一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器的制造方法
【專利摘要】一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，包括固定盤（1）、一組長(zhǎng)槳（2）、連接盤（3）和一組短葉片（4）；所述長(zhǎng)槳（2）的上端固定在固定盤（1）上，下端固定在連接盤（3）頂部；所述短葉片（4）固定在連接盤（3）的底部。該攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有表面自吸氣功能、能大幅提高氣液傳質(zhì)效率、操作靈活性大、適用于不同黏度下的液體混合或者氣液以及氣液固等多相分散過程，也可用于液面不斷變化的單相混合或者多相分散過程。
【專利說明】一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，具體來(lái)說，本發(fā)明涉及的攪拌器可在較大的黏度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)均相體系混合(如液體一液體混合)、非均相體系的分散過程(如氣體在液體中的分散，不相溶的兩種液體的分散，或者氣液固三相體系的高效混合、分散)，屬于工業(yè)流體混合、多相分散、反應(yīng)設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氣液分散與反應(yīng)問題在化工和醫(yī)藥等行業(yè)中是經(jīng)常遇到的，例如硝基芳烴、脂肪腈、烯烴和炔烴的液相催化加氫反應(yīng)、烷基化反應(yīng)、羰基化反應(yīng)、氧化反應(yīng)等；其共同特點(diǎn)是反應(yīng)速率受氣/液傳質(zhì)的控制，而氣/液傳質(zhì)涉及到氣體分散、氣體循環(huán)以及固體催化劑懸浮等過程，因此實(shí)際是比較復(fù)雜的過程。由于氣液的不相容性，且密度差別非常大，氣液反應(yīng)器中未反應(yīng)的氣體聚積在反應(yīng)器內(nèi)的上部空間，嚴(yán)重影響反應(yīng)速率和效率；同時(shí)，固體催化劑懸浮的不均勻也約束了反應(yīng)的速率。
[0003]為提高反應(yīng)速率，工業(yè)上一般采用氣體外循環(huán)、液體外循環(huán)和氣體內(nèi)循環(huán)(即自吸式)三種方式。
[0004](a)氣體外循環(huán)式:是將反應(yīng)氣體從氣相空間引出，氣體通過壓縮機(jī)增壓后再?gòu)姆磻?yīng)器底部通入，在攪拌器的配合下，可得到較大的持氣量和相接觸面積，從而提高反應(yīng)速率；其優(yōu)點(diǎn)是可得到任意的氣體循環(huán)量，缺點(diǎn)是需要額外的氣體循環(huán)設(shè)備，增加了裝置的復(fù)雜性，額外的能耗和資金投入。
[0005](b)液體外循環(huán)式:是用泵將液體從反應(yīng)器底部抽出，再通過噴射反應(yīng)器，如文丘里反應(yīng)器抽吸反應(yīng)器氣相空間內(nèi)的氣體，在噴射反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣體和液體的充分混合與分散，可得到十分細(xì)小的氣泡，大幅度提高氣液相接觸面積和反應(yīng)速率；液體外循環(huán)式的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速率快，可連續(xù)生產(chǎn)，傳熱方便等，缺點(diǎn)是能耗大，對(duì)循環(huán)泵的要求十分苛刻。
[0006](C)氣體內(nèi)循環(huán)式:即自吸式氣液相攪拌釜反應(yīng)器，是一種不用額外的氣體輸送設(shè)備而能自行吸入反應(yīng)器上部空間氣體進(jìn)行氣液接觸的反應(yīng)裝置，其主要通過特殊設(shè)計(jì)的空心渦輪攪拌器在料液混合的同時(shí)不斷吸入液面上的反應(yīng)氣體，達(dá)到氣液循環(huán)與分散目的。如專利CN102921320A公開了一種帶有渦輪吸氣盤的自吸式氣液分散攪拌器，其優(yōu)點(diǎn)為送入的氣體氣泡較小、分散均勻、具有自吸氣的功能等。
[0007]氣體內(nèi)循環(huán)式的另外一種實(shí)現(xiàn)方式是對(duì)攪拌槳進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，氣體由表面吸入液下，因此同樣不需要噴射-壓縮系統(tǒng)，能夠再循環(huán)未反應(yīng)的氣體，操作更加安全可靠，廣泛應(yīng)用于加氫、氯化、烷基化、氧化等反應(yīng)過程中，特別適合于高壓、反應(yīng)氣體有毒、有腐蝕性的工況；當(dāng)體系中存在大量固體顆粒和粉塵(如污水處理)，還可以克服使用氣體分布器容易堵塞的缺點(diǎn)；另外，表面吸氣式攪拌釜不需要進(jìn)行氣體循環(huán)操作，與采用分布器鼓入氣體相比，可將過程的能耗降低三分之一左右。然而，現(xiàn)有渦輪式攪拌漿在使用時(shí)隨著液面逐漸升高，其氣液傳質(zhì)性能會(huì)急劇下降，而采用本發(fā)明所述的攪拌器，其氣液傳質(zhì)性能基本不變。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于提供一種具有表面吸氣功能的用于氣液攪拌的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，以解決傳統(tǒng)攪拌器的氣體吸收不充分、氣體分布不均勻等問題，實(shí)現(xiàn)流體間快速混合，特別地，對(duì)于液面不斷升高的反應(yīng)過程能夠達(dá)到滿意的攪拌效果，本發(fā)明同樣適用于氣體外循環(huán)式反應(yīng)器的攪拌。
