CN102358760B

CN102358760B - 一种搅拌釜反应器

Info

Publication number: CN102358760B
Application number: CN 201110207849
Authority: CN
Inventors: 王靖岱; 胡雨晨; 黄正梁; 蒋斌波; 阳永荣; 王唯群; 沈煜栋; 张擎; 何乐路; 蒋云涛
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: CN102358760A

Abstract

本发明公开了一种搅拌釜反应器，通过对搅拌釜反应器中的搅拌涡轮改进，设计使用了一种四层组合式搅拌涡轮，所述的搅拌涡轮包括从搅拌轴的中部至底部依次设有第一层涡轮、第二层涡轮、第三层涡轮和第四层涡轮，第一层涡轮为上流式轴向流涡轮，第二层涡轮为圆盘式涡轮，第三层涡轮为上流式轴向流涡轮，第四层涡轮为径向流涡轮，形成了靠近液面的径向循环、搅拌釜中部区域的径向循环和搅拌釜底部区域的径向循环，使得搅拌釜内循环量大，混合时间较短；不存在混合不良区域，固含率、气含率分布较均匀；气液传质情况较好，单程转化率高；浆液夹带量大大降低，换热器结垢减少，使用周期更长；降低了操作费用，节约了生产成本。

Description

一种搅拌釜反应器

技术领域

本发明涉及搅拌釜反应器领域，尤其涉及一种用于烯烃淤浆聚合的搅拌釜反应器。

背景技术

搅拌釜反应器在工业诸多领域中都有着广泛的应用。据统计，三大高分子合成材料生产中约有70％是采用搅拌釜反应器完成的。在工业生产过程中，搅拌釜反应器的搅拌混合性能直接影响到产品质量、生产成本以及能耗等问题。

搅拌釜按照其用途分类，有液相均相搅拌釜、气液两相搅拌釜、固液两相搅拌釜、气液固三相搅拌釜等。工业上很多工艺，特别是烯烃聚合工艺，都会遇到气液固三相接触混合的场合，而气液固三相搅拌釜是最佳选择之一。气液固三相搅拌釜由于其广泛的应用和釜内复杂的传递现象，一直以来都是化学反应工程的重点和难点。

聚烯烃是合成树脂的一个重要分支，是现代石化工业最重要的产品。烯烃聚合的工艺主要有淤浆法、气相法、溶液法等。淤浆法由于具有工业化时间早、工艺技术成熟和产品质量较好等特点，因而应用较广。最具代表性的淤浆法乙烯聚合工艺是日本三井油化的搅拌釜式低压淤浆法生产高密度和中密度聚乙烯的工艺(简称CX工艺)。该工艺通过改变两个聚合釜的排列方式(并联或串联)、改变操作条件和添加共聚单体的方法，控制产品分子量、分子量分布和密度，生产出熔融指数为0.01～35g/10min、密度范围在0.943～0.970g/cm³的高密度聚乙烯(HDPE)。

虽然淤浆法工艺使用较广、产品质量较好，但是淤浆法工艺在生产上仍存在一些问题待解决。浆液的夹带是淤浆法聚乙烯生产中的一个棘手的问题，指的是一些较小的浆液液滴(或聚合物颗粒)随着气体进入到了聚合釜上方管道。大量的浆液夹带会使得越来越多的固体进入釜顶换热器，从而导致换热器结垢增多，换热能力下降，换热器的清洗周期变短，严重时将造成生产停车，存在着技术问题。如何消除浆液夹带现象是聚合装置扩产的一大关键。另外，如何增加气体在釜内的停留时间，以及如何得到更均匀的气含率和固含率分布，也是淤浆法工艺研究的重要课题。要解决上述问题，可以添加一些内构件(如除沫设备、复杂新型挡板等)，也可以通过改善釜内的流型(优化搅拌桨的设计)实现，显然后者是更好的方法。

搅拌桨(即搅拌涡轮)是搅拌釜反应器的核心部件，用于实现搅拌釜内的各相态的混合，其作用有均相混合、气液分散、固液悬浮三种。在气液固三相搅拌釜中，搅拌桨将同时提供这三种作用。

