CS263756B1

CS263756B1 - Mixing devices, in particular for mixing multiphase liquid systems

Info

Publication number: CS263756B1
Application number: CS872063A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Csc Kvasnicka; Konstantin Dipl Tech Hruban; Zdenek Ing Rybnicek
Original assignee: Kvasnicka Jan; Konstantin Dipl Tech Hruban; Zdenek Ing Rybnicek
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS206387A1

Abstract

U zařízení pro míchání vícefázových kapalných soustav s dvěma míchaldy, uloženými vzájemně nad sebou na společném hřídeli, zasahujícím shora do nádoby, obsahující rozdělovač vzduchu a svislé narážky, se nepříznivě projevuje relativně velká délka hřídele. Podle navrhovaného řešení je dosaženo zkrácení hřídele tím, že v nádobě je upravena cirkulační vestavba, do jejíhož horního ústí zasahuje spodní mlchadlo, zatímco horní míchadlo spolu s rozdělovačem vzduchu je umístěno v horní části nádoby nad cirkulační vestavbou. Cirkulační okruhy obou míchadel jsou vzájemně odděleny dělicím kotoučem. Svislé narážky jsou upraveny na vnitřních stěnách nádoby a cirkulační vestavby.In a device for mixing multiphase liquid systems with two agitators, placed one above the other on a common shaft, extending from above into the container, containing an air distributor and vertical stops, the relatively long length of the shaft is adversely affected. According to the proposed solution, the shaft is shortened by providing a circulation installation in the container, into the upper mouth of which the lower agitator extends, while the upper agitator together with the air distributor is located in the upper part of the container above the circulation installation. The circulation circuits of both agitators are separated from each other by a dividing disc. The vertical stops are provided on the inner walls of the container and the circulation installation.

Description

Vynález se týká míchacích zařízení, zejména pro míchání vícefázových kapalných soustav.The invention relates to mixing devices, in particular for mixing multiphase liquid systems.

Známá míchací zařízení používaná pro míchání vícefázových kapalných soustav sestávají obvykle ze stojaté válcové nádoby, jejíž osou prochází hřídel, unášející jedno nebo více míchadel. Za účelem vyvolání axiálního proudění v nádobě je jedno z míchadel umístěno u dna nádoby, obvykle spolu s rozdělovačem plynu, umístěným pod ním. Druhé míchadlo je s výhodou umístěno v oblasti hladiny zpracovávané vsádky, aby tak byl zvýšen přenos hmoty mezi plynem nad hladinou a kapalnou fází (čs. AO 239 086) . Mimoto bývají v nádobě upraveny svislé narážky, radiálně uspořádané vzhledem k ose hřídele. Hřídel unášející míchadla u těchto zařízení prochází většinou víkem nádoby a končí nad jejím dnem. Nevýhodou tohoto řešení je nutnost konstruovat silné pohony míchadel s velkou rozteči ložisek, přičemž letmou hřídel míchadel je třeba dimenzovat s velkým průměrem, aby nenastala jeho deformace ohybovým namáháním a kmitáním. Zařízení nemůže pracovat při vyšších frekvencích otáček míchadel vzhledem k nízkým hodnotám kritických frekvencí soustavy hřídele s míchadly.The known agitators used for agitating multiphase liquid systems usually consist of a upright cylindrical vessel, the axis of which extends through a shaft carrying one or more agitators. In order to cause axial flow in the vessel, one of the agitators is located at the bottom of the vessel, usually together with a gas distributor located below it. The second stirrer is preferably located in the level of the batch to be treated in order to increase the mass transfer between the gas above the surface and the liquid phase (cf. AO 239 086). In addition, vertical stops are arranged in the vessel, radially arranged with respect to the shaft axis. The agitator shaft of these devices usually passes through the lid of the vessel and ends above the bottom thereof. The disadvantage of this solution is the necessity to construct strong agitator drives with large bearing pitches, and the floating agitator shaft has to be dimensioned with a large diameter in order to avoid its deformation by bending stress and oscillation. The device cannot operate at higher agitator speeds due to the low values of the critical frequencies of the agitator shaft assembly.

