CN107998943B - 一种自吸式搅拌反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于搅拌反应器技术领域，公开了一种自吸式搅拌反应器。所述自吸式搅拌反应器包括筒体和搅拌装置，搅拌装置包括搅拌轴和搅拌桨，搅拌轴内设有空心腔，搅拌轴的顶部设有多个进气孔，底部设有多个微孔；搅拌桨均布于搅拌轴上，搅拌桨包括多片桨叶；背对桨叶旋转方向的一侧设有布气管，布气管均与空心腔连通。本发明通过将布气管设置于背对桨叶旋转方向的一侧，在搅拌桨运转过程中，强化桨叶后区的压降，使得搅拌桨的吸气能力增强；在搅拌轴的底部设有多个微孔，使得在搅拌轴底部实现气液预混，气体实现微细化，强化了传质作用；当气体进入液相后，通过搅拌桨的搅拌，微细化程度进一步增强，从而极大地强化了气体在液相中的溶解传质作用。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌反应器技术领域，尤其涉及一种自吸式搅拌反应器。
背景技术
气-液和气-液-固多相反应体系广泛的存在于多数冶金，生物，化工和选矿等过程中。为实现气-液或气-液-固反应体系较高的反应效率需气体动态进出，气体利用率普遍偏低，引发严重的资源浪费和生产成本的增加。
通常而言，自吸式搅拌反应器能够有效地将反应器顶部的气体吸入并重新分散至液相，且不需要额外的能耗和设备，运转稳定安全，能耗低；气体通过往复循环利用，利用率提高。但是，自吸式搅拌反应器转速往往需要超过临界转速，气体才能吸入并分散到液相中，且气体吸入量随转速的增加而增加；搅拌转速低于临界转速时，静压无法被抵消，气体无法被吸入到液相中，常规自吸桨实现吸气往往需要较高的转速。
现有技术中，自吸式搅拌反应器往往采用空心叶轮，即在搅拌桨叶上设置布气孔，桨型结构复杂，中空桨叶机械强度差；也有部分采用布气管的形式进行布气。但总体来讲，当前主要自吸桨临界转速高，吸气能力低，气体分散能力和细化气泡能力差，故并不能满足当前的工业需求。
因此，亟待需要一种新型自吸式搅拌反应器来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自吸式搅拌反应器，能够在低转速条件下实现气体高效循环，吸气能力强，且混合体系气泡尺寸小。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种自吸式搅拌反应器，包括筒体和设于筒体中间的搅拌装置，搅拌装置包括：
搅拌轴，其内设有空心腔，搅拌轴的顶部设有多个进气孔，底部设有多个微孔；
多层自吸式搅拌桨，其均布于搅拌轴上，搅拌桨包括多片桨叶；
背对桨叶旋转方向的一侧设有布气管，布气管均与空心腔连通。
作为优选，搅拌轴轴向设有多层托板，桨叶与托板焊接，桨叶的根部未与搅拌轴连接。
作为优选，布气管的长度不超过桨叶末端距搅拌轴的长度。
作为优选，布气管的长度为桨叶末端距搅拌轴长度的0.5～1倍。
作为优选，布气管与桨叶的夹角为0°～15°。
作为优选，布气管与桨叶的夹角为0°，且与桨叶贴合。
作为优选，每相邻两层搅拌桨的间距为桨叶末端距搅拌轴长度的1～1.5倍。
作为优选，进气孔沿搅拌轴顶部不同高度的平面贯穿设置，且进气孔周向设有加强环。
作为优选，进气孔的总进气截面面积不低于布气管的总出气截面面积。
作为优选，桨叶为平直六叶桨。
本发明的有益效果：
本发明通过将布气管设置于背对桨叶旋转方向的一侧，在搅拌桨运转过程中，强化桨叶后区的压降，使得搅拌桨的吸气能力增强；在搅拌轴的底部设有多个微孔，使得在搅拌轴底部实现气液预混，气体实现微细化，强化了传质作用；当气体进入液相后，通过搅拌桨的搅拌，微细化程度进一步增强，从而极大地强化了气体在液相中的溶解传质作用。
附图说明
图1是本发明提供的自吸式搅拌反应器的主视图；
图2是本发明提供的自吸式搅拌反应器的俯视图。
图中：
1、筒体；2、搅拌装置；3、挡板；
21、搅拌轴；22、桨叶；23、布气管；24、托板；25、搅拌电机；
211、空心腔；212、进气孔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示，自吸式搅拌反应器包括筒体1和设于筒体1中间的搅拌装置2，搅拌装置2包括搅拌轴21和多层自吸式搅拌桨，搅拌轴21内设有空心腔211，搅拌轴21的顶部设有多个进气孔212，底部设有多个微孔(图中未示出)；多层自吸式搅拌桨均布于搅拌轴21上，搅拌桨包括多片桨叶22；背对桨叶22旋转方向的一侧设有布气管23，布气管23均与空心腔211连通。
本发明通过将布气管23设置于背对桨叶22旋转方向的一侧，在搅拌桨运转过程中，强化桨叶22后区的压降，使得搅拌桨的吸气能力增强；在搅拌轴21的底部设有多个微孔，使得在搅拌轴21底部实现气液预混，气体实现微细化，强化了传质作用；当气体进入液相后，通过搅拌桨的搅拌，微细化程度进一步增强，从而极大地强化了气体在液相中的溶解传质作用。
具体地，搅拌装置还包括搅拌电机25，搅拌装置在搅拌电机25的带动下转动，随着转速的增加，搅拌轴21中的静压不断被抵消。当转速超过临界转速时，气体开始被吸入到液相中。气体经进气孔212进入到搅拌轴21的空心腔211中，再通过布气管23进入到筒体1内的液相中。
具体地，搅拌轴21轴向设有多层托板24，桨叶22与托板24焊接，桨叶22的根部未与搅拌轴21连接。如此设置，可以保证桨叶22的根部和末端同时对液相产生搅拌，增强液相的紊流作用，能够进一步强化气体在液相中的溶解传质作用。
