CS259312B1

CS259312B1 - ZaHzenf for homogenization of liquid and gas

Info

Publication number: CS259312B1
Application number: CS8510043A
Authority: CS
Inventors: Pavel Seichter; Lubos Pesl; Vladimir Slama; Jaroslav Jaromersky; Miroslav Khol
Original assignee: Pavel Seichter; Lubos Pesl; Vladimir Slama; Jaroslav Jaromersky; Miroslav Khol
Priority date: 1985-12-29
Filing date: 1985-12-29
Publication date: 1988-10-14
Also published as: CS1004385A1

Abstract

Zařízení sestává z cirkulační vestavby, tvořené svislým-cirkulačním válcem, přechodovým nástavcem a výstupním nástavcem, a z míchací soustavy, tvořené dvěma míchadly umístěnými na společné hřídeli ve spodní části vestavby nad distributorem vzduchu. Přechodový i výstupní nástavec mají tvar pláště komolého kužele a jsou navzájem spojeny menšími základnami bučí přímo anebo přes válcový spojovací nástavec nesoucí věnec převáděcích lopatek. V úrovni větší základny výstupního nástavce je umístěno radiálně-diagonální míchadlo a nad ním v prostoru přechodového nástavce míchadlo lopatkové. Do prostoru lopatkového michadla zasahuje výdechová trubice pro odvod plynné fáze a v úrovni radiálně- -diagonálního michadla je umístěn statorový usměrňovač.The device consists of a circulation unit, consisting of a vertical circulation cylinder, a transition attachment and an outlet attachment, and a mixing system, consisting of two agitators placed on a common shaft in the lower part of the unit above the air distributor. The transition and outlet attachments have the shape of a truncated cone shell and are connected to each other by smaller bases either directly or via a cylindrical connecting attachment carrying a ring of transfer blades. A radial-diagonal agitator is placed at the level of the larger base of the outlet attachment and a paddle agitator above it in the space of the transition attachment. An exhaust pipe for the removal of the gas phase extends into the space of the paddle agitator and a stator rectifier is placed at the level of the radial-diagonal agitator.

Description

Vynález se týká zařízení pro homogenizaci kapaliny a plynu. Zařízení je vhodné zejména pro zajištění homogenizace ve dvou- či vlcefázových systémech v chemických a biochemických reaktorech.The invention relates to a device for homogenizing a liquid and a gas. The equipment is particularly suitable for ensuring homogenization in two- or w-phase systems in chemical and biochemical reactors.

U zařízení pro směšování kapaliny a plynu se obecně požaduje schopnost účinně homogenlzovat kapalnou směs a intenz J.f ikovat přenos hmoty. Tyto požadavky je možno zajistit účelnou cirkulací v celém objemu kapalné směsi a vytvořením vysokého specifického mezifázového povrchu.Liquid-gas mixing devices generally require the ability to efficiently homogenize the liquid mixture and intensify the mass transfer. These requirements can be ensured by efficient circulation throughout the volume of the liquid mixture and creating a high specific interfacial surface.

Potřebná cirkulace vsádky se obvykle zajišťuje pomocí svislého cirkulačního válce v kombinaci s axiálním míchadlem, jako je tomu u čs. patentu č. 148 540 nebo čs. AO č. 189 415, popřípadě se tento problém řeší prostřednictvím systému s oběhovými čerpadly (NDR-WP č. 168 022).The necessary batch circulation is usually ensured by means of a vertical circulation cylinder in combination with an axial stirrer, as is the case with the Czechoslovak. No. 148,540 or U.S. Pat. AO No. 189 415, or this problem is solved by means of a circulation pump system (NDR-WP No. 168 022).

Intenzifikace přenosu hmoty z plynné fáze do kapalné je většinou zajišťována pomocí radiálního míchadla, pod něž je u distributoru přiváděn plyn, jako je tomu kupř. u čs. patentu č. 148 540. Při vyšších průtocích plynu může však docházet k zahlcení radiálního míchadla, což má za následek pronikání plynu ve formě velkých bublin do prostoru axiálního míchadla a cirkulačního válce. Důsledkem je výrazné zhoršeni cirkulace směsi a podstatné snížení preoesníoh parametrů, zejména u fermentačnich zařízení.The intensification of the mass transfer from the gas phase to the liquid phase is usually provided by means of a radial agitator under which gas is supplied at the distributor, as is the case, for example. u čs. However, at higher gas flow rates, the radial agitator may become congested, resulting in gas leaking in the form of large bubbles into the space of the axial agitator and the circulation cylinder. This results in a significant deterioration of the circulation of the mixture and a substantial reduction in the pre-ossification parameters, especially in fermentation plants.