由于对于大多数情况的三相体系，特别是烯烃聚合反应体系，气液分散往往比固液悬浮更困难。因此，在搅拌涡轮的选择、设计时，气液分散效果更为重要。很多情况下，由于固体较容易均匀悬浮，可以将液固两相看成一相，即浆液相。此时，三相体系已简化为浆液-气体两相体系。如何达到浆液中更好的气体分散(气含率分布)、气体停留(气泡停留时间)、气体逸出(表面夹带量)，是目前搅拌釜研究的重点内容之一。

涡轮式搅拌桨是最为常用的一类用于多相低粘体系的搅拌桨。涡轮式搅拌桨有很多种。根据涡轮形式可以分为两类：一类是有一个圆盘安装在轮毂上，叶片再安装在圆盘上，称圆盘式涡轮，进一步根据其叶片安装方向划分为直叶圆盘涡轮(叶片垂直于圆盘安装，简称DT)和斜叶圆盘涡轮(叶片倾斜于圆盘安装，简称PDT)；另一类是叶片直接安装在轮毂上，称风扇式叶轮，进一步根据其叶片安装方向划分为直叶风扇式涡轮(简称直叶涡轮)和斜叶风扇式涡轮(简称斜叶涡轮)。根据叶片安装方向可以分为两类：叶片垂直安装的称径向流涡轮，可以在桨叶周围提供一个径向流场；叶片倾斜安装的称轴向流涡轮，可以在桨叶周围提供一个轴向流场，进一步根据其排出流的方向，可将轴向流涡轮进一步划分为上流式轴向流涡轮和下流式轴向流涡轮。

在气液体系中，最常用的是直叶圆盘涡轮(DT)。这种涡轮剪切力大，可以提供很强的径向流，把液体从轴向吸入，向径向排出。排出流遇到挡板(或槽壁)则向上下分开，使槽内形成上下循环的流型。直叶圆盘涡轮排出能力大，而且圆盘的使用使得其能在叶轮下一度保持气体进而使之分散，增大了气泡停留时间，有利于提供较好的气液传质和提高反应的单程转化率，因此，在很多气液操作中都采用直叶圆盘涡轮。

另一种比较常用的涡轮是斜叶圆盘涡轮(PDT)。斜叶圆盘涡轮也具有和直叶圆盘涡轮相当的剪切作用和较大的气泡停留时间。除此以外，由于其还具有一定的轴向循环能力，使得气体和固体在全搅拌釜中混合更加均匀，釜内气液传质情况和固体悬浮性能要比直叶圆盘涡轮更好。同时，斜叶圆盘涡轮的搅拌功率比直叶圆盘涡轮小，斜叶圆盘涡轮做功效率要远远大于直叶圆盘涡轮。因此，斜叶圆盘涡轮非常适合用于三相体系的处理。

斜叶圆盘涡轮根据其排出流的方向，有上流式和下流式两种。常用的是上流式斜叶涡轮，它的流体力学性能稳定，在通气速率和固相体积分数较大时仍能产生良好的分散和悬浮效果，因此，尤其适合处理大气速、高固相体积分数的体系。桨叶的倾角多推荐为45°。

发明内容

本发明提供了一种搅拌釜反应器，通过对搅拌釜反应器中的搅拌涡轮改进，能够改善釜内的流型、减少浆液的夹带现象和增加搅拌釜反应器的混合性能，特别适合于需三相混合的反应条件。

一种搅拌釜反应器，包括搅拌釜本体，所述的搅拌釜本体内侧壁设有挡板，所述的搅拌釜本体内设有气体分布装置；

所述的搅拌釜本体顶部固定有搅拌装置，所述的搅拌装置包括设置在搅拌釜本体外的传动装置、与传动装置相连的搅拌轴和与搅拌轴相连的搅拌涡轮，所述的搅拌轴贯穿于搅拌釜本体顶部延伸至靠近搅拌釜本体底部；

所述的搅拌涡轮包括从搅拌轴的中部至底部依次设有第一层涡轮、第二层涡轮、第三层涡轮和第四层涡轮，所述的第一层涡轮为上流式轴向流涡轮，所述的第二层涡轮为圆盘式涡轮，所述的第三层涡轮为上流式轴向流涡轮，所述的第四层涡轮为径向流涡轮。

