专利名称：一种叶片型表面曝气装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种需要表面曝气的机械搅拌装置，特别涉及一种叶片型表面曝气装置，广泛适用于石油化工、环境工程、生物以及制药等行业。
背景技术：
通常使用的Rushton表面曝气桨，由中心圆盘和六片搅拌叶片组成，搅拌叶片垂向安装在中心圆盘上，在表面曝气过程中，由于Rushton表面曝气桨的直径较大，其中心圆盘的直径和面积也较大，对气体的吸入有阻碍作用；同时，搅拌叶片作用面积小，对液体的推动和扰动作用小，表面曝气能力要受到一定的影响；曝气过程中，Rushton表面曝气桨在气液自由表面附近旋转，桨叶上方的压力基本均匀，对气相无明显的吸入作用，吸入的气体仅在叶片边缘被湍流和剪切力破碎。上述缺陷导致该类型的表面曝气桨排液量小，吸入气量低，气泡体积大，气液传质性能差，表面曝气效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述表面曝气桨的缺陷，提供一种排液量大，径向射流性能强，吸气压差大，气体吸入面积大，阻碍小，气泡破碎效果好，气液传质性能强，表面曝气效率高的叶片型表面曝气装置。
本发明的技术方案如下本发明提供的叶片型表面曝气装置，包括一搅拌槽、一垂向放置在搅拌槽中心处的搅拌轴3及安装在搅拌轴3上的绕轴自旋的自旋自浮圆形挡板2和曝气搅拌桨1，所述曝气搅拌桨1位于自旋自浮圆形挡板2的下方其特征在于，所述曝气搅拌桨1位于自旋自浮圆形挡板2的下方，由垂向叶片12和水平圆环11组成，垂向叶片12均布于水平圆环11的上表面上，其功能是增强桨的泵送能力；所述自旋自浮圆形挡板2的直径小于搅拌槽内径，不小于表面曝气桨外径；所述曝气搅拌桨1为叶片型表面曝气桨，其上的垂向叶片12为直板型叶片或弧板型形叶片，数目为6-12片，垂向叶片12外缘与水平圆环11外缘对齐，水平圆环11内径为其外径的40-80％；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向表面曝气桨旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°-60°倾角，舌片8的面积为透气孔71面积总和的0.8-2倍；所述自旋自浮圆形挡板2上设有径向透气槽72，在透气槽72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81，方形槽片81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，方形槽片81长度与透气槽72长度相同，高度为自身宽度的0.5-1.5倍所述自旋自浮圆形挡板2也可由与水平面成10°-60°倾角的扇形片组成；所述自旋自浮圆形挡板2上所设透气孔71的总透气面积为自身面积的15-80％；所述自旋自浮圆形挡板2上所设透气槽72的总透气面积为自身面积的15-80％；所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下呈正圆锥杯形，其锥角为150°-210°；所述自旋自浮圆形挡板2与表面曝气搅拌桨1之间的搅拌轴3上还可固定安装限位套、限位块或限位销钉。
本发明提供的叶片型表面曝气装置，其工作原理是叶片型表面曝气搅拌桨与位于其上方的自旋自浮圆形挡板形成类似离心泵的工作空间，强化了曝气装置的径向射流性能，增大了装置的排液量，使气体的吸入压差增加；叶片型表面曝气搅拌桨叶片作用面积大，对液体的推动能力强，强化了液面的波动效果；叶片型表面曝气搅拌桨无中心圆盘结构，气体的吸入面积大，也有利液体的循环流动；此外，自旋自浮圆形挡板将叶片型表面曝气搅拌桨与气相相对屏蔽，并沿径向形成压差，使得叶片型表面曝气搅拌桨的曝气能力增强；在桨叶排出液流的推动下，自旋自浮圆形挡板沿搅拌轴旋转，并在自旋自浮圆形挡板和叶片型表面曝气搅拌桨间产生适度的剪切力，使得气泡得到有效破碎。
总之，本发明提供的叶片型表面曝气装置具有排液量大，径向射流性能强，吸气压差大，气体吸入面积大，阻碍小，气泡破碎效果好，气液传质性能强，表面曝气效率高的特性。
图1为Rushton桨表面曝气装置结构示意图。
图2和图3为叶片型表面曝气搅拌桨的结构示意图。
图4为本发明一实施例结构示意图。
图5为本发明又一实施例结构示意图。
图6为本发明另一实施例结构示意图。
图7为本发明再一实施例结构示意图。
其中叶片型表面曝气桨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 气孔71透气槽72 舌片8槽片81曝气桨圆环11 直叶片12 弧形叶片13扇形片具体实施方式
