[发明专利]一种长桨短叶片复合搅拌器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的长桨短叶片复合搅拌器，具体来说，本发明涉及的搅拌器可在较大的黏度范围内实现均相体系混合（如液体－液体混合）、非均相体系的分散过程（如气体在液体中的分散，不相溶的两种液体的分散，或者气液固三相体系的高效混合、分散），属于工业流体混合、多相分散、反应设备领域。

背景技术

气液分散与反应问题在化工和医药等行业中是经常遇到的，例如硝基芳烃、脂肪腈、烯烃和炔烃的液相催化加氢反应、烷基化反应、羰基化反应、氧化反应等；其共同特点是反应速率受气/液传质的控制，而气/液传质涉及到气体分散、气体循环以及固体催化剂悬浮等过程，因此实际是比较复杂的过程。由于气液的不相容性，且密度差别非常大，气液反应器中未反应的气体聚积在反应器内的上部空间，严重影响反应速率和效率；同时，固体催化剂悬浮的不均匀也约束了反应的速率。

为提高反应速率，工业上一般采用气体外循环、液体外循环和气体内循环（即自吸式）三种方式。

（a）气体外循环式：是将反应气体从气相空间引出，气体通过压缩机增压后再从反应器底部通入，在搅拌器的配合下，可得到较大的持气量和相接触面积，从而提高反应速率；其优点是可得到任意的气体循环量，缺点是需要额外的气体循环设备，增加了装置的复杂性，额外的能耗和资金投入。

（b）液体外循环式：是用泵将液体从反应器底部抽出，再通过喷射反应器，如文丘里反应器抽吸反应器气相空间内的气体，在喷射反应器内实现气体和液体的充分混合与分散，可得到十分细小的气泡，大幅度提高气液相接触面积和反应速率；液体外循环式的优点是反应速率快，可连续生产，传热方便等，缺点是能耗大，对循环泵的要求十分苛刻。

（c）气体内循环式：即自吸式气液相搅拌釜反应器，是一种不用额外的气体输送设备而能自行吸入反应器上部空间气体进行气液接触的反应装置，其主要通过特殊设计的空心涡轮搅拌器在料液混合的同时不断吸入液面上的反应气体，达到气液循环与分散目的。如专利CN102921320A公开了一种带有涡轮吸气盘的自吸式气液分散搅拌器，其优点为送入的气体气泡较小、分散均匀、具有自吸气的功能等。

气体内循环式的另外一种实现方式是对搅拌桨进行特殊设计，气体由表面吸入液下，因此同样不需要喷射-压缩系统，能够再循环未反应的气体，操作更加安全可靠，广泛应用于加氢、氯化、烷基化、氧化等反应过程中，特别适合于高压、反应气体有毒、有腐蚀性的工况；当体系中存在大量固体颗粒和粉尘（如污水处理），还可以克服使用气体分布器容易堵塞的缺点；另外，表面吸气式搅拌釜不需要进行气体循环操作，与采用分布器鼓入气体相比，可将过程的能耗降低三分之一左右。然而，现有涡轮式搅拌浆在使用时随着液面逐渐升高，其气液传质性能会急剧下降，而采用本发明所述的搅拌器，其气液传质性能基本不变。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种具有表面吸气功能的用于气液搅拌的长桨短叶片复合搅拌器，以解决传统搅拌器的气体吸收不充分、气体分布不均匀等问题，实现流体间快速混合，特别地，对于液面不断升高的反应过程能够达到满意的搅拌效果，本发明同样适用于气体外循环式反应器的搅拌。

技术方案：本发明提供的一种长桨短叶片复合搅拌器，包括固定盘、一组长桨、连接盘和一组短叶片；所述长桨的顶端固定在固定盘底部，底端固定在连接盘顶部；所述短叶片固定在连接盘的底部。

作为改进，所述长桨的水平截面为任意形状，优选为长方形或者椭圆形，尤其当截面为长方形或者椭圆形时，效果更好，长方形的长边或者椭圆的长轴与指向搅拌器轴心的半径之间的夹角为β。

作为进一步改进，所述角度β为0～90°，优选为0～45°。

作为另一种改进，所述的连接盘为一组同心圆环，所述一组圆环与短叶片通过焊接或者其他方式相互固定。

作为进一步改进，所述长桨的数量为2根以上，且均匀、对称的分布在连接盘上。

作为更进一步改进，所述长桨在连接盘上的分布方式为：在同心圆环的同一圆环上均匀分布，或者在同心圆环的不同圆环上交错排列，其交错角为0～360°/n，其中n是长桨的总数量。

作为另一种改进，所述短叶片的形状为平板、斜叶或者弯曲面。

作为另一种改进，所述短叶片的数量为2～10片，优选为4～6片，再优选为6片，且均匀分布在连接盘底部。

有益效果：本发明提供的长桨短叶片复合搅拌器结构简单、具有表面自吸气功能、能大幅提高气液传质效率、操作灵活性大、适用于不同黏度下的液体混合或者气液、气液固等多相分散过程。