CN203075926U

CN203075926U - 一种具有自吸气功能的叶轮搅拌反应器

Info

Publication number: CN203075926U
Application number: CN2013200856906U
Authority: CN
Inventors: 金世斌; 张谷平; 马金瑞; 刘鹏; 吴国玉; 叶普洪
Original assignee: CHINA NATIONAL GOLD Corp TECHNOLOGY CENTER; Changchun Gold Research Institute
Current assignee: CHINA NATIONAL GOLD Corp TECHNOLOGY CENTER; Changchun Gold Research Institute
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2023-02-26

Abstract

本实用新型公开了一种具有自吸气功能的叶轮搅拌反应器，该反应器应用于生物冶金和湿法冶金领域的气液固三相反应，在反应器筒体内竖直安装中心循环管；中心循环管的下段设置下喇叭口；在下喇叭口的下部底板上设置导流锥体；在下喇叭口的下部设置下支撑立板，在下喇叭口和导流锥体之间形成矿浆流出的空间；在中心循环管的上段安装导向叶轮总成，在导向叶轮总成的中心安装搅拌叶轮总成，搅拌叶轮总成的各级叶片与导向叶轮总成的各级叶片依次交替排列；搅拌叶轮总成的上部连接中空传动轴，中空传动轴的中段具有进气孔；中空传动轴之上连接到联轴器；联轴器之上连接减速机和电动机。本实用新型降低了反应器供气压力来降低供气风机的动力消耗，并且搅拌相对较均匀，气体弥散度较高，而且传动轴短。

Description

一种具有自吸气功能的叶轮搅拌反应器

技术领域

本实用新型涉及一种叶轮搅拌反应器，尤其涉及一种可应用于生物冶金和湿法冶金领域的气液固三相反应器。

背景技术

生物冶金和湿法冶金反应大多是矿浆溶液中通入空气、氧气、氢气等气体进行的三相反应，通常应用叶轮搅拌式气液固三相反应器。

传统的叶轮搅拌式三相反应器主要是由筒体、叶轮搅拌系统、气体給入分布系统等组成，叶轮一般位于反应器内矿浆深度的中部偏下位置附近，气体分布器位于叶轮下部的反应器底板附近，气体经过通气管和气体分布器进入反应器内的矿浆中，叶轮的搅拌作用使气体分散成为气泡。通入的气体压力必须大于反应器内气体分布器的出气孔处液体静压力，才能使气体从气体分布器出气孔逸出并进入矿浆中。矿浆的静压力与矿浆的深度和矿浆密度成正比，而工业型反应器的规格大，有的大型反应器的高度达10m或更高，加之矿浆的密度也较大，传统反应器的气体分布器出气孔处液体静压力大，因此需要用风机（气体压缩机或鼓风机）給反应器供给气体。风机供给气体的压力越大，给入单位质量气体的能耗就越大，因此传统反应器的给入气体的动力消耗大。另外单位矿浆体积给入气体越多，单位矿浆体积的供气动力消耗越大。对于需要通入大量气体的反应过程，通气的动力消耗很大，一般情况下供气的风机动力消耗是搅拌动力消耗的数倍。对于这种三相反应，改进反应器结构形式，降低供气压力是节能的重要途径。此外，传统叶轮搅拌反应器还有其他缺点：

（1）由于传统反应器的电机和传动机构在反应器上部，叶轮位于反应器内的中下部附近区域，对于大型反应器需要很长的传动轴，轴的加工安装费用高，而且很长的悬臂梁结构的传动轴转动时易于发生大的摆动，致使轴疲劳断裂；

（2）搅拌不均匀，叶轮边缘附近搅拌强度大，其他区域搅拌强度小，粗粒重矿物颗粒易于在反应器内筒体底部附近沉淀积聚。

（3）传统机械搅拌反应器用固定的气体分布器供气，并依赖叶轮的搅拌作用来打散气泡，气泡弥散度低，不利于提高气体利用率；

（4）因矿浆中溶解盐分的析出沉淀，气体分布器的出气孔内易于发生沉淀物沉积以致堵塞，因此小孔型气体分布器的出气孔易于堵塞，微孔气体分布器就更易于堵塞。因此，目前多采用大孔型气体分布器，从出气孔逸出的气泡用叶轮搅拌分散。这样一来，形成大直径气泡，气泡的弥散效果差，气体利用率低。