Použití opěrných ložisek hřídele je ve většině případů vyloučeno vzhledem k nepříznivému vlivu chemických látek obsažených v nádobě na funkci ložiska. Přitom těsnění ložisek ucpávkami je investičně a provozně nákladné. Jsou též známá zařízení, kde se řeší problém velkého vyložení hřídele jeho spodním pohonem, kdy je na konci relativně krátkého hřídele v blízkosti dna nádoby umístěno jedno míchadlo, přičemž místo druhého míchadla je v horní části nádoby upravena alespoň jedna usměrňovači vestavba válcového tvaru, která částečně zasahuje do zpracovávané vsádky (čs. AO 243 351). U těchto míchacích zařízení se sice zvyšuje využití plynu, který se nestačil v kapalině rozpustit nebo zreagovat v průběhu pohybu bubliny plynu od otvoru rozdělovače nad hladinu, avšak je tím docíleno pouze intenzifikace povrchového proudění, přičemž zvýšení mezífázové plochy je pro obvyklé chemické reakce nedostatečné.The use of shaft thrust bearings is excluded in most cases due to the adverse effect of the chemicals contained in the vessel on the bearing function. Sealing of bearings with seals is costly and operationally expensive. Also known are devices where the problem of a large shaft overhang by its bottom drive is solved, wherein at the end of a relatively short shaft near one of the bottom of the vessel, one stirrer is provided, and at least one cylindrical rectifier is provided at the top of the vessel. interferes with the processed batch (MS AO 243 351). While these mixing devices increase the utilization of gas that has not been able to dissolve or react in the liquid during the movement of the gas bubble from the distributor opening above the surface, this only achieves intensification of the surface flow, while increasing the interfacial area is insufficient for conventional chemical reactions.

Odstraněni těchto nevýhod řeší míchací zařízení s nádobou do níž shora zasahuje svisle uložený hřídel, opatřený horním a spodním míchadlem, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že spodní míchadlo axiálního typu zasahuje do horního ústi cirkulační vestavby kruhového průřezu, upravené v nádobě souose s hřídelem, a horní míchadlo axiálního nebo radiálního typu je upraveno spolu s rozdělovačem plynu nad dělicím kotoučem, upraveným souose s hřídelem nad horním ústím cirkulační vestavby, přičemž proti vnějšímu obvodu horního míchadla a dělicího kotouče jsou upraveny první svislé narážky a na vnitřní stěně cirkulační vestavby jsou upraveny druhé svislé narážky. Cirkulační vestavba může mít například tvar válce, nebo se může skládat z horní válcové části, obklopující spodní míchadlo, a ze spodní válcové části většího průměru, spojené s horní válcovou částí kuželovým přechodem, nebo může mít tvar směrem dolů se rozšiřujícího komolého kužele. Na horní straně dělicího kotouče jsou s výhodou upraveny radiálně uspořádané rozrážecí lišty.To eliminate these disadvantages, a mixing device with a vessel, which is supported from above by a vertically mounted shaft provided with an upper and a lower stirrer, solves these disadvantages in that the axial-type lower stirrer extends into the upper orifice of a circular cross-section. and an upper axial or radial type agitator is provided together with a gas distributor above the separator disk, coaxial with the shaft above the upper mouth of the circulation assembly, wherein first vertical stops are provided against the outer periphery of the upper agitator and separation disk and adjusted the second vertical cues. For example, the recirculation may be cylindrical in shape, or may consist of an upper cylindrical portion surrounding the lower agitator, and a larger cylindrical lower diameter portion connected to the upper cylindrical portion by a conical transition, or may have the shape of a downwardly widening truncated cone. Advantageously, radially disposed baffles are provided on the upper side of the cutting disc.