[0009]技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，包括固定盤、一組長(zhǎng)槳、連接盤和一組短葉片；所述長(zhǎng)槳的頂端固定在固定盤底部，底端固定在連接盤頂部；所述短葉片固定在連接盤的底部。
[0010]作為改進(jìn)，所述長(zhǎng)槳的水平截面為任意形狀，優(yōu)選為長(zhǎng)方形或者橢圓形，尤其當(dāng)截面為長(zhǎng)方形或者橢圓形時(shí)，效果更好，長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊或者橢圓的長(zhǎng)軸與指向攪拌器軸心的半徑之間的夾角為β。
[0011]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述角度β為O?90°，優(yōu)選為O?45°。
[0012]作為另一種改進(jìn)，所述的連接盤為一組同心圓環(huán)，所述一組圓環(huán)與短葉片通過焊接或者其他方式相互固定。
[0013]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述長(zhǎng)槳的數(shù)量為2根以上，且均勻、對(duì)稱的分布在連接盤上。
[0014]作為更進(jìn)一步改進(jìn)，所述長(zhǎng)槳在連接盤上的分布方式為:在同心圓環(huán)的同一圓環(huán)上均勻分布，或者在同心圓環(huán)的不同圓環(huán)上交錯(cuò)排列，其交錯(cuò)角為O?360° /η，其中η是長(zhǎng)槳的總數(shù)量。
[0015]作為另一種改進(jìn)，所述短葉片的形狀為平板、斜葉或者彎曲面。
[0016]作為另一種改進(jìn)，所述短葉片的數(shù)量為2?10片，優(yōu)選為4?6片，再優(yōu)選為6片，且均勻分布在連接盤底部。
[0017]有益效果:本發(fā)明提供的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有表面自吸氣功能、能大幅提高氣液傳質(zhì)效率、操作靈活性大、適用于不同黏度下的液體混合或者氣液、氣液固等多相分散過程。
[0018]具體而言，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下突出的優(yōu)勢(shì):
[0019](I)可實(shí)現(xiàn)氣體自動(dòng)由液面吸入液下，并在液相中均勻分散，與傳統(tǒng)的多槳組合(如標(biāo)準(zhǔn)的渦輪槳)相比，在相同的輸入功率下，本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器可將氣液傳質(zhì)效率(以液相傳質(zhì)系數(shù)表示)提高至少兩倍以上；
[0020](2)應(yīng)用范圍廣:既可應(yīng)用與低黏度液體的混合或者氣液(或者氣液固)分散，也可應(yīng)用于中高黏度液體的混合或者氣液(或氣液固)分散；還可用于反應(yīng)過程中液面不斷變化(如聚合過程)的情況；特別適用于具有大高徑比的攪拌釜(高徑比大于I)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明所述的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌釜內(nèi)的流體流動(dòng)模式示意圖。
[0022]圖2是實(shí)施例1的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是實(shí)施例1的長(zhǎng)槳在連接盤上的分布示意圖。
[0024]圖4是實(shí)施例1的短葉片與連接盤的分布示意圖。
[0025]圖5是實(shí)施例2的長(zhǎng)槳在連接盤上的分布示意圖。[0026]圖6是實(shí)施例3的長(zhǎng)槳在連接盤上的分布示意圖。
[0027]圖7是實(shí)施例4的短葉片與連接盤的分布示意圖。
[0028]圖8是實(shí)施例5的長(zhǎng)槳在連接盤上的分布示意圖。
[0029]圖9是實(shí)施例6的短葉片與連接盤的分布示意圖。
[0030]圖10是實(shí)施例7的長(zhǎng)槳在連接盤上的分布示意圖。
[0031]圖11是實(shí)施例7的短葉片與連接盤的分布示意圖。
[0032]圖12是實(shí)施例8的短葉片與連接盤的分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所提供的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器做出進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
[0034]本發(fā)明中，長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器的攪拌效果通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量單位體積功率消耗P/V和體積傳質(zhì)系數(shù)k#來(lái)定量評(píng)價(jià)，具體為:
[0035]在內(nèi)徑0產(chǎn)600111、高HT=1500mm的攪拌釜內(nèi)側(cè)壁上均勻裝有4塊寬度為60mm擋板，短葉片4下沿離攪拌釜底的距離為300mm。實(shí)驗(yàn)采用穩(wěn)態(tài)亞硫酸鈉氧化法測(cè)量液相體積傳質(zhì)系數(shù)kp，采用扭矩傳感器測(cè)量功率消耗；采用蒸餾水作為介質(zhì)，溫度25°C。液面高度與攪拌釜釜直徑之比(H/DT)在0.8~2.0之間。
