CN103406050B - 一种高效自吸式搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种高效自吸式搅拌装置，由减速电机等必需搅拌驱动部件、空心搅拌轴、上层辅助搅拌桨、自吸式搅拌桨和下层辅助搅拌桨等构成。本发明的自吸式搅拌桨为变径管式搅拌器，搅拌管的横截半径沿周向向外逐渐变小；搅拌管采用全方位多气孔式结构，在搅拌管出口及背液面侧开设出气孔；上层和下层辅助搅拌桨采用不同型式的轴流型搅拌桨。本发明的气体吸入临界转速低，吸气速率快，气泡尺寸小，气体与液相、固相混合均匀，非均相间接触面积大，传质系数高，且能有效防止固相介质沉降，有利于反应速率和产物收率的提高。

Description

一种高效自吸式搅拌装置

技术领域

本发明涉及一种新型自吸式搅拌装置，特别适用于化工、生工、制药、环保等行业的气-液、气-液-固等非均相化学反应过程，如催化加氢、生物发酵、污水处理等等。

背景技术

对于有气体参与的气-液、气-液-固等非均相化学反应过程，传统反应器类型有填充塔/滴流床反应器、鼓泡塔/气升式反应器、机械搅拌反应器等。其中，填充塔/滴流床反应器气体利用率较高，但压降较小、传热性能较差、液相滞留时间灵活性差，也不适合于介质中含有固体的工况。鼓泡塔或气升式反应器具有较好的传质性能，气体处理量较大，但所需的压降也较高；在有固相参与反应的场合，为使固体粒子充分分散，需要形成液体的外循环，未反应的气体也需要外部气体压缩机处理，因此，设备成本较高，仅在大规模工业生产中比较经济；结合气体分布器的使用，采用机械搅拌反应器是目前在该领域应用最多的反应设备，其传热传质性能较好，可实现较好的固体颗粒的悬浮效果，而缺点在于，其气体利用能力较低，未反应的循环气体需要增设气体输送装置进行处理；而当气体处理量较大时，容易产生气泛现象，导致气体分散效果不好，气液传质系数和反应速率受到很大的影响。

自吸式搅拌器的工作原理是利用搅拌器空心叶轮在高速旋转时形成离心力，将空心叶轮空腔液体快速甩出的同时形成局部负压，从而将反应器上部气相空间的气体吸入液相，并进行气体分散。与传统反应器类型相比，自吸式搅拌反应器以其可以通过内循环往复吸入未反应的气体、传质速率高、不需使用额外的气体输送装置，大大节省设备成本和操作费用，得到越来越广泛的关注和应用。

现有的自吸式搅拌型式大多为圆盘涡轮式，在空心轴上设置进气口。如专利ZL97226395.0发明了一种涡轮桨自吸式搅拌器，包括带吸气孔的接头、与接头连接的空心转轴、垂直固定在空心转轴下端并与其连通的返回管、返回管外壁上固定与空心转轴平行的左右叶片；专利ZL99232050.X发明了一种气液反应加速增效装置，该装置包括气液反应釜、装于反应釜内的与电动机连接且其上有叶轮的空心搅拌轴，在空心轴周边上有若干小孔；专利ZL200810238197.7发明了一种反应釜自吸式搅拌器，其特征在于，传动轴上开有导气孔，搅拌叶轮由圆环平衡板和带有气体通道的渐变宽弧形弯叶构成。

现有自吸式搅拌器的主要缺点在于，采用圆盘式桨叶型式，搅拌功耗较大，气体吸入的临界转速较高；采用单一自吸式桨叶，二次分散过程弱化，气泡尺寸较大，且整体介质混合效果相对不足；搅拌介质中含有固相颗粒时，悬固效果差，固体颗粒易于沉积在反应釜底部；循环进气孔开设在空心轴上，削弱了空心轴的刚度和强度，高速运行时有一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效自吸式搅拌装置，可以充分满足气-液-固非均相反应过程的要求。

为实现上述目的所采取的技术方案是：一种高效自吸式搅拌装置，包括驱动装置，其特征在于，所述驱动装置连接并带动空心搅拌轴，所述空心搅拌轴依次设有上层辅助搅拌桨、自吸式搅拌桨、下层辅助搅拌桨，自吸式搅拌桨与空心搅拌轴固连且相互连通。

进一步的，所述驱动装置包括减速电机，所述减速电机与联轴器相连，并分别固定在机架上，所述联轴器与传动轴相连，所述传动轴外部依次与轴承盒、机封连接，并通过机架与安装底板固定，所述传动轴一端通过联轴法兰用紧固件与空心搅拌轴连接。