Použitím cirkulační vestavby se spodním míchadlem umístěným v ústí vestavby se dosáhne výrazného zkráceni délky části hřídele zasahující do nádoby, sníží se namáhání hřídele a svýší se kritická frekvence jeho resonančního kmitání. Zařízení proto může pracovat při vyšších otáčkách. Použitím horního míchadla se dosahuje intenzivní mícháni v oblasti hladiny zpracovávané vsádky a vytvoří se v ní druhý cirkulační okruh. Povrchovou aerací se vytvoří na rozhraní fází mezifázový povrch při vysokém přenosu hmoty. Přívodem plynu z rozdělovače do kapaliny v místě pod horním míchadlem se dosahuje vytváření bublin o malém průměru.By using a recirculating insert with a bottom stirrer located in the mouth of the recess, the length of the shaft portion reaching the vessel is significantly reduced, the shaft stress is reduced and the critical frequency of its resonant oscillation is increased. Therefore, the device can operate at higher speeds. By using an overhead stirrer, intensive stirring is achieved at the level of the batch to be processed and a second circulation circuit is formed therein. Surface aeration creates an interfacial surface at the phase boundary at high mass transfer. By supplying gas from the distributor to the liquid at a point below the top stirrer, small diameter bubbles are produced.

Na přiloženém výkresu je znázorněn příklad zařízení podle vynálezu ve svislém řezu.The attached drawing shows an example of a device according to the invention in vertical section.

Míchací zařízení tvoří stojatá nádoba 1_ válcového tvaru, do níž zasahuje krátký svisle uložený hřídel 2^. Na spodním konci hřídele 2 j® upevněno spodní míchadlo 4 axiálního typu s radiálně uspořádanými šikmými lopatkami. Mimoto je na hřídeli 2 v oblasti hladiny 18 zpracovávané vsádky upevněno horní míchadlo 3, tvořené radiálně uspořádanými šikmými lopatkami, majícími opačný sklon vzhledem k ose hřídele 2 než lopatky spodního míchadla 4. Horní část hřídele 2 prochází ucpávkou 16 a ložiskem 15, spojenými s víkem nádoby _1 a dále pokračuje ve směru nahoru k dalšímu neznázorněnému ložisku a pohonné jednotce. Spodní míchadlo 4 je obklopeno horní válcovou částí í, tvořící horní ústí cirkulační vestavby 7, která pokračuje souose s osou 17 hřídele 2 dolů ke dnu nádoby X kuželovým přechodem 10 a navazující spodní válcovou částí 9, která má větší průměr než horní válcová část ji. Pod horním míchadlem £ je umístěn rozdělovač 5 plynu, pevně spojený s nádobou a sestávající z trubky s výstupními otvory, stočená do tvaru anuloidu a napojené na přívodní trubku 6. Aerační prostor horního míchadla 2 je částečně oddělen od spodního cirkulačního okruhu spodního míchadla ± dělicím kotoučem 13, umístěným souose s hřídelem 2 pod rozdělovačem 5 a spojeným pevně s nádobou 2- Na vnitřní stěně nádoby X proti vnějšímu obvodu horního míchadla 3 a dělicího kotouče 13 jsou uspořádány radiálně vzhledem k ose 17 hřídele 2 první svislé narážky 11. Obdobně uspořádané druhé svislé narážky 12 jsou upraveny na vnitřní stěně kuželového přechodu 10 a spodní válcové části 2 cirkulační vestavby 2„ Mimoto jsou na horní straně dělicího kotouče 13 upraveny radiálně uspořádané rozrážecí lišty 14.The mixing device comprises a cylindrical upright vessel 7 into which a short vertically mounted shaft 2 extends. An axial type lower stirrer 4 with radially arranged inclined blades is mounted at the lower end of the shaft 2 '. In addition, an upper stirrer 3 is formed on the shaft 2 in the level of the batch to be treated. and continues upwardly to another bearing (not shown) and drive unit. The lower agitator 4 is surrounded by an upper cylindrical portion 1 forming an upper mouth of the circulation assembly 7 that extends coaxially with the shaft axis 17 downwardly to the bottom of the vessel X by a conical transition 10 and a downstream lower cylindrical portion 9 having a larger diameter than the upper cylindrical portion. Under the upper stirrer 6 is located a gas distributor 5 fixedly connected to the vessel and consisting of a tube with outlet openings, twisted in the shape of a torus and connected to the inlet pipe 6. The aeration space of the upper stirrer 2 is partially separated from the lower circulation circuit of the lower stirrer. 13, arranged coaxially with the shaft 2 below the distributor 5 and connected rigidly to the container 2. On the inner wall of the container X opposite the outer circumference of the upper stirrer 3 and the separating disc 13, first vertical stops 11 are arranged radially with respect to the shaft axis 2. The stoppers 12 are provided on the inner wall of the conical transition 10 and the lower cylindrical part 2 of the circulation assembly 2. In addition, radially arranged striking strips 14 are provided on the upper side of the separating disc 13.

