[发明专利]一种多功能改进圆盘涡轮搅拌装置

说明书

技术领域

本发明属于化工、湿法冶金、环保、生化制药和石油化工等领域的多相混合搅拌装置。这种搅拌器适于多相搅拌过程，尤其是既要求混合能力又要求流体剪切的过程，比如表面曝气过程及气-液-固三相搅拌过程。

背景技术

工业上应用的搅拌桨按照其形成的流型不同分为两类：一类是径向流叶轮(如Rushton搅拌桨，简称RDT桨)，这种桨能产生比较大的剪切力，能很好地破碎气泡和液滴，适合于气液和液液两相混合过程；另一类是轴向流叶轮(如推进式螺旋桨)，这种桨具有更强的轴向循环能力和较低的功率准数，在固体悬浮和液固混合过程中得到了广泛应用。而在一些特殊的或更加复杂的多相搅拌过程中，单一功能的搅拌桨往往很难满足过程要求，例如表面曝气过程机理研究表明，表面曝气过程分为两个步骤：通过表面曝气桨的剧烈搅拌将气体由液面上吸入；通过液体的整体循环将吸入气体带到搅拌槽下部整体分散。再比如在机械搅拌槽中进行气液固三相混合操作时，要同时实现气体分散和固体悬浮两个过程。单一的径向流桨或轴向流桨很难满足这类过程的分散混合要求，实验研究和工业实践中常采用双层甚至更多层桨组合来完成这些过程的分散混合要求，这无疑增加了能量的消耗。

对新型搅拌桨的研发中，国内大多数专利和研究集中在叶片形状的改良和搅拌装置附件的发明，都是为了搅拌桨单一功能的强化(径向或者轴向流动)，比如一种搪玻璃水翼型轴流搅拌桨(中国专利，申请号03231827.8)，一种搅拌桨(中国专利，申请号200620064206.1)和组合式表面曝气搅拌桨(中国专利，申请号00102745.X)，目前还没有能够同时较好完成多功能(气泡或液滴破碎和输运、气体分散和固体悬浮)的搅拌桨的相关专利和报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于多相搅拌体系(尤其是表面曝气过程和气液固三相搅拌体系)的改进圆盘涡轮搅拌器。

本发明主要由轴套、同心圆盘和桨叶三个部分构成(如附图1所示)。轴套为内径与搅拌轴相同的圆筒，可以通过键槽或螺丝固定在搅拌轴上。同心圆盘上固定有4～12片桨叶，桨叶分为垂直桨叶和倾斜桨叶两种，在圆盘盘面上均匀交错排列。垂直叶片与同心圆盘的面相互垂直，倾斜叶片与圆盘成一定夹度，角度在15°～75°之间。圆盘涡轮桨桨叶尺寸：高度T/15～T/10，宽度T/8～T/4。

由于同时存在垂直叶片和倾斜叶片，所以该搅拌桨同时具有直叶圆盘涡轮桨和斜叶圆盘涡轮桨的优点，并克服了两者的缺点，即既有较强的宏观混合能力，又能提供较强的剪切力，所以更好地适用于既要求混合能力又要求流体剪切的多相搅拌过程。

附图说明

附图1为本发明中搅拌桨的结构示意图

附图2为标准RDT圆盘涡轮搅拌桨结构示意图

附图3为斜叶圆盘涡轮搅拌桨结构示意图

附图4为安装圆盘涡轮桨的搅拌槽反应器结构示意图

其中：1.斜叶片2.直叶片3.圆盘4.搅拌轴套5.搅拌槽6.挡板7.搅拌器8.搅拌轴9.静液面

附图5为单相宏观混合时间实验结果

附图6为气液搅拌槽中气液体积传质系数vs单位体积功耗(Q＝35L/min)

附图7表面曝气反应器中气液体积传质系数vs单位体积功耗

其中：A.标准RDT圆盘涡轮桨B.斜叶圆盘涡轮桨C.改进圆盘涡轮桨

具体实施方式

附图1为本发明的多功能改进圆盘涡轮搅拌桨示意图，与传统的标准RDT圆盘涡轮桨(附图2所示)和斜叶圆盘涡轮搅拌桨(附图3所示)的区别主要是斜叶片(1)和直叶片(2)在圆盘(3)上均匀交替排列。

实施案例的结构示意图4，包括透明有机玻璃搅拌槽(5)，搅拌槽内安装4块挡板(6)，搅拌桨(7)安装在中心搅拌轴(8)上，槽底到静止液面(9)的距离等于搅拌槽直径。

实施例1：

针对单相体系，以去离子纯净水为介质，在带挡板的圆柱形平底搅拌槽中测定了改进圆盘涡轮搅拌装置的单相宏观混合特性。实验装置如附图4所示，其中实验装置的尺寸为搅拌槽内径为T＝380mm，搅拌槽内均匀分布有4块挡板，挡板宽度为b＝T/10。搅拌槽内液面静止时高度为H＝T，搅拌桨的直径为D＝T/3。搅拌桨离搅拌槽底部的高度为C＝T/3。搅拌转速为N＝100～500rpm。采用电导法分别测定改进圆盘涡轮、标准RDT圆盘涡轮和斜叶圆盘涡轮三种搅拌装置在不同转速下的混合时间。