CS237504B1

CS237504B1 - Axial agitator for homogenizing mixing of a multiphase liquid mixture in chemical and biochemical reactors

Info

Publication number: CS237504B1
Application number: CS887181A
Authority: CS
Inventors: Lubos Pesl; Vladimir Slama; Jan Kvasnicka
Original assignee: Lubos Pesl; Vladimir Slama; Jan Kvasnicka
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1981-12-01
Publication date: 1985-08-15

Abstract

Vynález se týká axiálního míohadla pro homogenizační míchání kapaliny s plynem a případně i tuhou fází, které je vhodné zejména pro použití v chemických a biochemických reaktorech - fermentorech. Zařízení podle vynálezu sestává z náboje a nejméně dvou lopatek, které jsou provedeny z obdélníkového nebo kosodélníkového profilu, a to ve tvaru šroubové plochy. Stoupání šroubové plochy je určeno poměrem požadovaJ né axiální rychlosti proudění k frekvenci otáčení míohadla a jeho hodnota se pohybuje v rozmezí 0,75 až 2,5násobku velkého průměru míchadla.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to an axial gripper homogenizing gas-liquid mixing a optionally, a solid phase which is particularly suitable for use in chemical and biochemical reactors - fermenters. The device according to the invention consists of a hub and at least two blades that are made from a rectangular or rhomboidal profile in the form of a helical surface. Pitch the screw surface is determined by the ratio of demand axial flow velocity to the frequency the rotation of the propeller and its value moves between 0.75 and 2.5 times the large diameter stirrers.

Description

Vynález se týká axiálního míchadla pro homogenizační míchání kapaliny s plynem a případně i tuhou fází, které je vhodné zejména pro použití v chemických a biologických reaktorech fermentorech.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an axial stirrer for homogenizing a liquid with a gas and optionally a solid phase which is particularly suitable for use in chemical and biological reactors of fermenters.

Dosud známá míchací zařízení s rotačními míchadly pro míchání vícefázových směsí jsou tvořena většinou míchadly, která vytvářejí svým pohybem v kapalině převážně radiální proudění. Jsou to obdobná provedení míchadel jako jsou oběžná kola odstředivých radiálních čerpadel, anebo jsou to míchadla tzv. otevřeného typu, kdy míchadlo sestává z dělicího kotouče, při jehož obvodu jsou připevněny rovné, kolmé lopatky.The prior art mixers with rotary stirrers for mixing multiphase mixtures consist mostly of stirrers, which by their movement in the liquid generate mostly radial flow. These are similar designs of impellers such as impellers of centrifugal radial pumps, or they are of the open type type, where the impeller consists of a separating disk with circumferentially mounted straight, perpendicular blades.

Jsou známa i míchací zařízení, kde se používá vrtulových míchadel, anebo zjednodušených míchadel se skloněnými lopatkami.There are also known mixing devices using propeller stirrers or simplified mixers with inclined blades.

U těchto zařízení míchadla vytvářejí svým pohybem v kapalině převážně axiální proudění. Výhodných vlastností příslušných míchadel pro daný účel míchání bylo využito u řešení v čs. patentu č. 148 540 a v čs. autorském osvědčení 189 415, kde na společném hřídeli je jak míchadlo radiální pro dispergaci, tak axiální pro homogenizaci. Míchadlo s převažujícím axiálním tokem kapaliny může být provedeno bud jako jednoduché lopatkové míchadlo se složenými lopatkami, anebo jako sběrné kolo axiálního čerpadla.In these devices, the agitators generate predominantly axial flow through the liquid. The advantageous properties of the respective stirrers for the given purpose of mixing were utilized in the solution in Czechoslovakia. No. 148,540 and in U.S. Pat. No. 189 415, wherein on the common shaft both the agitator is radial for dispersion and axial for homogenization. The agitator with a predominant axial flow of fluid may be either a simple paddle mixer with compound vanes or an axial pump collection wheel.

