专利名称：一种叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置的制作方法
技术领域：
本发明属于湿法冶金、环保、生化制药和石油化工等领域的多相混合搅拌装 置，特别适于气-液-固、液-固等多相体系的固体悬浮、均匀混合和多相化学反应 过程。
背景技术：
工业上应用的搅拌桨按照其形成的流场不同分为两类， 一类是径向流叶轮 (如Rushton搅拌桨)，这种桨具有比较大的剪切力和很强的气体分散能力，对 于气泡的破碎和分散，效果明显，适合于气液两相混合过程，在高固含率的搅拌 体系中能耗也低于其它类型搅拌桨；另一类是轴向流叶轮(如螺旋桨)，这种桨 具有更强的轴向循环能力和较低的功率消耗，在固体悬浮和液固混合过程中得到 了广泛的应用。而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 完全分散和固体完全离底悬浮两个过程，理想的混合水平不仅要求达到二者在宏 观上的均匀，而且在微观混合上也要达到一定的均匀度，为此对搅拌桨的设计提 出了较高的要求。高速旋转的叶轮产生的流动中，其径向速度是气体剪切分散的 主要动力，而其轴向速度是固体悬浮和液体轴向循环的主要动力。对三相体系不 仅要求叶轮具有较强的剪切分散能力，而且要有一定轴向混合能力，以达到三相 同时分散，所以问题就变得复杂，单一的径流桨或轴流桨都不能实现三相的同时 均匀混合，工业实践中常采用双层桨乃至三层桨来达到三相混合的目的，无疑这 将增加能量的消耗。
在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，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)，没有关于能够改善流型的不对称 叶片搅拌桨的相关专利和报道。
发明内容
本发明的目的在于克服了径向流叶轮在轴向混合方面能力的缺陷，提供了一 种能使轴向混合能力提高，混合时间减少，气体分散能力更强的气液固多相搅拌装置。
本发明的具体实施方案如下
一种叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置，包括一搅拌槽2， 一位于搅拌槽2内的
搅拌轴l，在搅拌轴1上安装本发明的叶片改良型圆盘涡轮桨6，桨径以与槽径 (D)的比值计算D/4—D/2，槽壁周向均匀安装4-12个直立挡板4，挡板宽度 D/12—D/10。与传统圆盘涡轮相比，其特征在于圆盘上安装有4-12片矩形桨 叶5，交错垂直均匀分布于圆盘上下方，桨叶尺寸高D/15—D/10,宽D/8—D/4。 本发明的一种叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置，在通气搅拌状态下，圆盘能阻 止气泡直接穿过搅拌桨，降低了泛点转速，同时由于叶轮的高剪切力以及离心力 的作用，气体会沿平板自中心向外扭转，并被击碎成细小的气泡分布于桨叶四周，
进而随液体在槽内循环。圆盘上下的叶片交替产生径向流动，产生的两个径向流 如两列波一样传播，并产生耦合效应，速度产生一定的波动(对固体粒子悬浮有 利)，使得叶轮工作区域流场的稳定性和连续性被打破，并有可能扩散至整个流 场，这样不但扩大了桨叶工作区域，而且在轴向产生小区域的流动，此外，安装 的挡板使得槽内的周向流在与之相撞后转换成向上和向下的轴向流，促进了轴向 混合，弥补了径流桨的缺陷。
总之，本发明所提供的叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置，在拥有通常的径向流 叶轮优点的基础上，弥补了这类搅拌装置在轴向混合能力上的不足，并縮短了混 合时间，提高了气体分散能力。
附图1为通常使用的Rushton圆盘涡轮桨搅拌槽的示意附图2为本发明的一种叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置的结构示意附图3为本发明中搅拌桨的结构示意图。
其中搅拌轴1 搅拌槽2 气液界面3
挡板4 桨叶5 改良型圆盘涡轮6附图1和2为本发明的两个实施例的结构示意图。由图可知，本发明提供的 叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置，包括 一搅拌槽2， 一位于搅拌槽内的搅拌轴l，
在搅拌轴1上安装本发明的叶片改良型圆盘涡轮桨6，桨径以与槽径(D)的比 值计算D/4—D/2，槽壁周向均匀安装4-12个直立挡板4,挡板宽度D/12—D/10。 与传统圆盘涡轮相比，其特征在于圆盘上安装有4-12片矩形桨叶5，交错垂直 均匀分布于圆盘上下方，桨叶尺寸高D/15—D/10，宽D/8—D/4。
附图1为通常使用的Rushton圆盘涡轮桨搅拌槽的示意图，附图2为本发明 的一种叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置示意图，附图3为本发明中搅拌桨的结构示 意图。
实施例1:
