专利名称：组合式表面曝气搅拌桨的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类需要表面曝气的机械搅拌装置，特别涉及一种组合式表面曝气搅拌桨，广泛适用于石油化工、环境工程、生物以及制药等行业。
通常使用的表面曝气搅拌桨，常采用Rushton桨作表面曝气桨叶。在表面曝气过程中，反应器内器壁和搅拌槽挡板附近的液面升高，搅拌桨四周的液面降低，Rushton桨叶容易暴露于气相中，桨叶的分散与循环效率明显降低；且桨叶在自由表面附近旋转，桨叶上方压力基本均匀，对气相无明显的吸入作用；吸入气体随桨叶运动，缺少使气体破碎为气泡的剪切力，气体仅在叶片边缘被湍流和剪切力破碎，这些缺陷会导致此类型搅拌装置的表面曝气桨吸入气量小，气相分散差，气泡大，气液传质系数小，排液量小，曝气效率低。
本发明的目的在于克服上述表面曝气桨的缺陷，提供一种能使搅拌吸入气体的临界转速降低，液面波动小，气相分散均匀，气液传质效果好，搅拌效率高的组合式表面曝气搅拌桨。
本发明的实施方案如下本发明提供的组合式表面曝气搅拌桨，包括搅拌轴及表面曝气搅拌桨，其特征在于在表面曝气桨上方的搅拌轴上安装一沿搅拌轴上下浮动的自旋自浮圆形挡板，自旋自浮圆形挡板的直径小于搅拌槽内径，大于表面曝气桨外径；所述自旋自浮圆形挡板上设有透气孔，在透气孔位于表面曝气桨旋转方向上游方的一侧向下安装圆形或方形舌片，舌片向表面曝气桨旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°-60°倾角，舌片面积为透气孔面积的0.8-2倍，自旋自浮圆形挡板上所设透气孔的总透气面积为自旋自浮挡板面积的15-80％；所述自旋自浮圆形挡板上可设有径向透气槽，在透气槽位于表面曝气桨旋转方向上游方的一侧向下安装倾斜的方形槽片，槽片向表面曝气桨旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°-60°倾角，槽片长度与透气槽长度相同，高度为槽片宽度的0.5-1.5倍，自旋自浮挡板上所设透气槽的总透气面积为自旋自浮挡板面积的15-80％；所述自旋自浮圆形挡板还可由与水平面成10°-60°度倾角的扇形片组成；上述自旋自浮圆形挡板的中央向上凸起呈倒圆锥杯形，或向下凹进呈圆锥杯形，其锥角为150°-210°；自旋自浮圆形挡板下方的搅拌轴上固定安装限位环、限位块或限位销钉。
本发明提供的组合式表面曝气搅拌桨，其工作原理是自旋自浮圆形挡板将Rushton桨与气相相对屏蔽，能沿径向形成压差，使得Rushton桨的曝气能力增强；在桨叶产生的液流作用下，自旋自浮圆形挡板开始沿搅拌轴旋转并逐渐上浮至一定高度，使自旋自浮圆形挡板与Rushton桨间有适当的间距，并产生适度的剪切力，使得气泡得到有效破碎；自旋自浮圆形挡板的直径比Rushton桨大，上浮至一定高度后距液面较近，阻止液面较大幅度的升降，防止Rushton桨暴露于气相中；Rushton桨上开一定数量的透气孔，或自旋自浮圆形挡板上的透气孔(也可为径向透气槽或由与水平面成10°-60°倾角的扇形片组成)，可增强气液混合和液相通过能力，提高了桨叶的搅拌效率。
总之，本发明提供的组合式表面曝气搅拌桨，能使搅拌吸入气体的临界转速降低，液面波动小，气相分散均匀，气液传质效果好，搅拌效率高。
下面结合附图及实施例进一步描述本发明附
图1为通常使用的Rushton桨表面曝气式反应器结构示意图。
附图2为本发明一实施例结构示意图。
附图3为本发明另一实施例结构示意图。
附图4为本发明又一实施例结构示意图。
其中表面曝气桨1 自旋自浮挡板2搅拌轴3搅拌槽挡板4 液面5限位环6限位块61 限位销钉62 透气孔71透气槽72 扇形片21舌片8槽片81由图知，本发明提供的组合式表面曝气搅拌桨，包括搅拌轴3及表面曝气搅拌桨1，其特征在于在表面曝气桨1上方的搅拌轴3上安装一沿搅拌轴3上下浮动的自旋自浮圆形挡板2；自旋自浮圆形挡板2的直径小于搅拌槽内径，大于表面曝气桨1外径；所述自旋自浮圆形挡板2上设有透气孔71，在透气孔71位于表面曝气桨1旋转方向上游方的一侧向下安装圆形或方形舌片8，舌片8向表面曝气桨1旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°-60°倾角，舌片面积为透气孔面积的0.8-2倍，自旋自浮圆形挡板2上所设透气孔71的总透气面积为自旋自浮挡板2面积的15-80％；所述自旋自浮圆形挡板2上还可设有径向透气槽72，在透气槽72位于表面曝气桨1旋转方向上游方的一侧向下安装倾斜的方形槽片81，槽片81向表面曝气桨1旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°-60°倾角，槽片81长度与透气槽72长度相同，高度为透气槽72宽度的0.5-1.5倍，自旋自浮挡板2上所设透气槽72的总透气面积为自旋自浮挡板2面积的15-80％；所述自旋自浮圆形挡板2还可由与水平面成10°-60°度倾角的扇形片21组成；上述自旋自浮圆形挡板2的中央向上凸起呈倒圆锥杯形，或向下凹进呈圆锥杯形，其锥角为150°-210°；自旋自浮圆形挡板2与表面曝气桨1之间的搅拌轴3上固定安装限位环6、限位块61或限位销钉62。