Předností lopatkového kola je nízká pořizovací cena, avšak nedostatkem je nízká výtlačná výška. Předností axiálního kola je zase vyšší výtlačná výška a nedostatkem je nákladná výroba.The advantage of the impeller is its low purchase price, but the disadvantage is its low discharge height. The advantage of the axial wheel is the higher discharge height and the disadvantage is the expensive production.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u axiálního míchadla pro homogenizační míchání v chemických a biochemických reaktorech podle vynálezu, sestávajícího z náboje a nejméně dvou lopatek, jehož podstata spočívá v tom, že lopatky jsou provedeny z obdélníkového nebo kosodélníkového profilu, a to ve tvaru šroubové plochy.The above drawbacks are overcome with an axial stirrer for homogenization mixing in chemical and biochemical reactors according to the invention, consisting of a hub and at least two blades, which consists in that the blades are made of a rectangular or rhomboidal profile in the form of a helical surface.

Stoupání šroubovice je určeno poměrem požadované axiální rychlosti proudění v průřezu míchadla ku frekvenci otáčení míchadla, přičemž jeho hodnota se pohybuje v rozmezí od 0,75 do 2,5násobku velkého průměru .míchadla. Vnější i vnitřní průměr šroubové plochy je potom určen požadovaným množstvím kapaliny dopravované míchadlem.The pitch of the helix is determined by the ratio of the desired axial flow rate in the cross-section of the stirrer to the frequency of rotation of the stirrer, ranging from 0.75 to 2.5 times the large diameter of the stirrer. The outer and inner diameters of the helical surface are then determined by the required amount of liquid conveyed by the stirrer.

Volba vnitřního průměru šroubovice a. šířky lopatek se řídí běžnými zkušenostmi u axiálních míchadel a čerpadel. Profil řezu lopatky není nutno upravovat z hlediska požadavků na plynulé obtékání kapaliny, ale stačí použít výrobně jednoduchý a levný obdélníkový profil řezu materiálu, ze kterého se lopatky lisují nebo jinak zhotovují. Náběžná nebo odtoková hrana lopatky, popř. obě dvě hrany jsou tvarovány, s výhodou zkoseny nebo zaobleny.The selection of the helix internal diameter and the blade width is governed by conventional experience with axial agitators and pumps. The blade section profile does not need to be adapted to the fluid flow requirements, but it is sufficient to use a simple and inexpensive rectangular section profile of the material from which the blades are pressed or otherwise fabricated. Leading or trailing edge of the blade, resp. the two edges are shaped, preferably chamfered or rounded.

Axiální míchadlo podle vynálezu je schopno překonat potřebnou dopravní výšku, respektive pracovat s požadovanou měrnou energií a není výrobně nákladné. Má vyšší účinnost než míchadlo lopatkového typu a nižší účinnost než axiální čerpadlo. Toto snížení dopravní účinnosti však není na závadu u míchacího zařízení, kde účelem míchání je kromě homogenizace i dispergace plynu do kapaliny.The axial agitator according to the invention is capable of overcoming the necessary head or operating with the required specific energy and is not expensive to produce. It has a higher efficiency than a paddle type stirrer and a lower efficiency than an axial pump. However, this reduction in transport efficiency is not impeded in a mixing device where the purpose of mixing is to disperse the gas into the liquid in addition to homogenization.

Příkladné provedení axiálního míchadla pro homogenizační míchání vícefázové kapalné směsi v chemických a biochemických reaktorech podle vynálezu je dále schematicky znázorněno na přiloženém výkresu.An exemplary embodiment of an axial stirrer for homogenizing the multiphase liquid mixture in the chemical and biochemical reactors of the invention is further schematically shown in the attached drawing.

Na výkresu je znázorněn náboj i, se kterým jsou pevně spojeny lopatky £, provedené z obdélníkového profilu. Náběžná hrana £ i odtoková hrana 3 lopatek £ jsou tvarovány.The drawing shows a hub 1 with which the blades 6 formed from a rectangular profile are fixedly connected. The leading edge 4 and the trailing edge 3 of the blades 4 are shaped.

Kromě použití u fermentorů se naskýtá rovněž možnost použití předmětného míchadla také u chemických reaktorů, v nichž probíhají reakce v systému kapalina-plyn.In addition to the use in fermenters, there is also the possibility of using the agitator in chemical reactors in which liquid-gas reactions take place.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Axial stirrer for homogenizing mixing of a multiphase liquid mixture in chemical and biochemical reactors, consisting of a hub and at least two blades connected to the hub, detachable or not, characterized in that the blades (1) are made of a rectangular or rhomboidal profile in screw shape The area of which is determined by the ratio of the desired axial flow velocity to the agitator rotational speed and is in the range of 0.75 to 2.5 times the large diameter of the agitator.