的法兰(13-2)上，锥形气体喷嘴(13-4)的出口端延伸至气液混合器(13-5)改为喇叭口(13-7)处。

8.根据权利要求5所述的用于气液分散的气体分布器，其特征在于：所述内装旋流片的直管或锥管(15)结构为：在管体内的出口处，安装多片径向放射状固定在内芯(15-4)上，并与气体流向成0-60度角间隔排列的旋流片(15-1)。

9.根据权利要求1所述的用于气液分散的气体分布器，其特征在于：所述气体出流元件(3)由直接在气体分布室(5)的外壳(4)上开设的截面形状为圆形、椭圆形或封闭多边形的通孔代替。

10.根据权利要求1-9之一所述的用于气液分散的气体分布器，其特征在于：该气体分布器静止设置于气液反应器(1)的底部或中下部，所述导流筒(6)直接与进气管(2)相连；或设置于气液反应器(1)内的空心搅拌轴(7)上，空心搅拌轴(7)与进气管(2)连通。

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