[0036]為了評(píng)價(jià)更客觀，本發(fā)明的設(shè)置的短葉片4形成的類似圓盤渦輪的直徑D =300mmo
[0037]對(duì)比例:采用現(xiàn)有兩個(gè)普通標(biāo)準(zhǔn)圓盤渦輪攪拌器疊加，攪拌槳的直徑為300mm，下面一個(gè)渦輪攪拌槳距離釜底的距離為300mm，上面一個(gè)渦輪攪拌槳距離釜底的距離為900mm:
[0038]則當(dāng)H/DT = I時(shí)，單位體積功率消耗，P/V = 3.3kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)=
0.043s-1 ；
[0039]當(dāng)H/DT = 1.5時(shí)，單位體積功率消耗，P/V = 4.8kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)=
0.012s-1 ；
[0040]當(dāng)H/DT = 2時(shí)，單位體積功率消耗，P/V = 5.0kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)I^a = 0.032s'
[0041]實(shí)施例1
[0042]長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，見圖2，包括固定盤1、長(zhǎng)槳2、連接盤3和短葉片4，長(zhǎng)槳2的頂端通過螺母固定在固定盤I底部，底端固定在連接盤3頂部,短葉片4固定在連接盤3的底部。連接盤3為一組同心圓環(huán)，所述一組圓環(huán)與短葉片4通過焊接或者其他方式相互固定。
[0043]本實(shí)施例中，長(zhǎng)槳2的數(shù)量為三根,長(zhǎng)槳2為長(zhǎng)方體,其水平截面為16 X 8mm的長(zhǎng)方形，長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊與徑向的夾角β=0°，長(zhǎng)槳2均勻分布在連接盤3的最外層圓環(huán)上，見圖3 ;長(zhǎng)槳的高度850mm ;短葉片4為平板，其長(zhǎng)和高分別為80mm和60mm，厚度為3mm，共有6片，見圖4。
[0044]該長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器的工作原理為:將固定盤I上部與電機(jī)攪拌軸連接，從而帶動(dòng)該攪拌器旋轉(zhuǎn)；隨著攪拌器的攪拌速度逐漸增大，復(fù)合攪拌器的長(zhǎng)槳與液體的剪切作用逐步增強(qiáng)，從而將氣體有效吸入液面下，在液體內(nèi)部通過長(zhǎng)槳和短葉片的共同作用，實(shí)現(xiàn)氣液兩相在軸向和徑向上的循環(huán)流動(dòng)，將電機(jī)轉(zhuǎn)化的機(jī)械能盡可能均勻地分布在體系中，良好的能量分布可使氣泡在釜內(nèi)不同區(qū)域分布更均勻、氣泡的平均尺寸更小，從而實(shí)現(xiàn)氣液兩相在軸向和徑向上的高效循環(huán)、混合，具體流動(dòng)模式如圖1所示。
[0045]當(dāng)攪拌速度為N = 200rpm,采用上述長(zhǎng)短槳復(fù)合攪拌器:
[0046]當(dāng)H/DT = I時(shí),單位體積功率消耗P/V = 3.5kW/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)k^a = 0.136s_1 ；
[0047]當(dāng)H/DT = 2時(shí)，單位體積功率消耗P/V = 5.lkff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)k# = 0.125s'
[0048]實(shí)施例2
[0049]采用與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)和尺寸大小的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，僅將長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊與徑向的夾角β調(diào)整45°，如圖5所示，其余的操作條件保持不變。
[0050]當(dāng)攪拌速度為N = 200rpm,采用上述長(zhǎng)短槳復(fù)合攪拌器:
[0051]當(dāng)H/DT = I時(shí),單位體積功率消耗P/V = 3.3kW/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)k^a = 0.132s_1 ；
[0052]當(dāng)H/DT = 2時(shí),單位體積功率消耗P/V = 4.8kW/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)k^a = 0.120s_1o
[0053]以上結(jié)果顯示，不論是順時(shí)針還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，單位體積功率消耗P/V略微小于同條件下，體積傳質(zhì)系數(shù)k#值也略微小于實(shí)施例1中采用的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器測(cè)量值，但體積傳質(zhì)系數(shù)減小的幅度均小于5%。