下面结合附图及具体实施例进一步描述本发明附图1为Rushton桨表面曝气装置结构示意图；附图2为叶片型表面曝气搅拌桨的结构示意图；由图知，本发明提供的叶片型表面曝气装置，包括搅拌轴3及安装固定在搅拌轴3上的绕轴自旋的自旋自浮圆形挡板2和曝气搅拌桨1，所述曝气搅拌桨1位于自旋自浮圆形挡板2的下方，由垂向叶片12和水平圆环11组成，垂向叶片12均布于水平圆环11的上表面上，其功能是增强桨的泵送能力；所述自旋自浮圆形挡板2的直径小于搅拌槽内径，大于或等于表面曝气桨外径；所述曝气搅拌桨1为叶片型表面曝气桨，其上的垂向叶片12为直板型叶片或弧板型形叶片，数目为6-12片，垂向叶片12外缘与水平圆环11外缘对齐，水平圆环11内径为其外径的40-80％；自旋自浮圆形挡板2的直径小于搅拌槽内径，不小于表面曝气桨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针对气液两相体系，在内径φ380mm，高600mm，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380mm，表面曝气桨1分别采用Rushton表面曝气桨和本发明的叶片型表面曝气搅拌桨，桨直径均为190mm，浸没深度90mm。在搅拌转速为76r/min时，Rushton表面曝气装置(如图1)的搅拌功耗为3.2W。采用本发明的叶片型表面曝气装置(如图3)，本实施例的叶片型表面曝气搅拌桨的叶片为直板型叶片，叶片数目为6，水平圆环11内径为其外径的40％，自旋自浮挡板2的直径为210mm，由与水平面成10°、20°、30°和60°倾角的扇形片21组成，扇形片21的数目为12片，搅拌功率分别为2.3W、2.4W、2.4W和2.5W，较Rushton表面曝气装置的搅拌功耗减小21.9％-28.1％。自旋自浮挡板2与叶片型表面曝气搅拌桨1之间的搅拌轴3上固定安装限位销钉62。
实施例2针对气液两相体系，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380mm，表面曝气桨1，分别采用Rushton表面曝气桨和本发明的叶片型表面曝气搅拌桨，桨直径均为190mm，浸没深度90mm。以浓度为0.5mol/L的亚硫酸钠溶液作流加试剂，采用流加亚硫酸钠法测定气液体积传质系数。在搅拌功耗为50.7-140.7W的范围内，Rushton表面曝气装置(如图1)的气液体积传质系数为0.021-0.093s-1；采用本发明的叶片型表面曝气装置(如图4)，本实施例的叶片型表面曝气搅拌桨的叶片为弧板型叶片，叶片数目为6，水平圆环11内径为其外径的40％。自旋自浮挡板2由与水平面成30°倾角的扇形片21组成，扇形片21的数目为12片，自旋自浮挡板2的直径为210mm。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°；测得气液传质系数范围为0.027-0.11s-1，增大了19.0％-29.0％，自旋自浮挡板2与叶片型表面曝气搅拌桨1之间的搅拌轴3上固定安装限位销钉62。
实施例3针对气液两相体系，在内径φ380mm，高600mm，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380mm，表面曝气桨1分别采用Rushton表面曝气桨和本发明的叶片型表面曝气搅拌桨，桨直径均为190mm，浸没深度90mm。以浓度为0.5mol/L的亚硫酸钠溶液作流加试剂，采用流加亚硫酸钠法测定气液体积传质系数。在搅拌功耗为106W时，Rushton表面曝气装置(如图1)的气液体积传质系数为0.076s-1；采用本发明的叶片型表面曝气装置(如图5)，本实施例的叶片型表面曝气搅拌桨的叶片为直板型叶片，叶片数目为12，水平圆环11内径为其外径的80％，自旋自浮挡板2的直径为210mm，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，气液体积传质系数为0.079s-1、0.083s-1、0.088s-1和0.096s-1，其气液体积传质系数增大了3.9％-26.3％；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，气液体积传质系数为0.081s-1、0.086s-1、0.092s-1和0.099s-1，其气液体积传质系数增大了6.6％-30.3％；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，气液体积传质系数为0.082s-1、0.085s-1、0.093s-1和0.10s-1，其气液体积传质系数增大了7.9％-31.6％；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，气液体积传质系数为0.084s-1、0.089s-1、0.098s-1和0.106s-1，其气液体积传质系数增大了10.5％-39.5％。自旋自浮圆形挡板2与叶片型表面曝气桨1之间的搅拌轴3上固定安装限位块61。