Jinou nevýhodou zařízení, založeného na použiti cirkulačního válce s axiálním míchadlem, je obracení toku směsi na výstupu z axiálního míchadla do horizontální roviny. Tento jev má za následek zvýšení tlakové ztráty cirkulačního toku a snížení čerpacího výkonu axiálního míchadla a vede opět ke zhoršení homogenity vsádky.Another disadvantage of the device based on the use of a circulation cylinder with an axial agitator is the reversal of the mixture flow at the outlet of the axial agitator to a horizontal plane. This phenomenon results in an increase in the pressure loss of the circulation flow and a decrease in the pumping capacity of the axial agitator, and again leads to a deterioration of the batch homogeneity.

K řešení naznačených problémů přispíváni zařízení pro homogenizaci kapaliny a plynu v provedení podle vynálezu. Toto zařízení sestává jednak z cirkulační vestavby, kterou tvoří svislý cirkulační válec s přechodovým nástavcem ve tvaru komolého kužele, větší základnou napojeného na spodní okraj cirkulačního válce a v úrovni menší základny popřípadě opatřeného věncem převáděcích lopatek, jednak z míchací soustavy, kterou tvoří dvě míchadla umístěná ve spodní Části cirkulační vestavby nad distributorem plynu a upevněná na společné hřídeli uložené ve svislé ose cirkulační vestavby, kde jedno z míchadel tvoří radiálně-diagonální míchadlo. Podstata zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že cirkulační vestavba je ve spodní části doplněna výstupním nástavcem, který vykazuje rovněž tvar komolého kužele a je menší základnou přímo, popřípadě prostřednictvím spojovacího nástavce napojen na menší základnu přechodového nástavce, přičemž ve spodní části výstupního nástavce je v úrovni jeho větši základny umístěno radiálně-diagonálni míchadlo a nad ním v prostoru přechodového nástavce lopatkové míchadlo.The liquid-gas homogenization device according to the invention contributes to the solution of the indicated problems. The device consists of a recirculation device consisting of a vertical circulation cylinder with a truncated conical transition adapter, a larger base connected to the lower edge of the circulation cylinder, and at the level of a smaller base optionally equipped with a transfer vanes rim, and at the bottom of the recirculation assembly above the gas distributor and mounted on a common shaft mounted on the vertical axis of the recirculation assembly, where one of the agitators is a radially-diagonal agitator. The principle of the device according to the invention consists in that in the lower part of the circulating installation there is an outlet extension, which also has a truncated cone shape and is connected directly to the smaller base of the adapter. level of its larger base placed radially-diagonal stirrer and above it in the area of the adapter extension paddle stirrer.

Výhodou nového uspořádání homogenizačniho zařízení podle vynálezu je, že použitím zvolené kombinace míchadel a účinkem rotace diagonálních lopatek v blízkosti stěny výstupního nástavce se zabrání pronikání plynu do cirkulačního válce. Tim se sníží citlivost cirkulačního mícháni na výstupní tlakové ztráty a současně se zvýší čerpací účinek soustavy míchadel.An advantage of the novel arrangement of the homogenizer according to the invention is that the use of the selected mixer mixer and the rotation of the diagonal vanes near the outlet nozzle wall prevent gas ingress into the circulation cylinder. This will reduce the sensitivity of the circulation mixer to the outlet pressure losses and at the same time increase the pumping effect of the mixer system.

Další intenzifikace přenosu hmoty i homogenizace vsádky je možno docílit použitím statorového usměrňovače, který je umístěn v úrovni radiálně-diagonálního míchadla v poloze, při níž míchadlo obklopuje. Šířka mezery mezi usměrňovačem a vnějším obvodem radiálně-diagonálního míchadla odpovídá přitom minimálně 5 mm a maximálně 0,25 průměru radiálně-diagonálního míchadla.Further intensification of mass transfer and batch homogenization can be achieved by using a stator rectifier located at the level of the radially-diagonal stirrer in the position at which it surrounds the stirrer. The gap width between the rectifier and the outer circumference of the radial-diagonal stirrer corresponds here to a minimum of 5 mm and a maximum of 0.25 of the radial-diagonal stirrer diameter.