为了得到更好的发明效果，以下作为本发明的优选结构：

为了加强液面附近区域的混合、控制液面附近的流型或是加强液面附近的气液传质，会在液面下方增加一个叶轮加以实现。所述的第一层涡轮可具体选择斜叶涡轮、推进式涡轮、斜叶圆盘涡轮或者倒伞形搅拌器，主要用于实现液面附近液体的混合和循环，以及控制液面附近气体流型。这些轴向流涡轮使液体与轴平行的方向排出，使之进行有效的轴向循环。产生同样的排量，轴向流涡轮所需的功率仅占径向流涡轮的一半。

所述的第二层涡轮为圆盘式涡轮，第二层涡轮的叶片安装在圆盘下方，可以是直叶或者斜叶，斜叶与轮毂轴线的夹角优选为60°～75°；所述的第二层涡轮的圆盘外缘超出叶片。所述的圆盘外缘到轮毂中心的距离比叶片外缘到轮毂中心的距离大0.5倍～2倍的叶片长度。第二层涡轮用于增大气泡在釜内的停留时间，同时对气泡也有较大的剪切作用使之分散。

所述的第三层涡轮为斜叶圆盘涡轮或者斜叶涡轮。所述的第三层涡轮的叶片外缘到第三层涡轮的轮毂中心的距离比第二层涡轮的圆盘外缘到第二层涡轮的轮毂中心的距离小。第三层涡轮主要的作用是提供一定的向上的轴向流，形成液体中部区域的轴向循环，使气体与固体在液体中的分布更均匀。

所述的第四层涡轮为直叶圆盘涡轮或者半管叶圆盘涡轮。所述的第四层涡轮连有一个环形导流筒。第四层涡轮与环形导流筒配合使用，可以形成有效的搅拌釜底区域的径向循环，有利于搅拌釜底固体的悬浮和均匀分布；同时，强径向流涡轮提供了较大的剪切力，使得从气体分布装置通入搅拌釜中的气体得到很好的分散和均匀分布。

所述的气体分布装置由4根或8根进气管组成或者由1根贯穿于搅拌釜本体顶部延伸至搅拌釜本体底部的进气管和与进气管连通的多孔环形气体分布器组成。

所述的挡板为平直挡板或者指形挡板，用于增强搅拌釜内混合效果，平直挡板为2～8个，优选为4个或8个，指形挡板为8～16个，优选为8个或16个。挡板等距离安装在釜内；挡板离壁安装，以消除固体沉积的死角。当挡板为指形挡板时，一般会在1根进气管设有若干个指形挡板，如在1根进气管设置4个指形挡板，指形挡板的长度方向靠向搅拌釜本体底部并与搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线在同一平面。

本发明第一层涡轮、第二层涡轮、第三层涡轮、第四层涡轮的原理和作用说明如下：

第一层涡轮是一个具有较强的剪切作用和循环作用的上流式轴向流涡轮，促进了靠近搅拌釜顶区域的流体循环，在搅拌釜顶区域，搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线与搅拌釜本体的圆柱形筒体的内侧壁之间形成靠近液面的径向循环。

第二层涡轮是一个有较强剪切作用的直叶圆盘涡轮或斜叶圆盘涡轮，形成径向或稍偏下的排出流，遇到挡板或折向为向下的轴向流，其与第三层涡轮配合形成搅拌釜中部区域的径向循环。同时，叶片较强的剪切作用也使气泡在此进一步被分散。此外，第二层涡轮的叶片安装在圆盘下方，圆盘端超出叶片端0.5～2个叶片长，从而可以得到一个直径较大的圆盘。大直径圆盘能够增大阻止大量气泡沿轴向上流，使更多的气体在釜内进行循环，增大了气泡在釜中的停留时间，大大提高反应的单程转化率。

第二层涡轮选用大圆盘可能带来固体在圆盘上的沉积，以及搅拌釜上部区域循环较弱等不利影响，而第一层涡轮的使用促进了靠近液面的径向循环，正好可以消除上述不利影响，靠近搅拌釜顶区域能够有良好的三相混合效果。另一方面，第一层涡轮改善了气体离开液面的方式。大量的气体以较快的速度从轴心区域离开，而从壁面附近离开液面的气体较少，速度也较小。搅拌釜的浆液夹带量可以控制在较小的范围内。