（5）气体分布器安装在反应器底部，发生堵塞后难于清理疏通；

为了降低反应器供气能耗，改善反应器通入气体的弥散效果和提高气体利用率，有必要研究新型三相反应器。

发明内容

本实用新型的目的在于克服传统反应器的缺点，而提供一种具有自吸气功能的叶轮搅拌反应器。本实用新型降低了反应器供气压力来降低供气风机的动力消耗，并且搅拌相对较均匀，气体弥散度较高，而且传动轴短。

本实用新型在反应器筒体内竖直安装中心循环管；中心循环管的下段设置下喇叭口；在下喇叭口的下部底板上设置导流锥体；在下喇叭口的下部设置下支撑立板，在下喇叭口和导流锥体之间形成矿浆流出的空间；在中心循环管的上段安装导向叶轮总成；导向叶轮总成由二级或三级或四级导向叶轮构成，其每一级导向叶轮均有三个或四个或五个或六个导向叶片，导向叶片采用弧形弯曲叶片；在导向叶轮总成的中心安装搅拌叶轮总成，搅拌叶轮总成由二级或三级或四级搅拌叶轮构成，其每一级搅拌叶轮均有三个或四个或五个或六个搅拌叶片，搅拌叶片采用等螺距的弧形弯曲叶片或采用等螺距的螺旋面叶片；在安装高度上使搅拌叶轮总成的各级叶片与导向叶轮总成的各级叶片依次交替排列；搅拌叶轮总成的上部连接中空传动轴，中空传动轴的中段钻有进气孔；中空传动轴安装于管型轴承座中，管型轴承座的两端为轴承和轴封结构；管型轴承座设有进气管；中空传动轴之上连接到联轴器；联轴器之上连接减速机和电动机。反应器筒体上设置有反应器盖板。

搅拌叶轮为三级叶轮，但是本实用新型不限于三级叶轮，即搅拌叶轮可为二级、三级或四级，搅拌叶轮总成的最上层叶轮为第一级叶轮，第一级叶轮叶片为空心叶片，每个第一级叶轮叶片的后下部均设置出气孔群；第一级叶轮的轮毂与每个第一级叶轮叶片的连接处均设置联通孔；第一级叶轮的各个第一级叶轮叶片的出气孔群，通过空心叶片内及联通孔与中空轴的中心孔连通。本反应器通过中空叶片上的出气孔群通入气体，不另外设置气体分布器。

反应器工作时，中心循环管完全淹没在矿浆液面之下，电动机经过减速机和联轴器驱动搅拌叶轮总成旋转，旋转的搅拌叶轮总成推动循环管内的矿浆向下流动，导向叶轮总成将叶轮旋转产生的矿浆的回转运动转变为向下的轴向运动；气体经过供气管、管型轴承座的内腔、中空轴、轮毂壁的联通孔、中空叶片的出气孔群进入矿浆之中成为气泡，并被搅拌叶轮总成的第二级和第三级搅拌叶轮进一步分散成小气泡；含气泡的矿浆在循环管内向下流动，从下喇叭口流出，在循环管外的环形空间向上流动，流到液面附近时气泡逐步逸出矿浆溶液，失去部分气泡的矿浆溶液从循环管上口进入循环管中，并携带经由第一级搅拌叶轮的中空叶片出气孔群给入的气泡流进循环管内，再次进行大循环流动。

在反应器的运转时，中空轴驱动搅拌叶轮总成的叶片旋转，叶片的前部推动矿浆使矿浆流动，在叶片的前部形成正压力，而在叶轮的后部形成负压力或压力减小，即叶片前后形成压力差。正是由于叶片的前后形成压力差，对叶轮的转动产生阻力，此外矿浆的粘性也对叶轮的旋转产生阻力，电动机驱动过程是克服这些阻力而消耗电能。在叶片后部形成负压力或压力减小处设置出气孔群，可实现自吸气或通过这些出气孔群给入气体，不仅可大幅减小供气的动力消耗，可使叶片的前后压力差减小，减小电动机的驱动动力消耗。

