[发明专利]一种高效流体混合搅拌叶片单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效流体混合搅拌叶片单元，属流体混合装置领域，特别涉及气液两相混合搅拌装置。

背景技术

气液的混合与传质操作广泛应用于石油化工、生物制药、轻工食品等行业，诸如生物发酵、污水处理、氧化、加氢反应等工艺过程。在这些工艺过程中大都是将液体作为连续相盛装在搅拌槽中，将气体作为分散相引入搅拌槽，并在搅拌槽内设置机械搅拌来实现气液的分散与传质。搅拌槽中的气液分散都是气液接触后在搅拌器区域通过强烈的剪切进行初级分散得到初级涡流体，之后再通过流体湍流进一步的被剪切成最小涡流体分散至整个搅拌槽，需要消耗大量的搅拌功率用于从初级涡流体进一步剪切至最小涡流体的过程。

按照气穴理论，气体并非直接被搅拌桨叶剪碎而得到分散的，气泡的分散首先是在桨叶背面形成较为稳定的气穴，气穴在尾部破裂，形成富含小气泡的分散区，这些小气泡在离心力的作用下被甩出，之后再参与到搅拌槽内的宏观混合中。叶片背侧附着的气穴，将使叶轮的泵送能力下降，直接影响气液两相的分散与传质效果。当气穴大到一定程度时，可将整个搅拌叶轮包围，搅拌器近乎空转，基本完全失效。

现有技术中用于气液混合的搅拌器几乎都不可避免的存在“气穴”的影响。但在所有已有技术中所采取的措施也只限于通过优化搅拌叶片的形状来一定程度的抑制“气穴”的形成。其中，最有成效的是最近国外开发的半圆管涡轮桨和抛物线涡轮桨，其叶片外形为向叶片背侧呈流线型的外凸状，有效的消减了叶片背侧的气穴，强化了其气液分散的能力。但是为了适应消减气穴的需要而缩小搅拌叶片形状的设计空间，可能会影响搅拌槽中的宏观混合。所以，如何以更优的方案回避气穴的影响，也一直都被作为开发新型搅拌装置的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效流体混合搅拌叶片单元，实现在尽量小的功耗下达到尽量高的气液传质系数，设法强化气液的初级分散，使初级涡流体尽量的小，同时在尽量不影响叶片形状设计空间的前提下，减小气穴的影响。

解决上述技术问题的技术方案是：这种高效流体混合搅拌叶片单元，其基本结构包括均匀固定于搅拌器轮彀上的搅拌叶片，其特征在于：每个叶片上设置一个或多个直径逆搅拌旋转方向逐渐缩小的锥形射流孔或引射管，叶片背面对应射流孔或引射管的位置设置混合器。

所述的高效流体混合搅拌叶片单元，所述的搅拌叶片为实心或空心结构。

所述的高效流体混合搅拌叶片单元，所述的搅拌叶片的形状为直平叶面、斜平叶面、弯叶面、折叶面、弧形面或抛物面。

所述的高效流体混合搅拌叶片单元，所述的射流孔或引射管的轴线为直线或曲线，截面为圆形、椭圆形或其他封闭多边形。

所述的高效流体混合搅拌叶片单元，所述的射流孔或引射管的轴线与搅拌叶片以大于10°相交。

所述的高效流体混合搅拌叶片单元，所述的射流孔或引射管内轴线方向设置有扰流翅片。

所述的高效流体混合搅拌叶片单元，在实心搅拌叶片上设置有贯穿叶片厚度的一个或多个锥形射流孔或引射管，所述的混合器通过支架连接在对应射流孔或引射管位置。

所述的高效流体混合搅拌叶片单元，在一侧空心搅拌叶片正面设置有一个或多个锥形射流孔或引射管，所述的混合器直接连接在对应射流孔或引射管位置的另一侧空心搅拌叶片背面。

所述的高效流体混合搅拌叶片单元，在一侧空心搅拌叶片背面设置有一个或多个锥形射流孔或引射管，所述的混合器通过支架连接在对应射流孔或引射管位置的同一侧搅拌叶片背面。

所述的混合器为横截面为圆形、椭圆形或其他封闭多边形的管状物，内装静态混合元件，优选肯尼斯型混合元件。

本发明的技术进步效果表现在：

1、本发明所涉及的混合搅拌叶片单元在工作时，机械搅拌混合、流体射流混合、静态混合器混合的混合机理同时起作用，可形成良好的气液的初级分散，使初级分散所得到的初级涡流体大幅减小，节省部分从初级涡流体进一步剪切至最小涡流体的搅拌功率。同时，可在搅拌槽内实现高效的气液分散与传质、成倍提高Kla值。

2、叶片背侧的射流与混合器的配合所形成的叶片背侧的特定流场可有效抑制“气穴”形成，提高搅拌叶轮的泵送能力、改善传质效果、降低气泛点搅拌转速。

3、本发明所涉及的混合搅拌叶片单元，搅拌叶片形状理论上可根据所期望的目标流型任意进行设计，避免了因回避“气穴”产生而在叶片形状设计上受到限制，以致影响整个搅拌槽的流型优化。