实施例1针对气液相体系，在内径φ154mm，高300mm，在有4个搅拌槽挡板4的圆柱形搅拌槽中，介质为水，槽内液位高154mm，表面曝气桨1采用盘面开孔的Rushton桨，桨叶直径均为58mm，浸没深度40mm，用转速控制仪测定吸入气体的临界转速。图1中的反应器临界转速为342r/min，采用本发明的组合式表面曝气搅拌桨(如图2)，本实施例的自旋自浮圆形挡板2上有透气孔71，在透气孔71位于表面曝气桨1旋转方向上游方的一侧向下安装圆形舌片8(舌片8也可为方形)，舌片8向表面曝气桨1旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°倾角，舌片8的面积为透气孔面积的0.8倍，当自旋自浮圆形挡板2上所设透气孔71的总透气面积为自旋自浮圆形挡板2的15％、50％、70％或80％时，临界转速分别为260r/min、256r/min、248/min和240r/min，其临界转速降低了24.0％-29.8％；当舌片8与水平面呈40°倾角，舌片8的面积为透气孔面积的1.0倍，自旋自浮圆形挡板2上所设透气孔71的总透气面积为自旋自浮圆形挡板2的15％、50％、70％或80％时，临界转速分别为254r/min、248r/min、244/min和238r/min，其临界转速降低了25.7％-30.4％；当舌片8与水平面呈50°倾角，舌片8的面积为透气孔面积的1.6倍，自旋自浮圆形挡板2上所设透气孔71的总透气面积为自旋自浮圆形挡板2的15％、50％、70％或80％时，临界转速分别为246r/min、242r/min、239/min和234r/min，其临界转速降低了28.1％-31.6％；当舌片8与水平面呈60°倾角，舌片8的面积为透气孔面积的2倍，自旋自浮圆形挡板2上所设透气孔71的总透气面积为自旋自浮圆形挡板2的15％、50％、70％或80％时，临界转速分别为240r/min、234r/min、231/min和228r/min，其临界转速降低了29.8％-33.3％。本实施例中，自旋自浮圆形挡板2与表面曝气桨1之间的搅拌轴3上固定安装限位环6。
实施例2针对气液相体系，在结构和尺寸同实施例1的圆柱形搅拌槽中，介质为水，槽内液位高154mm，表面曝气桨1采用盘面开孔的Rushton桨，桨叶直径为58mm，浸没深度40mm，以浓度为15％的氯化钾溶液作示踪剂，采用电导法测定混合时间。在搅拌转速为386r/min时，图1中的反应器混合时间为1.73s，采用本发明的组合式表面曝气搅拌桨(如图3)，本实施例的自旋自浮圆形挡板2上有径向透气槽72，在透气槽72位于表面曝气桨1旋转方向上游方的一侧向下安装倾斜的方形槽片81，槽片向表面曝气桨旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°倾角，槽片长度与透气槽72长度相同，高度为透气槽72宽度的0.5(也可为1.5、1或1.2)倍，当自旋自浮圆形挡板2上所设透气槽72的总透气面积为自旋自浮圆形挡板2面积的15％、50％、70％或80％时，混合时间分别为1.50s、1.49s、1.48s和1.44s，其混合时间缩短了13.3％-16.8％；当槽片与水平面呈40°倾角，自旋自浮圆形挡板2上所设透气槽72的总透气面积为自旋自浮圆形挡板2面积的15％、50％、70％或80％时，混合时间分别为1.48s、1.46s、1.44s和1.42s，其混合时间缩短了14.4％-17.9％；当槽片与水平面呈50°倾角，自旋自浮圆形挡板2上所设透气槽72的总透气面积为自旋自浮圆形挡板2面积的15％、50％、70％或80％时，混合时间分别为1.56s、1.52s、1.50s和1.48s，其混合时间缩短了9.8％-14.4％；当槽片与水平面呈60°倾角，自旋自浮圆形挡板2上所设透气槽72的总透气面积为自旋自浮圆形挡板2面积的15％、50％、70％或80％时，混合时间分别为1.50s、1.46s、1.48s和1.44s，其混合时间缩短了13.3％-16.8％。自旋自浮圆形挡板2与表面曝气桨1之间的搅拌轴3上固定安装限位块61。