本实用新型通过叶片后部通气孔给入气体的优点在于：

（1）因叶轮旋转时在叶片后部形成负压或压力减小，减小供气的动力消耗；

（2）因叶片旋转运动中给入气体，有利于形成较小的气泡，并且矿浆中气泡分布较均匀，可提高气泡弥散度及气体利用率；

（3）因叶片后部给入气体后，叶片前后压力差减小，叶轮旋转阻力减小，可减小驱动电动机的动力消耗；

（4）因搅拌叶轮在循环管内液面下很浅的位置，供气压力很低，大幅降低供气动力消耗；

（5）矿浆经过循环管进行全深度的大循环流动，搅拌较均匀，可减少底部的沉积现象；

（6）给入气体形成的气泡经过搅拌叶轮分散成比较细小的气泡，气泡的弥散性好，可提高气体利用率；

（7）气泡被矿浆携带，在中心循环管内向下流动之后，在循环管外的环形空间向上流动，因此气泡与矿浆的流动距离远，气液接触的时间较长，而且循环管内外的气泡含量变化较小，反应器总含气率较高，有利于气体传递和提高气体利用率；

（8）叶轮在液面下较浅的深度，传动轴较短，传动轴的制造费用较低，安装和维修较容易。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型之搅拌叶轮总成的结构示意图。

其中：1—电动机；2—减速机；3—减速机支撑座；4—联轴器；5—中空传动轴；6—反应器盖板； 7—上支撑立板；8—轴承和轴封； 9—给料口； 10—搅拌叶轮总成；11—导向叶轮总成； 12—轮毂； 13—反应器筒体； 14—中心循环管；15—下喇叭口；16—下支撑立板；17—导流锥体；18—出料口；19—管型轴承座；20—出气口群；21—进气管；5—中空轴；22—轮毂头； 23—第一级叶轮叶片；24—出气孔群；25—联通孔；26—第二级叶轮叶片；27—第三级叶轮叶片。

具体实施方式

请参阅图1所示，在本实施例中，所述的导向叶轮和搅拌叶轮均为三级叶轮，但是，本实用新型不限于三级叶轮，即导向叶轮和搅拌叶轮可为二级、三级或四级，反应器筒体13内竖直安装中心循环管14；中心循环管14的下段设置下喇叭口15；在下喇叭口15的下部底板上设置导流锥体17；在下喇叭口15的下部设置三至六十个下支撑立板16，在下喇叭口15和导流锥体17之间形成矿浆流出的空间；在中心循环管14的上段安装导向叶轮总成11；导向叶轮总成11由二级或三级或四级导向叶轮构成，其每一级导向叶轮均有三个或四个或五个或六个导向叶片，导向叶片采用弧形弯曲叶片；在导向叶轮总成11的中心安装搅拌叶轮总成10，搅拌叶轮总成10由二级或三级或四级搅拌叶轮构成，其每一级搅拌叶轮均有三个或四个或五个或六个搅拌叶片，搅拌叶片采用等螺距的弧形弯曲叶片或采用等螺距的螺旋面叶片；在安装高度上使搅拌叶轮总成10的各级叶片与导向叶轮总成11的各级叶片依次交替排列；搅拌叶轮总成10的上部连接中空传动轴5，中空传动轴5的中段钻有4-40个进气孔；中空传动轴5安装于管型轴承座19中，管型轴承座19的两端为轴承和轴封8结构；管型轴承座19设有进气管21；中空传动轴5之上连接到联轴器4；联轴器4之上连接减速机2和电动机1。反应器筒体13上设置有反应器盖板6。

如图2所示，在本实施例中，搅拌叶轮为三级叶轮，但是本实用新型不限于三级叶轮，即搅拌叶轮可为二级、三级或四级，搅拌叶轮总成10的最上层叶轮为第一级叶轮，第一级叶轮叶片23为空心叶片，每个第一级叶轮叶片23的后下部均设置出气孔群24；第一级叶轮的轮毂12与每个第一级叶轮叶片23的连接处均设置联通孔25；第一级叶轮的各个第一级叶轮叶片23的出气孔群24，通过空心叶片内及联通孔25与中空轴5的中心孔连通。