实施例4针对气液两相体系，在内径φ380mm，高600mm，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380mm，表面曝气桨1分别采用Rushton表面曝气桨和本发明的叶片型表面曝气搅拌桨，桨直径均为190mm，浸没深度90mm。以浓度为0.5mol/L的亚硫酸钠溶液作流加试剂，采用流加亚硫酸钠法测定气液体积传质系数。在搅拌功耗为92.6W时，Rushton表面曝气装置(如图1)的气液体积传质系数为0.068s-1；采用本发明的叶片型表面曝气装置(如图6)，本实施例的叶片型表面曝气搅拌桨的叶片为弧板型叶片，叶片数目为12，水平圆环11内径为其外径的80％，自旋自浮挡板2的直径为210mm，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，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，气液体积传质系数为0.071s-1、0.074s-1、0.078s-1和0.083s-1，其气液体积传质系数增大了4.4％-22.0％；当舌片8与水平面呈40°倾角，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，气液体积传质系数为0.072s-1、0.077s-1、0.080s-1和0.084s-1，其气液体积传质系数增大了5.9％-23.5％；当舌片8与水平面呈50°倾角，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，气液体积传质系数为0.073s-1、0.076s-1、0.083s-1和自旋自浮圆形挡板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，气液体积传质系数为0.073s-1、0.077s-1、0.086s-1和0.091s-1，其气液体积传质系数增大了7.3％-33.8％。自旋自浮圆形挡板2与叶片型表面曝气桨1之间的搅拌轴3上固定安装限位环6。
权利要求
1.一种叶片型表面曝气装置，包括一搅拌槽、一垂向放置在搅拌槽中心处的搅拌轴(3)及安装在搅拌轴(3)上的绕轴自旋的自旋自浮圆形挡板(2)和曝气搅拌桨(1)，所述曝气搅拌桨(1)位于自旋自浮圆形挡板(2)的下方，其特征在于，所述曝气搅拌桨(1)为叶片型表面曝气桨，由垂向叶片(12)和水平圆环(11)组成，垂向叶片(12)均布于水平圆环(11)的上表面上。
2.按权利要求1所述的叶片型表面曝气装置，其特征在于所述的垂向叶片(12)为直板型叶片或弧板型形叶片，数目为6-12片，垂向叶片(12)外缘与水平圆环(11)外缘对齐，水平圆环(11)内径为其外径的40-80％。
3.按权利要求1所述的叶片型表面曝气装置，其特征在于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)向表面曝气桨旋转方向的下游方倾斜，与水平面呈30°-60°倾角，舌片(8)的面积为透气孔(71)面积总和的0.8-2倍。
4.按权利要求1所述的叶片型表面曝气装置，其特征在于所述自旋自浮圆形挡板(2)上设有径向透气槽(72)，在透气槽(72)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(81)，方形槽片(81)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，方形槽片(81)长度与透气槽(72)长度相同，高度为自身宽度的0.5-1.5倍。
5.按权利要求1所述的叶片型表面曝气装置，其特征在于所述自旋自浮圆形挡板(1)由与水平面成10°-60°倾角的扇形片组成。
6.按权利要求3所述的叶片型表面曝气装置，其特征在于所述自旋自浮圆形挡板(2)上所设透气孔(71)的总透气面积为自身面积的15-80％。
7.按权利要求4所述的叶片型表面曝气装置，其特征在于所述自旋自浮圆形挡板(2)上所设透气槽(72)的总透气面积为自身面积的15-80％。
8.按权利要求1所述的叶片型表面曝气装置，其特征在于所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下呈正圆锥杯形，其锥角为150°-210°。
9.按权利要求5所述的叶片型表面曝气装置，其特征在于所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下呈正圆锥杯形，其锥角为150°-210°。
10.按权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的叶片型表面曝气装置，其特征在于自旋自浮圆形挡板(2)与表面曝气搅拌桨(1)之间的搅拌轴上固定安装限位套、限位块或限位销钉。
全文摘要
本发明的叶片型表面曝气装置，特征是叶片型表面曝气搅拌桨无中心圆盘结构，由叶片和圆环组成，圆环位于叶片的下方；在叶片型表面曝气搅拌桨上方的搅拌轴上安装一可沿搅拌轴自旋自浮挡板，自旋自浮挡板的直径小于搅拌槽内径，不小于表面曝气桨外径；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，由扇形片组成的自旋自浮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，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。本发明具有排液量大，径向射流性能强，吸气压差大，气体吸入面积大，阻碍小，气泡破碎效果好，气液传质性能强，表面曝气效率高等优点。
文档编号B01F7/18GK1607187SQ20031010016
公开日2005年4月20日 申请日期2003年10月15日 优先权日2003年10月15日
发明者禹耕之, 毛在砂, 杨超 申请人:中国科学院过程工程研究所