进一步的，所述空心搅拌轴焊有开进气孔的联轴法兰，进气孔数量为二～十个，优选四～六个；

进一步的，空心搅拌轴下端部封闭；空心搅拌轴通过联轴法兰用紧固件和传动轴进行连接。

进一步的，所述自吸式搅拌桨为变径管式搅拌桨，搅拌管的横截面积沿周向向外逐渐变小；变径搅拌桨的搅拌管的数量为二～八个，优选四个，周向均布，或对称分布。

进一步的，自吸式变径管式搅拌桨与空心搅拌轴垂直固连且相互连通；

进一步的，自吸式变径管式搅拌桨的出口端面与搅拌切线方向呈45°，出口朝向背液面；

进一步的，自吸式变径管式搅拌桨的出口端面用椭圆形状的盖板封住，椭圆形状的盖板上开有呈发散性分布的出气孔，出气孔的直径为0.2～5mm，优选0.5～2mm出气孔的总面积应占椭圆形状的盖板面积的40～80%；在自吸式变径管式搅拌桨的背液面侧开有呈线性分布的出气孔，出气孔直径为0.5～8mm，优选1～3mm。进一步的，所述辅助搅拌桨包括分别置于变径管式搅拌桨的上部和下部的两种搅拌桨的一种或两种。

进一步的，置于自吸式变径管式搅拌桨上部的搅拌桨可采用宽叶高效轴流搅拌桨或异形搅拌桨等搅拌型式；置于自吸桨下部的搅拌桨可采用窄叶高效轴流桨或推进式搅拌桨等搅拌型式。

本发明提供的高效自吸式搅拌装置的有益效果在于：

1、与传统的机械搅拌反应器等型式相比，本发明的气体利用率高，且无需增设额外的气体输送装置，大大节省了设备成本和操作费用；

2、与现有的圆盘涡轮式自吸式桨不同，本发明采用变径管式搅拌桨，通过应用文丘里效应，吸入气体的临界转速更低，吸气速率更高，同时优化搅拌功率消耗；搅拌管的出口端面和背液面侧采用全方位多气孔式结构，该种结构有利于使气体在液相空间的一次分散更为均匀，气泡尺寸更小，从而提高气液相间的接触面积，增大气液传质系数，加速反应进行；

3、本发明的进气孔开设在空心搅拌轴的连接法兰上，避免了在空心搅拌轴上开孔的常规做法带来的轴强度和刚度的削弱问题，提高了搅拌装置运行的稳定性和安全性。

4、本发明结合气-液-固三相反应实际工况，提出了自吸式搅拌桨和辅助搅拌桨组合使用方案。置于自吸式搅拌桨上部的辅助搅拌桨采用高效宽叶轴流式搅拌桨等，可将从自吸桨吸进经过一次分散的气体进行有效的二次分散，使气泡尺寸进一步变小，同时产生的轴流流场可提高气-液-固三相的相间混合效果；置于自吸式搅拌桨下部的辅助搅拌桨采用高效窄叶轴流式搅拌桨等，除了增强气体分散和非均相混合能力外，兼顾悬固效果，可有效防止固相介质在反应器底部沉积，很好地满足反应工艺的要求。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1部件10自吸式变径管式搅拌桨的正视图；

图4为图1部件10自吸式变径管式搅拌桨的附视图；

图5为图4的B向视图；

附图标记：

1减速电机  2联轴器  3轴承盒  4机封  5机架  6安装底板  7传动轴  8空心搅拌轴  9上层辅助搅拌桨  10自吸式变径管式搅拌桨  11下层辅助搅拌桨  12驱动装置  81联轴法兰  82进气孔83通孔  101盖板  102出气孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1中，一种高效自吸式搅拌装置，包括驱动装置12，驱动装置12包括依此相连的减速电机1、联轴器2和传动轴7，还包括用于固定和保护的轴承盒3、机封4、机架5和安装底板6。

驱动装置12连接并带动空心搅拌轴8，空心搅拌轴8依次设有上层辅助搅拌桨9、自吸式搅拌桨10、下层辅助搅拌桨11，自吸式变径管式搅拌桨11与空心搅拌轴8固连且相互连通。

本发明中，空心搅拌轴8焊有联轴法兰81，如图2所示，联轴法兰81开有六个进气孔82，空心搅拌轴8下端部封闭；空心搅拌轴8通过联轴法兰81上的通孔83用紧固件和传动轴7进行连接。