实施例3针对气液液三相体系，在结构和尺寸同实施例1的圆柱形搅拌槽中，介质为水和煤油，槽内液位高154mm，煤油体积百分比20％，表面曝气桨1采用盘面开孔的Rushton桨，桨叶直径均为58mm，浸没深度40mm，以浓度为15％的氯化钾溶液作示踪剂，采用电导法测定水相的混合时间。在搅拌转速为458r/min时，图1中的反应器混合时间为1.57s，采用本发明组合式表面曝气搅拌桨(如图4)，本实施例的自旋自浮圆形挡板2由与水平面成10°、20°、35°和60°倾角的扇形片21组成；混合时间分别为1.44s、1.40s、1.38s和1.44s，混合时间缩短了8.3％-12.1％，自旋自浮圆形挡板2与表面曝气桨1之间的搅拌轴3上固定安装限位销钉63。
实施例4在结构和尺寸同实施例1的圆柱形搅拌槽中，介质为水，槽内液位高154mm，表面曝气桨1采用盘面开孔的Rushton桨，桨叶直径均为58mm，浸没深度40mm，用亚硫酸钠氧化法测定反应器的气液传质系数，用测定搅拌轴扭矩大小得到搅拌功率。在搅拌转速为386r/min时，图1中的反应器气液传质系数为0.0018s-1，采用本发明组合式表面曝气搅拌桨，本实施例的自旋自浮圆形挡板2由与水平面成40°倾角的扇形片21组成，自旋自浮圆形挡板的中央向上凸起呈倒圆锥杯形(当然也可向下凹进呈圆锥杯形)，其锥角为150°、170°、190°或210°；测得气液传质系数为0.0030s-1、0.0038s-1、0.0036s-1和0.0032s-1，增大了66％-111％，自旋自浮圆形挡板2与表面曝气桨1之间的搅拌轴3上固定安装限位环6。
权利要求
1．一种组合式表面曝气搅拌桨，包括搅拌轴及表面曝气搅拌桨，其特征在于在表面曝气桨上方的搅拌轴上安装一沿搅拌轴上下浮动的自旋自浮圆形挡板，自旋自浮圆形挡板的直径小于搅拌槽内径，大于表面曝气搅拌桨外径。
2．按权利要求1所述的组合式表面曝气搅拌桨，其特征在于所述自旋自浮圆形挡板上设有透气孔，在透气孔位于表面曝气桨旋转方向上游方的一侧向下安装圆形或方形舌片，舌片向表面曝气桨旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°-60°倾角，舌片的面积为透气孔面积的0.8-2倍。
3．按权利要求1所述的组合式表面曝气搅拌桨，其特征在于所述自旋自浮圆形挡板上设有径向透气槽，在透气槽位于表面曝气桨旋转方向上游方的一侧向下安装方形槽片，槽片向表面曝气桨旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°-60°倾角，槽片长度与透气槽长度相同，高度为槽片宽度的0.5-1.5倍。
4．按权利要求1所述的组合式表面曝气搅拌桨，其特征在于所述自旋自浮圆形挡板由与水平面成10°-60°倾角的扇形片组成。
5．按权利要求2所述的组合式表面曝气搅拌桨，其特征在于自旋自浮圆形挡板上所设透气孔的总透气面积为自旋自浮圆形挡板面积的15-80％。
6．按权利要求3所述的组合式表面曝气搅拌桨，其特征在于自旋自浮圆形挡板上所设透气槽的总透气面积为自旋自浮圆形挡板面积的15-80％。
7．按权利要求1、2、3、4、5或6所述的组合式表面曝气搅拌桨，其特征在于所述自旋自浮圆形挡板的中央向上凸起呈倒圆锥杯形或向下凹下呈圆锥杯形，其锥角为150°-210°。
8．按权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的组合式表面曝气搅拌桨，其特征在于自旋自浮圆形挡板与表面曝气搅拌桨之间的搅拌轴上固定安装限位套或限位块或限位销钉。
9．按权利要求8所述的组合式表面曝气搅拌桨，其特征在于自旋自浮圆形挡板与表面曝气搅拌桨之间的搅拌轴上设有限位套或限位块或限位销钉。
全文摘要
本发明的组合式表面曝气搅拌桨,特征是:表面曝气桨上方的搅拌轴上安装自旋自浮圆形挡板,其直径小于搅拌槽内径,大于表面曝气桨外径,自旋自浮圆形挡板上设有透气孔、径向透气槽或由与水平面呈倾角的扇形片组成,其中央向上凸起呈倒圆锥杯形或向下凹下呈圆锥杯形,表面曝气桨上方搅拌轴上固定安装有限位环、限位块或限位销钉,本发明可使搅拌吸入气体的临界转速降低,液面波动小,气相分散均匀,气液传质效果好,搅拌效率高。
文档编号B01F7/18GK1310040SQ0010274
公开日2001年8月29日 申请日期2000年2月22日 优先权日2000年2月22日
发明者毛在砂, 禹耕之, 王蓉 申请人:中国石油化工集团公司, 中国科学院化工冶金研究所