第三层涡轮是一个同时具有剪切作用和循环作用的上流式轴向流涡轮，除了进一步剪切分散气体以外，在第四层涡轮和第二层涡轮中间形成了搅拌釜中部区域，搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线与搅拌釜本体的圆柱形筒体的内侧壁之间形成搅拌釜中部区域的径向循环，使得中部区域固体和气体混合更为均匀，消除了可能存在的分区现象等造成的传递不利区域。

第四层涡轮是一个有很强剪切作用的径向流涡轮，将通入釜内的气体分散，并产生较强的排出流。排出流遇到挡板或搅拌釜内壁后，大部分折向釜底，沿着釜底壁面达到中央后垂直向上流动，形成搅拌釜底部区域的径向循环，在搅拌釜底部区域，搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线与搅拌釜本体的圆柱形筒体的内侧壁之间形成搅拌釜底部区域的径向循环，有利于搅拌釜底沉积固体的悬浮，以及搅拌釜底区域气体和固体的均匀混合。涡轮中间圆盘的使用增大了气体在搅拌釜底区域的循环停留时间。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明搅拌釜反应器，通过第一层涡轮、第二层涡轮、第三层涡轮和第四层涡轮的设置，形成了靠近液面的径向循环、搅拌釜中部区域的径向循环和搅拌釜底部区域的径向循环，使得搅拌釜内循环量大，混合时间较短，具有较好的混合性能；不存在混合不良区域，固含率、气含率分布较均匀；有较大的气体停留时间和气含率，气液传质情况较好，单程转化率高；浆液夹带量大大降低，换热器结垢减少，使用周期更长；由于混合性能好，搅拌效率高，所需的搅拌功率较小就能达到所需的混合效果，降低了操作费用，节约了生产成本。

附图说明

图1为本发明搅拌釜反应器的一种结构示意图；

图2为本发明搅拌釜反应器的另一种结构示意图；

图3为本发明搅拌釜反应器的第一层涡轮的结构示意图；

图4为图3中第一层涡轮的A向结构示意图；

图5为本发明搅拌釜反应器的第二层涡轮的结构示意图；

图6为图5中第二层涡轮的B向结构示意图；

图7为本发明搅拌釜反应器的第三层涡轮的结构示意图；

图8为图7中第三层涡轮的C向结构示意图；

图9为本发明搅拌釜反应器的第四层涡轮和环形导流筒的结构示意图；

图10为图9中第四层涡轮的D向结构示意图；

图11为本发明搅拌釜反应器的尺寸标注示意图；

图12为本发明搅拌釜反应器的工作原理示意图；

图13为传统多层搅拌釜反应器的工作原理示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，为本发明搅拌釜反应器，包括由圆柱形筒体和筒体两端的椭圆形封头封闭而成的搅拌釜本体1，圆柱形筒体和筒体两端的椭圆形封头可以采用焊接的方式焊接而成，也可以通过一体成型的方式铸造而成。

搅拌釜本体1的中部与底部椭圆形封头之间的侧壁(即搅拌釜本体1的圆柱形筒体的中下部的侧壁)上设有进料口2，用于液体(或浆液)和催化剂的进料；搅拌釜本体1的中部与顶部椭圆形封头之间的侧壁(即搅拌釜本体1的圆柱形筒体的中上部的侧壁)上设有出料口3，用于浆液的出料，搅拌釜本体1顶部设有清洗液进口4，用于将清洗液体通入釜内。

搅拌釜本体1外壁设有用于与搅拌釜换热的夹套5，夹套5可以是螺旋板式夹套，也可以是半管夹套。夹套5靠近搅拌釜本体1底部一侧设有用于进冷却水或者出蒸汽的第一介质交换口6，夹套5靠近搅拌釜本体1顶部一侧设有用于出冷却水或者进蒸汽的第二介质交换口7。

搅拌釜本体1顶部固定有搅拌装置，搅拌装置包括设置在搅拌釜本体1外的传动装置8、与传动装置8相连的搅拌轴1和与搅拌轴13相连的搅拌涡轮，搅拌轴13贯穿于搅拌釜本体1顶部延伸至靠近搅拌釜本体1底部。