Přínosem tohoto uspořádání je, že v prostoru statorového usměrňovače dochází k intenzivnímu promícháni dispergačního proudu s čerstvými bublinami plynu s cirkulačním proudem, který je prakticky bez bublin. Tímto způsobem je možno výrazně zlepšit jak homogenitu vsádky, tak i přenos hmoty z plynné do kapalné fáze.The benefit of this arrangement is that in the space of the stator rectifier, the dispersion stream is intensively mixed with the fresh bubbles of the gas with a circulating stream which is practically free of bubbles. In this way, both the batch homogeneity and the mass transfer from the gaseous to the liquid phase can be greatly improved.

Optimálních hydrodynamických podmínek se přitom dosáhne v případě, kdy vrcholový úhel výstupního nástavce se volí v rozmezí 45 až 80°. v tomto případě se totiž docílí optimálních rychlostních poměrů mezi axiálním vstupem a radiálním výstupem radiálně-diagonálnlho míóhadla.Optimum hydrodynamic conditions are achieved in this case when the apex angle of the outlet extension is selected between 45 and 80 °. in this case, optimum velocity ratios are achieved between the axial inlet and the radial outlet of the radially-diagonal stirrer.

X dalšímu zlepšení cirkulace vsádky a k intenzifikaci homogenizačního i technologického procesu může účinně přispět výdechová trubice, jejímž účelem je zprostředkovat usměrněný odvod plynu z prostoru lopatkového míóhadla. Trubice je do prostoru lopatkového míchadla zavedena svou spodní, vstupní stranou, kterou alespoň zčásti míchadlo překrývá, zatímco její horní, výstupní strana je otevřena do prostoru nad hladinou kapaliny, popřípadě nad víkem nádoby do atmosféry.An exhalation tube can be efficiently contributed to further improve the circulation of the batch and to intensify both the homogenization and process processes, the purpose of which is to provide a directed evacuation of the gas from the space of the paddle mixer. The tube is introduced into the space of the paddle stirrer by its lower inlet side, which at least partially overlaps the stirrer, while its upper, outlet side is open to the space above the liquid surface or above the vessel lid into the atmosphere.

Příkladné provedení zařízení pro homogenizaci kapaliny a plynu podle vynálezu je dále blíže znázorněno na připojeném výkrese, který představuje svislý řez nádobou, v jejíž svislé ose je umístěna cirkulační vestavba s míchací soustavou.An exemplary embodiment of a liquid and gas homogenization apparatus according to the invention is further illustrated in the accompanying drawing, which represents a vertical section of a vessel, in the vertical axis of which a recirculation assembly with a mixing system is located.

Cirkulační vestavbu ve znázorněném provedení tvoří svislý cirkulační válec 4, který je svou spodní stranou napojen na přechodový nástavec ji. Přechodový nástavec 2 má obecně tvar protáhlého komolého kužele, jehož vrcholový úhel se volí v rozmezí 45 až 75°. Ke spodnímu okraji cirkulačního válce j4 je přechodový nástavec 2 napojen svou větší základnou, zatímco v úrovni menší základy plynule přechází ve válcový spojovací nástavec 10, nesoucí věnec převáděcích lopatek 11. Na válcový spojovací nástavec 10 navazuje bezprostředně výstupní nástavec 6, který má opět tvar pláště komolého kužele s vrcholovým úhlem 45 až 80°.The circulating installation in the embodiment shown is formed by a vertical circulating cylinder 4, which is connected by its underside to the adapter. The adapter 2 is generally in the form of an elongated truncated cone whose apex angle is selected in the range of 45 to 75 °. The transition adapter 2 is connected to the lower edge of the circulation cylinder 14 by its larger base, while at the level of the smaller base it smoothly merges into a cylindrical coupling piece 10 carrying a ring of transfer vanes 11. The cylindrical coupling piece 10 immediately follows the outlet piece 6 truncated cone with apex angle 45 to 80 °.

Výstupní nástavec 2 je ke spojovacímu nástavci 10 připojen menší základnou, zatímco v jeho spodní části, v úrovni větší základny je umístěno radiálně-diagonální míchadlo 2· Radiálně-diagonální míchadlo 2 je upevněno na společné hřídeli 1 s lopatkovým míchadlem 2, které je situováno v prostoru přechodového nástavce 5_.The outlet extension 2 is connected to the coupling extension 10 by a smaller base, whereas at its lower part, at the level of the larger base, a radial-diagonal stirrer 2 is located. The radial-diagonal stirrer 2 is mounted on a common shaft 1 with a paddle stirrer 2 of the adapter 5.