本实用新型的工作过程和原理是：

反应器工作时，中心循环管14完全淹没在矿浆液面之下，电动机1经过减速机2、联轴器4及中空轴5，驱动搅拌叶轮总成10旋转；旋转的搅拌叶轮总成10推动中心循环管14内的矿浆向下流动，而导向叶轮总成11将搅拌叶轮总成10旋转产生的矿浆的回转运动转化为向下的轴向运动；从进气管21给入的气体，经过管型轴承座19、中空轴5、第一级搅拌叶轮的轮毂12的联通孔25、第一级搅拌叶轮的叶片23的出气孔群24，成为气泡群进入反应器内的矿浆中，并被第二级叶轮片26和第三级叶轮片27进一步分散成小气泡，因搅拌叶轮总成10旋转时，第一级搅拌叶轮的叶片23的后部形成负压或压力降低，经过第一级搅拌叶轮的叶片23后部的出气孔群24给入气体，可降低供给气体的风机电力消耗；此外，第一级搅拌叶轮的叶片23既是搅拌器件也是气体分布器件，在运转之中分布气体，给入气体易于形成较小的气泡，且气泡分布较均匀，气泡弥散度较高；含气泡的矿浆在中心循环管14内向下流动，从下喇叭口15和导流锥体17之间的缝隙之中流出，在中心循环管14外的环形空间向上流动，流到液面附近时气泡逐步逸出矿浆液面，失去部分气泡的矿浆从中心循环管14的上端流入中心循环管14内，再次进行大循环流动。

Claims

1.一种具有自吸气功能的叶轮搅拌反应器，其特征在于：反应器筒体（13）内竖直安装中心循环管（14）；中心循环管（14）的下段设置下喇叭口（15）；在下喇叭口（15）的下部底板上设置导流锥体（17）；在下喇叭口（15）的下部设置下支撑立板（16），在下喇叭口（15）和导流锥体（17）之间形成矿浆流出的空间；在中心循环管（14）的上段安装导向叶轮总成（11）；导向叶轮总成（11）由二级或三级或四级导向叶轮构成，其每一级导向叶轮均有三个或四个或五个或六个导向叶片，导向叶片采用弧形弯曲叶片；在导向叶轮总成（11）的中心安装搅拌叶轮总成（10），搅拌叶轮总成（10）由二级或三级或四级搅拌叶轮构成，其每一级搅拌叶轮均有三个或四个或五个或六个搅拌叶片，搅拌叶片采用等螺距的弧形弯曲叶片或采用等螺距的螺旋面叶片；在安装高度上，搅拌叶轮总成（10）的各级叶片与导向叶轮总成（11）的各级叶片依次交替排列；搅拌叶轮总成（10）的上部连接中空传动轴（5），中空传动轴（5）的中段钻有进气孔；中空传动轴（5）安装于管型轴承座（19）中，管型轴承座（19）的两端为轴承（8）和轴封结构；管型轴承座（19）设有进气管（21）；中空传动轴（5）之上连接到联轴器（4）；联轴器（4）之上连接减速机（2）和电动机（1）。

2.根据权利要求1所述的一种具有自吸气功能的叶轮搅拌反应器，其特征在于：所述的搅拌叶轮为二级或三级或四级搅拌叶轮，搅拌叶轮总成（10）的最上层叶轮为第一级叶轮，第一级叶轮叶片（23）为空心叶片，每个第一级叶轮叶片（23）的后下部均设置出气孔群（24）；第一级叶轮的轮毂（12）与每个第一级叶轮叶片（23）的连接处均设置联通孔（25）；第一级叶轮的各个第一级叶轮叶片（23）的出气孔群（24），通过空心叶片内及联通孔（25）与中空轴（5）的中心孔连通。

3.根据权利要求1所述的一种具有自吸气功能的叶轮搅拌反应器，其特征在于：所述搅拌叶轮总成（10）的搅拌叶轮具有第二级叶轮片（26）和第三级叶轮片（27）。