搅拌轴13设有用于将清洗液洒向搅拌釜内的分液除沫盘16。

搅拌涡轮包括从搅拌轴13的中部至底部依次设有第一层涡轮9、第二层涡轮10、第三层涡轮11和第四层涡轮12。

第一层涡轮9为上流式轴向流涡轮，具体可选择为斜叶涡轮、推进式涡轮、斜叶圆盘涡轮或者倒伞形搅拌器。

第二层涡轮10为圆盘式涡轮，叶片安装在圆盘下方，可以是直叶或者斜叶，斜叶与轮毂轴线的夹角优选为60°～75°；第二层涡轮10的圆盘外缘超出叶片；圆盘外缘到轮毂中心的距离比叶片外缘到轮毂中心的距离大0.5～2的叶片长度。

第三层涡轮11为上流式轴向流涡轮，第三层涡轮11的叶片外缘到第三层涡轮11的轮毂中心的距离比第二层涡轮10的圆盘外缘到第二层涡轮10的轮毂中心的距离小。更进一步，第三层涡轮11的叶片外缘到第三层涡轮11的轮毂中心的距离为第二层涡轮10的圆盘外缘到第二层涡轮10的轮毂中心的距离0.5～0.9。这样的设置有利于形成搅拌釜中部区域的径向循环。

第四层涡轮12为径向流涡轮。第四层涡轮12为直叶圆盘涡轮或者半管叶圆盘涡轮。第四层涡轮12连有一个环形导流筒17。第四层涡轮与环形导流筒配合使用，可以形成有效的搅拌釜底区域的径向循环。

搅拌釜本体1内侧壁设有挡板14。挡板14可选用平直挡板或者指形挡板。

图1与图2不同之处在于挡板14与气体分布装置15不同。

图1所示的挡板14为平直挡板。平直挡板为2～8个，优选为4个或8个，挡板14离壁等距离地安装在搅拌釜本体1内侧壁上，以消除固体沉积的死角和增强搅拌釜内混合效果。图1所示的气体分布装置15由1根贯穿于搅拌釜本体1顶部延伸至搅拌釜本体1底部的进气管和与进气管连通的多孔环形气体分布器组成。

图2所示的挡板14为指形挡板，等距离安装在釜内；挡板离壁安装，以消除固体沉积的死角。当挡板14为指形挡板时，一般会在1根进气管设有若干个指形挡板，指形挡板的长度方向靠向搅拌釜本体底部并与搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线在同一平面。具体应用时，1根进气管上等距安装4个指形挡板，一般进气管为4根或8根设置，可以在每根进气管或者间隔的进气管上安装指形挡板，指形挡板为8～16个，优选为8个或16个。图2所示的气体分布装置15由4根或8根进气管组成，其中，进气管中的一半贯穿于搅拌釜本体1顶部延伸至搅拌釜本体1底部，另一半进气管在搅拌釜本体1内，从靠近顶部一端延伸至底部。

如图3和图4所示，为第一层涡轮9具体的一种结构，为一种斜叶涡轮的结构示意图，包括轮毂91和叶片92，叶片92为扁形长方体，叶片92为6个，相邻两个叶片与轮毂91的中心成60°角，与轮毂91的轴线成45°角安装，安装方式可以采用焊接或者其他固定方式。

如图5和图6所示，为第二层涡轮10具体的一种结构，为一种圆盘式涡轮的结构示意图，包括轮毂101、圆盘102和叶片103，叶片103安装在圆盘102下方，圆盘102外缘超出叶片101；圆盘102外缘到轮毂101中心的距离比叶片103外缘到轮毂101中心的距离大0.5～2的叶片长度。叶片103选用直叶，叶片103为扁形长方体，叶片103为6个，相邻两个叶片与轮毂101的中心成60°角，垂直于圆盘102安装，安装方式可以采用焊接或者其他固定方式。

如图7和图8所示，为第三层涡轮11具体的一种结构，为一种斜叶圆盘涡轮的结构示意图，包括轮毂111、圆盘112和叶片113，轮毂111轴向端面固定圆盘112，叶片113为扁形长方体，叶片113宽度方向上的中部设有与圆盘112配合的卡位槽，使得叶片113固定在圆盘112，叶片113与圆盘112成45°角。叶片113为6个，相邻两个叶片与轮毂111的中心成60°角。