Při rotaci spodního míchadla vytvářejí jeho šikmé lopatky v prostoru cirkulační vestavby T_ axiální sestupný tok zpracovávané vsádky, tj. vlcefázové kapalné soustavy tvořené kapalinou s plynem a částečkami suspenze, ve směru osy 17 hřídele 2 ke dnu nádoby χ. Zde se směr proudu mění v radiální a dále pokračuje jako vzestupný axiální proud podél vnitřní válcové stěny nádoby χ. U horního ústí cirkulační vestavby 7_ se spodní cirkulační okruh proudu uzavírá vstupem do prostoru spodního míchadla χ. Při rotaci horního míchadla 3 vytvářejí jeho šikmé lopatky v horní části nádoby X axiální tok vsádky směrem nahoru, přičemž v oblasti hladiny 18 vzniká povrchová aerace a v relativně malém objemu vsádky se disipuje velká energie. Tím nastává intenzivní dispergace a v kapalině se vytváří velká mezifázová plocha pro přenos hmoty plynu do kapaliny. Kapalina s plynem a s tuhou fází se pak vrací po obvodu horní části vnitřní stěny nádoby χ směrem dolů a jejím vstupem do sacího prostoru horního míchadla 2 se uzavírá horní cirkulační okruh.When the bottom agitator is rotated, its oblique blades in the space of the recess T1 create an axial descending flow of the batch to be processed, i.e. the wax-phase liquid system consisting of the liquid with the gas and the suspension particles, in the direction of the shaft axis 2. Here, the direction of flow changes into a radial direction and continues as an upward axial flow along the inner cylindrical wall of the vessel χ. At the upper orifice of the recirculation device 7, the lower circulation circuit of the stream is closed by entering the space of the lower agitator χ. As the upper agitator 3 rotates, its oblique blades in the upper portion of the vessel X generate an axial flow of the batch upwards, with surface aeration being generated in the level region 18 and a high energy dissipation in the relatively small batch volume. This results in intense dispersion and a large interfacial surface is created in the liquid to transfer the mass of the gas into the liquid. The gas and solid phase liquid is then returned along the periphery of the top of the inner wall of the vessel χ downward and the upper circulation circuit is closed by entering it into the suction space of the upper agitator 2.

Plyn je veden do nádoby χ přívodní trubkou 6 a vstupuje do nádoby χ otvory rozdělovače 2· Ke směšování horního a spodního cirkulačního okruhu dochází v rovině dělicího kotouče 13 mezi jeho vnějším okrajem a stěnou nádoby χ. První a druhé svislé narážky 11, 12 a rozrážecí lišty 14 usměrňují proud zpracovávané vsádky a zvyšují intenzitu míchání, přičemž rozrážecí lišty 14 navíc zamezují usazování tuhé fáze na horní straně dělicího kotouče 13.The gas is fed into the vessel χ by the inlet pipe 6 and enters the vessel χ through the openings of the distributor 2. The mixing of the upper and lower circulation circuit occurs in the plane of the separating disc 13 between its outer edge and the wall of the vessel χ. The first and second vertical stops 11, 12 and the baffles 14 direct the flow of the batch to be processed and increase the mixing intensity, while the baffles 14 additionally prevent the solid phase from settling on the upper side of the separating disc 13.