如图3和图4所示，自吸式搅拌桨10为变径管式搅拌桨，变径管式搅拌桨的数量为四个，周向均布，与空心搅拌轴垂直固连且相互连通；搅拌管的出口端面与搅拌切线方向呈45°，出口朝向背液面；搅拌管的出口端面用椭圆形状的盖板101封住，如图5所示，椭圆形状的盖板101上开有呈发散性分布的出气孔102，出气孔102的直径为1mm，出气孔102的总面积占椭圆形状的盖板101面积的60%；在搅拌管的背液面侧开有呈线性分布的出气孔，出气孔直径为2mm。

此外，上层辅助搅拌桨9采用宽叶高效轴流搅拌桨，下层辅助搅拌桨11采用窄叶高效轴流桨。

本发明在实际运转时，自吸式变径管式搅拌桨10的变径管内腔形成局部负压，反应器上部气相空间的气体从空心搅拌轴8联轴法兰81的进气孔82进入，经空心搅拌轴8和自吸式变径管式搅拌桨10搅拌管的空腔空间，以小气泡形式经搅拌管出口端面和背液面侧的出气孔102进入液相。全方位多出气孔式结构使气体在液相中的分布范围更广，气泡尺寸更小，气液接触面积变大。自吸式变径管式搅拌桨10利用自身的旋转搅拌对气体进行一次分散后，由上层宽叶高效轴流搅拌桨9和下层窄叶高效轴流搅拌桨11对气体进行二次分散，气泡尺寸进一步减小，并通过轴向流场将气相、液相、固相三相介质进行充分的均匀混合，加速非均相反应的进行。特别是在含有固相介质的工况，下层窄叶高效轴流搅拌桨11具有悬固效果，充分防止固相介质在反应器底部沉积，可大大提高如加氢反应中的固体催化剂等的利用效率。

Claims (16)

1.一种高效自吸式搅拌装置，包括驱动装置，其特征在于，所述驱动装置连接并带动空心搅拌轴，所述空心搅拌轴上设有辅助搅拌桨和自吸式搅拌桨，所述自吸式搅拌桨与空心搅拌轴固连且相互连通；

所述自吸式搅拌桨为变径管式搅拌桨，搅拌管的横截面积沿周向向外逐渐变小；

在所述自吸式搅拌桨的背液面侧开有呈线性分布的出气孔，且所述自吸式搅拌桨内侧的出气孔数量大于所述自吸式搅拌桨外侧的出气孔数量。

2.根据权利要求1所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述空心搅拌轴焊接有联轴法兰，所述联轴法兰开设进气孔，进气孔数量为二～十个，空心搅拌轴下端部封闭。

3.根据权利要求2所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述进气孔数量为四～六个。

4.根据权利要求1所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述变径管式搅拌桨的搅拌管沿周向均布或对称分布。

5.根据权利要求1所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述变径管式搅拌桨的搅拌管的数量为二～八个。

6.根据权利要求5所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述变径管式搅拌桨的搅拌管的数量为四个。

7.根据权利要求1-3所述的任意一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述自吸式搅拌桨的出口端面与搅拌切线方向呈45°，出口朝向背液面。

8.根据权利要求1-3所述的任意一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述自吸式搅拌桨的出口端面用盖板封住，所述盖板上开有一个以上呈发散性分布的出气孔。

9.根据权利要求8所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述出气孔的直径为0.2～5mm。

10.根据权利要求9所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述出气孔的直径为0.5～2mm。

11.根据权利要求8所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述出气孔的总面积占椭圆板面积的40～80％。

12.根据权利要求1所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述出气孔直径为0.5～8mm。

13.根据权利要求12所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述出气孔直径为1～3mm。

14.根据权利要求1-3所述的任意一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述辅助搅拌桨为上层辅助搅拌桨，所述上层辅助搅拌桨置于所述自吸式搅拌桨上部，采用宽叶高效轴流搅拌桨或异形搅拌桨。

15.根据权利要求14所述的一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述辅助搅拌桨还包括下层辅助搅拌桨，所述下层辅助搅拌桨置于所述自吸式搅拌桨下部，采用窄叶高效轴流桨或推进式搅拌桨。

16.根据权利要求1-3所述的任意一种高效自吸式搅拌装置，其特征在于，所述驱动装置包括减速电机，所述减速电机与联轴器相连，并分别固定在机架上，所述联轴器与传动轴相连，所述传动轴外部依次与轴承盒、机封连接，并通过机架与安装底板固定，所述传动轴一端通过联轴法兰用紧固件与空心搅拌轴连接。