如图9和图10所示，为第四层涡轮12和环形导流筒17，第四层涡轮12为一种直叶圆盘涡轮，第四层涡轮12包括轮毂121、圆盘122和叶片123，轮毂121轴向端面固定圆盘122，叶片123为扁形长方体，叶片123宽度方向上的中部设有与圆盘122配合的卡位槽，使得叶片123固定在圆盘122，叶片123与圆盘122成90°角。叶片123为6个，相邻两个叶片与轮毂121的中心成60°角。

实施例1

实施例1采用本发明搅拌釜反应器的一种具体的结构，进气管为8根，其中，进气管中的一半贯穿于搅拌釜本体1顶部延伸至搅拌釜本体1底部，另一半进气管在搅拌釜本体1内，从靠近顶部一端延伸至底部。其挡板14为指形挡板，1根进气管上等距安装4个指形挡板(1#指形挡板表示从搅拌釜顶部至搅拌釜底部方向往下的第一块指形挡板，1#涡轮表示从搅拌釜顶部至搅拌釜底部方向往下的第一层涡轮，依次类推，下同)，8根进气管中间隔的4根上设有指形挡板，总计16个指形挡板。

第一层涡轮9采用如图3和图4所示的斜叶涡轮，第二层涡轮10采用如图5和图6所示的圆盘式涡轮，第三层涡轮11采用如图7和图8所示的斜叶圆盘涡轮，第四层涡轮12采用如图9和图10所示的直叶圆盘涡轮。第一层涡轮9、第二层涡轮10、第三层涡轮11和第四层涡轮12采用以下具体尺寸，具体尺寸如表1所示。第四层涡轮12下方的环形导流筒17直径(dT)为184mm，高(h)48mm，环形导流筒17顶部到第四层涡轮12的圆盘距离(Δh)为42mm。

表1

本发明搅拌釜反应器的其他具体尺寸的标注如图11所示，其具体尺寸如表2所示。

表2

对比例1

对比例1采用传统多层搅拌釜反应器，其釜体结构、大小以及挡板、进气管等形式与实施例1中本发明的搅拌釜反应器的一致，只有搅拌涡轮形式有区别，对比例1使用的是三层直叶圆盘涡轮。

实验时以空气、水、离子交换树脂(密度为1290kg/m³)模拟气、液、固三相。两个搅拌釜均在相同的搅拌转速(150r/min)、通气量(160m³/h)、固体加入量(100kg)、液位高度(1m)下进行操作。测定各釜的搅拌功率、平均气含率、气泡停留时间、混合时间、搅拌釜顶浆液夹带量、釜内液体循环次数，实施例1的本发明搅拌釜反应器与对比例1的传统多层搅拌釜反应器的实验结果如表3所示。

表3

从表3的实验结果可以看出，本发明搅拌釜反应器各项性能均要优于对比例1的传统多层搅拌釜反应器。本发明搅拌釜反应器对三相体系有更好的混合效果，尤其是其轴向混合大，从而混合时间较短，气泡停留时间和气含率均较大，有更好的气液传质情况。另外，本发明搅拌釜反应器产生的浆液夹带量较少，非常适合工业聚合反应装置。

如图12所示，为本发明实施例1的搅拌釜反应器(部分结构未画出)的工作原理示意，在第一层涡轮、第二层涡轮、第三层涡轮和第四层涡轮相互配合和协作下，在搅拌釜顶区域，搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线与搅拌釜本体的圆柱形筒体的内侧壁之间形成靠近液面的径向循环(如C1和C2循环)；在第四层涡轮和第二层涡轮中间形成了搅拌釜中部区域，搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线与搅拌釜本体的圆柱形筒体的内侧壁之间形成搅拌釜中部区域的径向循环(如C3和C4循环)；在搅拌釜底部区域，搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线与搅拌釜本体的圆柱形筒体的内侧壁之间形成搅拌釜底部区域的径向循环(如C5和C6循环)。靠近液面的径向循环改善了气体离开液面的方式。大量的气体以较快的速度从轴心区域离开，而从壁面附近离开液面的气体较少，速度也较小。图12中E1和E2的浆液夹带量较小，而E3和E4的浆液夹带量较大。E3和E4处夹带的浆液可以很好地被分液除沫盘阻挡，不会被气体夹带至更高空间。因此，搅拌釜的浆液夹带量可以控制在较小的范围内。