V alternativních provedeních může cirkulační vestavba T_ mít tvar jiného tělesa kruhového průřezu, například tvar válce, majícího po celé své délce stejný průměr, nebo tvar směrem dolů se rozšiřujícího komolého kužele. Namísto horního míchadla 2 axiálního typu může být použito i radiální michadlo. Volba typu horního míchadla 2 jakož i tvaru cirkulační vestavby T_ bude záležet na druhu zpracovávané vsádky. Jednotlivé části zařízení, zejména první narážky 11 a dělicí kotouč 12, mohou být s nádobou χ spojeny rozebíratelně, aby bylo možné podle účelů míchání měnit je za součástky s jinými rozměry.In alternative embodiments, the recirculation assembly T may have the shape of another body of circular cross-section, for example a cylinder having the same diameter over its entire length, or a shape of a downwardly expanding truncated cone. Instead of an axial-type upper stirrer 2, a radial agitator can also be used. The choice of the type of the upper stirrer 2 as well as the shape of the recirculation T will depend on the type of batch to be treated. The individual parts of the device, in particular the first stops 11 and the separating disc 12, can be detachably connected to the container 10 in order to be able to change them into parts of different dimensions depending on the purpose of mixing.

Zařízeni je vhodné zejména pro použití v chemických reaktorech k intenzifikaci relativně pomalých chemických reakcí, probíhajících v kapalné a plynné fázi za případné přítomnosti partikulárních částeček tuhé fáze a kdy se výhodně uplatní zkráceni délky hřídele míchadel a zvyšováni mezifázového povrchu povrchovou aerací v plynovém prostoru nad hladinou míchané vsádky. Osvědčí se zejména u reaktorů pro katalytické hydrogenace látek v kapalné soustavě, jako jsou autoklávy s míchadlem. Nalezne například uplatnění při výrobě dipropylentriaminu a diaminu vsádkovou hydrogenací, kdy so do autoklávu nadávkuje suspenze nitrilu s katalyzátorem, nebo pro uskutečňování hydrogenace při výrobě vitaminu A.The device is particularly suitable for use in chemical reactors for the intensification of relatively slow chemical reactions taking place in liquid and gaseous phases in the presence of particulate solids, where shorter agitator shaft length and interfacial surface surface surface aeration in the gas space above the stirred inserts. They are particularly useful in reactors for catalytic hydrogenation of substances in a liquid system, such as autoclaves with a stirrer. For example, it will find application in the production of dipropylenetriamine and diamine by batch hydrogenation, in which a suspension of nitrile with a catalyst is metered into the autoclave, or for performing hydrogenation in the production of vitamin A.

Claims

1. A mixing device, in particular for mixing multiphase liquid systems, with a receptacle in which a vertically mounted shaft extends from above, provided with an upper stirrer located at the level of the liquid charge being processed and a lower stirrer located at the lower end of the shaft with a gas distributor arranged below one of the agitators, and with vertical stops arranged radially in relation to the shaft axis in the vessel, characterized in that the axial-type bottom agitator (4) extends into the upper mouth of the circular cross-sectional assembly (7) arranged coaxially with the shaft (2), and an axial or radial type upper stirrer (3) is provided together with a gas distributor (5) above the separating disc (13) aligned coaxially with the shaft (2) above the upper mouth of the recirculation (7), upper vertical stirrers (3) and separating disc (13) are provided with the first vertical stops (12) and the wall of the circulation internals (7) are provided second vertical guide (13).

2. Mixing device according to claim 1, characterized in that the circulation device (7) has the shape of a cylinder.

Mixing device according to claim 1, characterized in that the recirculation (7) consists of an upper cylindrical part (8) surrounding the lower agitator (4) and a lower cylindrical part (9) of larger diameter connected to the upper cylindrical part (8) conical transition (10).

Mixing device according to claim 1, characterized in that the recirculation (7) has the shape of a downwardly expanding truncated cone.

Mixing device according to Claims 1 to 5, characterized in that the separating disc (13) has on its upper side radially arranged striking strips (14).