针对气液固三相体系，在内径O380毫米、高600毫米、器壁内侧对称设置 4个挡板的圆柱形平底敞口搅拌槽中，固相采用密度为2.403g/cm3，粒径范围 4. 00-4. 10毫米的玻璃珠，液相和气相分别为自来水和空气，槽内液位高380毫 米，搅拌槽挡板宽度为38毫米；附图l装置采用传统的标准6叶片Rushton搅 拌桨，桨叶直径为127毫米，离底高度为67毫米，气体分布器离底高度为33 毫米；附图2装置采用本发明的叶片改良型圆盘涡轮，6片矩形桨叶，桨叶直径 同为127毫米，离底高度为67毫米，气体分布器离底高度为33毫米。
在固体浓度为36. 45g/L，通气速率2. 9m3/h时，采用传统Rushton搅拌桨的 附图1装置中，即使搅拌转速达到800rpm，聚集在桨下方的90%以上粒子仍然很 难离底悬浮，很少有粒子能流动到壁面上来，传统Rushton搅拌桨要达到临界悬 浮条件很困难；反观采用了叶片改良型圆盘涡轮的新装置(附图2)，在转速 760rpm左右即达到了临界悬浮搅拌条件，在槽底没有粒子沉积产生，并且可以 观察到固体粒子随流场运动到槽上部器壁，明显产生了轴向流动；进一步提高转 速，可以发现，850rpm左右就可以彻底消除挡板处的死角，达到完全悬浮条件。 可以看出，本发明中的叶片改良型圆盘涡轮在气液固三相中固体悬浮的效果要明 显好于传统标准Rushton搅拌桨。实施例2:
针对液固两相体系，在结构和尺寸同实施例1的搅拌槽中，固相和液相同实 施例l，除去通气对于固体悬浮的影响，再分别考察两种装置中固体粒子的临界 搅拌转速。实验结果发现对于安装附图1的传统6叶片的Rushton搅拌桨(桨 叶直径为127毫米、离底高度为67毫米)，临界搅拌转速为685rpm，而采用了 附图2的叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置(桨叶直径同为127毫米、离底高度为 67毫米)，转速达到575rpm即满足了粒子离底悬浮的临界条件，转速为675rpm 左右就可以消除挡板死角，效果好于附图l的装置。
实施例3:
在结构和尺寸同实施例1的搅拌槽中，液相同实施例l，采用酸碱指示剂变
色法测定混合时间，以酚酞为指示剂，在搅拌状态下首先加入预先配制的0.3% 酚酞指示剂和lmol/L的NaOH溶液，由于酚酞在pH值碱性条件显红色，所以整 个槽内溶液变红，然后在靠近壁面的液面迅速加入3mol/L的HC1溶液，并开始 计时，观察搅拌槽溶液褪色情况，待整个槽体红色褪尽停止计时，读出混合时间。 在转速为200rpm时，采用了标准6叶片Rushton搅拌桨装置(附图1)的 混合时间为12.86s，而采用叶片改良型圆盘涡轮的新型搅拌装置(附图2)的混 合时间为8. 85s，縮短了 31. 2%。
实施例4:
在结构和尺寸同实施例1的搅拌槽中，槽内液位高380毫米，气体分布器离 底80毫米，搅拌桨离底127毫米。液相和气相同实施例l。
对于气液两相体系，因为径流式叶轮有限的混合能力，搅拌槽内气液混合较 差，尤其在槽底，加上气体本身的浮力，会存在一个气相无法到达的区域，在一 定的气速下，增加转速可以使这个区域消失。对于采用传统6叶片Rushton搅拌 桨的装置(附图l，尺寸同实施例l)，当气速分别为3. 5mVh和4. 0m3/h时，临 界搅拌转速为580rpm和650rpm;而对于采用叶片改良型圆盘涡轮的搅拌装置(附 图2，尺寸同实施例l)，在相同的气速下，临界转速分别为560rpm和600rpm， 分别降低了 3. 45%和7.69%。
权利要求
1.一种叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置，包括搅拌槽，位于搅拌槽内的搅拌轴，在搅拌轴上安装叶片改良型圆盘涡轮桨，圆盘上安装有4-12片矩形桨叶，槽壁周向均匀安装4-12个直立挡板。
2. 根据权利要求l所述的改良型圆盘涡轮搅拌装置，其特征在于圆盘涡轮桨桨径以与槽径D的比值计算D/4—D/2。
3. 根据权利要求l所述的改良型圆盘涡轮搅拌装置，其特征在于搅拌槽槽壁周向均匀安装4-12个直立挡板，挡板宽度D/12—D/10。
4. 根据权利要求1所述的改良型圆盘涡轮搅拌装置，其特征在于圆盘上安装有4-12片矩形桨叶，交错垂直均匀分布于圆盘上下方。
5. 根据权利要求l所述的改良型圆盘涡轮搅拌装置，其特征在于圆盘涡轮桨桨叶尺寸高D/15 — D/10，宽D/8 — D/4。
全文摘要
本发明涉及的一种叶片改良型圆盘涡轮装置，包括一搅拌槽，一位于搅拌槽内的搅拌轴，在搅拌轴上安装本发明的叶片改良型圆盘涡轮桨，桨径以与槽径(D)的比值计算D/4-D/2，槽壁周向均匀安装4-12个直立挡板，挡板宽度D/12-D/10。与传统圆盘涡轮相比，其特征在于圆盘上安装有4-12片矩形桨叶，交错垂直均匀分布于圆盘上下方，桨叶尺寸高D/15-D/10，宽D/8-D/4。本发明的叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置，在拥有通常的径向流叶轮优点的基础上，弥补了这类搅拌装置在轴向混合能力上的不足，缩短了混合时间，提高了气体和固体分散能力。
文档编号B01F7/18GK101549261SQ20081010326
公开日2009年10月7日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者张广积, 李向阳, 超 杨, 毛在砂, 涛 王, 禹耕之, 雍玉梅 申请人:中国科学院过程工程研究所