具体地，布气管23的长度不超过桨叶22末端距搅拌轴21的长度。优选的，布气管23的长度为桨叶22末端距搅拌轴21长度的0.5～1倍。在不改变桨叶22尺寸以及布气管23末端始终不超过桨叶22末端的条件下，布气管23增加0.5倍，搅拌桨的临界转速可降低25％，吸气能力增加0.5倍。当搅拌桨在运转过程中，由于桨叶22可以与液相产生瞬间的固液分离状态，使得在桨叶22后区(即背对桨叶22旋转方向的一侧)产生空穴(即液相未与桨叶22接触的区域)，由于流体压降和空穴压降的共同作用产生较大的低压区，在压差的作用下，气体更加方便顺畅地经搅拌轴21的空心腔211和布气管23进入液相。实验表明，本发明在布气管23出口处所产生的压降，相较于单纯的出气管口与液相直接接触时，由于动能增加而产生的压降要大的多得多，因此本技术方案更能够实现气液均匀且充分混合。
具体地，布气管23与桨叶22的夹角为0°～15°，优选的，布气管23与桨叶22的夹角为0°，且与桨叶22贴合。如此设计，可以保证布气管23出口的压降效果最好，更能利于气液混合。
具体地，每相邻两层搅拌桨的间距为桨叶22末端距搅拌轴21长度的1～1.5倍。实验表明，搅拌桨间距对气体吸入量影响很大，间距越小则气体吸入量增加越多；但当间距小于一定程度时，气体与液相混合地却不够均匀彻底。经过大量实验得到，当每相邻两层搅拌桨的间距为桨叶22末端距搅拌轴21长度的1～1.5倍时，自吸式搅拌桨的气体吸入量和气液混合的效果最优。
具体地，进气孔212沿搅拌轴21顶部不同高度的平面贯穿设置，且进气孔212周向设有加强环。为了提高搅拌轴21的强度，进气孔212不都开在同一平面上。可以多个进气孔212位于同一平面，另外几个进气孔212位于另一个平面。进气孔212在高度方向上错开设置，且通过周向设置加强环的方式，进一步加强搅拌轴21的强度。
具体地，进气孔212的总进气截面面积不低于布气管23的总出气截面面积，这是保证筒体1内部液相的进气量要大于出气量，即保证与液相混合的气体始终是过量的。
具体地，桨叶22为平直六叶桨。研究发现，与直叶桨相比，斜叶桨的吸气能力降低高达50％，转速增加达到0.6倍，因此优选平直桨叶。此外，每层搅拌桨的桨叶22的数量优选为6片；而且在不增加布气管23长度条件下，增加桨叶22尺寸0.3倍，吸气能力增加可达1.8倍，临界转速降低40％。
具体地，筒体1内设有挡板3，挡板3的外侧与筒体1壁间隙固定连接。挡板3采用全挡板结构，可使搅拌桨的临界转速下降，气体吸入量提高。
以下为本发明的冷模研究：
在直径0.5m，高度1m的有机玻璃釜中进行，结果显示：与最新报道的自吸式搅拌桨相比较，本发明在诸多性能方面有极大提升：在相同静压差下，本发明自吸临界转速降低超过50％，拓展了自吸式搅拌桨的应用液差范围；相同轴功率条件下，本发明引起的总体气含率增加一倍；在相同混合状态下，能耗降低超过60％；相同轴功率条件下，本发明吸气能力提升1倍。
综上所述，本发明提供的自吸式搅拌桨的临界转速低，吸气能力强，气体分散能力强，能耗低，混合体系气泡达到微米级别，传质效率高，有助于反应速率和产品收率的提高。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术用户来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种自吸式搅拌反应器，包括筒体(1)和设于所述筒体(1)中间的搅拌装置(2)，其特征在于，所述搅拌装置(2)包括：
搅拌轴(21)，其内设有空心腔(211)，所述搅拌轴(21)的顶部设有多个进气孔(212)，底部设有多个微孔；
多层自吸式搅拌桨，其均布于所述搅拌轴(21)上，所述搅拌桨包括多片桨叶(22)；
背对所述桨叶(22)旋转方向的一侧设有布气管(23)，所述布气管(23)均与所述空心腔(211)连通；
所述搅拌轴(21)轴向设有多层托板(24)，所述桨叶(22)与所述托板(24)焊接，所述桨叶(22)的根部未与所述搅拌轴(21)连接；
所述布气管(23)的长度不超过所述桨叶(22)末端距所述搅拌轴(21)的长度；
所述布气管(23)的长度为所述桨叶(22)末端距所述搅拌轴(21)长度的0.5～1倍；
所述布气管(23)与所述桨叶(22)的夹角为0°～15°。
2.根据权利要求1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于，所述布气管(23)与所述桨叶(22)的夹角为0°，且与所述桨叶(22)贴合。
3.根据权利要求1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于，每相邻两层所述搅拌桨的间距为所述桨叶(22)末端距所述搅拌轴(21)长度的1～1.5倍。
4.根据权利要求1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于，所述进气孔(212)沿所述搅拌轴(21)顶部不同高度的平面贯穿设置，且所述进气孔(212)周向设有加强环。
5.根据权利要求4所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于，所述进气孔(212)的总进气截面面积不低于所述布气管(23)的总出气截面面积。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于，所述桨叶(22)为平直六叶桨。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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