如图13所示，对比例1的传统多层搅拌釜反应器(部分结构未画出)的工作原理示意，在三层直叶圆盘涡轮作用下，在搅拌釜顶区域，在靠近液面附近形成在搅拌釜顶区域，搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线与搅拌釜本体的圆柱形筒体的内侧壁之间形成靠近液面的径向循环(如C1和C2循环)；在搅拌釜底部区域，搅拌釜本体的圆柱形筒体的轴线与搅拌釜本体的圆柱形筒体的内侧壁之间形成搅拌釜底部区域的径向循环(如C3和C4循环)，只形成靠近液面的径向循环和搅拌釜底部区域的径向循环，其混合效果较差。一方面，特别是搅拌釜内中部区域，由于三层涡轮间距较近，无法在涡轮间形成有效的流体循环，三层涡轮之间的区域基本呈射流型，轴向流速很小，是很大的混合传递不利区域；改善区域内混合时间长，固体与气体含量较少，气液相际传递很差。另一方面，由于传统多层搅拌釜顶区域流型与本发明搅拌釜相反，从而其液面上方大量的气体以较快的速度从壁面附近离开，而从轴心区域离开液面的气体较少。这造成了E1和E2浆液夹带量很大，而E3和E4浆液夹带量较小。E1和E2夹带的浆液不易被除沫盘阻挡，只受到被分洒的清洗液的阻挡稍有稀释。因此，传统多层搅拌釜产生的浆液夹带情况要比新型搅拌釜严重很多。

Claims

1.一种搅拌釜反应器，包括搅拌釜本体（1），所述的搅拌釜本体（1）内侧壁设有挡板（14），所述的搅拌釜本体（1）内设有气体分布装置（15）；

所述的搅拌釜本体（1）顶部固定有搅拌装置，所述的搅拌装置包括设置在搅拌釜本体（1）外的传动装置（8）、与传动装置（8）相连的搅拌轴（13）和与搅拌轴（13）相连的搅拌涡轮，所述的搅拌轴（13）贯穿于搅拌釜本体（1）顶部延伸至靠近搅拌釜本体（1）底部；

其特征在于，所述的搅拌涡轮包括从搅拌轴（13）的中部至底部依次设有第一层涡轮（9）、第二层涡轮（10）、第三层涡轮（11）和第四层涡轮（12），所述的第一层涡轮（9）为上流式轴向流涡轮，所述的第二层涡轮（10）为圆盘式涡轮，所述的第三层涡轮（11）为上流式轴向流涡轮，所述的第四层涡轮（12）为径向流涡轮。

2.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器，其特征在于，所述的第一层涡轮（9）为斜叶涡轮、推进式涡轮、斜叶圆盘涡轮或者倒伞形搅拌器。

3.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器，其特征在于，所述的第二层涡轮（10）的叶片安装在圆盘下方，所述的第二层涡轮（10）的圆盘外缘超出叶片。

4.根据权利要求3所述的搅拌釜反应器，其特征在于，所述的第二层涡轮（10）的圆盘外缘到轮毂中心的距离比叶片外缘到轮毂中心的距离大0.5倍～2倍的叶片长度。

5.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器，其特征在于，所述的第三层涡轮（11）为斜叶圆盘涡轮或者斜叶涡轮。

6.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器，其特征在于，所述的第三层涡轮（11）的叶片外缘到第三层涡轮（11）的轮毂中心的距离为第二层涡轮（10）的圆盘外缘到第二层涡轮（10）的轮毂中心的距离0.5～0.9。

7.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器，其特征在于，所述的第四层涡轮（12）为直叶圆盘涡轮或者半管叶圆盘涡轮。

8.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器，其特征在于，所述的第四层涡轮（12）连有一个环形导流筒（17）。

9.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器，其特征在于，所述的挡板（14）为平直挡板或者指形挡板，平直挡板为2～8个，指形挡板为8～16个。

10.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器，其特征在于，所述的气体分布装置（15）由4根或者8根进气管组成或者由1根贯穿于搅拌釜本体（1）顶部延伸至搅拌釜本体（1）底部的进气管和与进气管连通的多孔环形气体分布器组成。