Lopatkové míchadlo 2 vytváří intenzivní tangenciální tok v prostoru nad zúženou částí přechodového nástavce 2 a tím vyvolává- v důsledku hydroeyklonového efektu- oddělování plynné fáze od kapalné. Odvod vyčerpaného plynu z prostoru lopatkového míchadla 2 zprostředkuje výdechová trubice 8, jejíž konstrukční provedení je předmětem čs. AO č. 258 961, zatímco vytvoření přechodového nástavce 2» který spolu s převáděcími lopatkami 11 usměrňuje tok směsi do sací strany radiálně-diagonálního míchadla 2» je předmětem čs. AO č. 242 972.The paddle stirrer 2 produces an intense tangential flow in the space above the tapered portion of the adapter 2, thereby causing the separation of the gaseous phase from the liquid phase due to the hydroeylon effect. The exhaust gas from the space of the impeller stirrer 2 is provided by an exhalation tube 8, the construction of which is the subject of the Czechoslovakian Art. AO No. 258 961, while the design of the adapter 2 »which together with the transfer vanes 11 directs the flow of the mixture to the suction side of the radially-diagonal stirrer 2» is the subject of the present invention. AO No. 242 972.

Jako radiálně-diagonálního míchadla 2 je možno s výhodou použít kombinovaného míchadla podle čs AO č. 256 103.As a radial-diagonal stirrer 2, it is advantageous to use a combined stirrer according to U.S. Pat. No. 256,103.

Radiálně-diagonální míchadlo 2 obklopuje statorový usměrňovač 2> mezí nímž a vnějším obvodem míchadla je ponechána mezera, která odpovídá 0,25 průměru míchadla. Pod radiálně-diagonálním míchadlem 2 je umístěn prstencový distributor plynu 2·A radial-diagonal stirrer 2 surrounds the stator rectifier 2 between which a gap corresponding to 0.25 of the stirrer diameter is left outside the stirrer periphery. An annular gas distributor 2 is located under the radial-diagonal stirrer 2 ·

Provedení homogenizačního zařízení podle vynálezu není ovšem omezeno jen na uspořádání znázorněné na výkrese či popsané v předcházející části,· Podle povahy technologického procesu a zpracovávaného fázového systému, který při různých typech fermentačních výrob může zahrnovat tři i více fází, je možno vhodně obměňovat rozměry a tvar jednotlivých částí cirkulační vestavby stejně jako volit různé alternativy v provedení obou michadel.However, the embodiment of the homogenization apparatus according to the invention is not limited to the arrangement shown in the drawing or described in the previous section. Depending on the nature of the process and the phase system being processed, individual parts of the recessed installation as well as to choose different alternatives in the design of both mixers.

Claims

OBJECT INCLUDING

Liquid-gas homogenising device, comprising a recirculation assembly comprising a vertical circulation cylinder with a truncated conical transition adapter, connected to the lower edge of the circulation cylinder by a larger base and at the level of a smaller base optionally provided with transfer vanes, and further comprising a mixing system consisting of two agitators fixed on top of one another, located in the lower part of the circulation assembly above the gas distributor, where one of the agitators is designed as a radial-diagonal stirrer, characterized in that the circulation assembly is equipped with an outlet extension (6) also having a truncated cone shape, by a smaller base, directly or possibly by means of a connecting piece (10) connected to a smaller base of the intermediate piece (5), wherein at the lower part of the outlet piece (6) Well-diagonal radial impeller (3) and in the space above the transition piece (5) paddle stirrer (2)

Apparatus according to claim 1, characterized in that at the level of the radially-diagonal stirrer (3), the stator rectifier (9) is located in a position surrounding the radially-diagonal stirrer (3), the gap width between the rectifier (9) and the outer perimeter of the stirrer ( 3) is a minimum of 5 mm and a maximum of 0.25 of the radial-diagonal stirrer diameter (3).

Device according to Claims 1 and 2, characterized in that the apex angle of the outlet extension (6) is selected between 45 and 80 °.

Apparatus according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that a gas discharge tube (8) is arranged in the vertical axis of the circulation cylinder (4), the inlet side of which is open into the space of the impeller (2) which it surrounds at least partially. an outlet portion into the space above the liquid level, or above the vessel lid into the atmosphere.