[0054]實(shí)施例3`[0055]采用與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)和尺寸大小的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，僅將長(zhǎng)槳3均勻地分布在連接盤的內(nèi)環(huán)上，如圖6所示，其余操作條件亦與實(shí)施例1保持一致。
[0056]當(dāng)攪拌速度為N = 200rpm,采用上述長(zhǎng)短槳復(fù)合攪拌器:
[0057]當(dāng)H/DT = I時(shí)，單位體積功率消耗3.8kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.121s—1 ；
[0058]當(dāng)H/DT = 2時(shí)，單位體積功率消耗5.6kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.086s'
[0059]實(shí)施例4
[0060]采用與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)和尺寸大小的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，僅將短葉片改為45°斜葉,如圖7所示,操作條件亦與實(shí)施例1保持一致。
[0061]當(dāng)攪拌速度為N = 200rpm，采用上述長(zhǎng)短槳復(fù)合攪拌器:
[0062]當(dāng)H/DT = I時(shí)，單位體積功率消耗3.3kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.131s—1 ；
[0063]當(dāng)H/DT = 2時(shí)，單位體積功率消耗4.9kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.126s'
[0064]實(shí)施例5
[0065]采用與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)和尺寸大小的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，僅將長(zhǎng)槳的數(shù)量增加至6根，在連接盤的內(nèi)環(huán)和外環(huán)上分別分布三根，且內(nèi)、外環(huán)上的長(zhǎng)槳交錯(cuò)排列，交錯(cuò)角為60° ,如圖8所示,操作條件亦與實(shí)施例1保持一致。
[0066]當(dāng)攪拌速度為N = 200rpm,采用上述長(zhǎng)短槳復(fù)合攪拌器:
[0067]當(dāng)H/DT = I時(shí)，單位體積功率消耗4.2kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.148s—1 ；
[0068]當(dāng)H/DT = 2時(shí)，單位體積功率消耗6.0kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.133s'
[0069]實(shí)施例6
[0070]采用與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)和尺寸大小的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，僅將短葉片改為彎曲面,如圖9所示,操作條件亦與實(shí)施例1保持一致。
[0071]當(dāng)攪拌速度為N = 200rpm，采用上述長(zhǎng)短槳復(fù)合攪拌器:
[0072]當(dāng)H/DT = I時(shí)，單位體積功率消耗3.4kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.132s—1 ；[0073]當(dāng)H/DT = 2時(shí)，單位體積功率消耗4.9kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.124s'
[0074]實(shí)施例7
[0075]采用與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)和尺寸大小的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，將長(zhǎng)漿3的數(shù)量設(shè)置為2個(gè)，且均勻地分布在連接盤的外環(huán)上，如圖10所示，短葉片4的數(shù)量也設(shè)置為2片，如圖11所示，其余操作條件亦與實(shí)施例1保持一致。
[0076]當(dāng)攪拌速度為N = 200rpm,采用上述長(zhǎng)短槳復(fù)合攪拌器:
[0077]當(dāng)H/DT = I時(shí)，單位體積功率消耗2.6kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.118s—1 ；
[0078]當(dāng)H/DT = 2時(shí)，單位體積功率消耗3.9kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.1Ols'
[0079]實(shí)施例8
[0080]采用與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)和尺寸大小的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，將短葉片4的數(shù)量設(shè)置為4片，如圖12所示，其余操作條件亦與實(shí)施例1保持一致。
[0081]當(dāng)攪拌速度為N = 200rpm，采用上述長(zhǎng)短槳復(fù)合攪拌器:
[0082]當(dāng)H/DT = I時(shí)，單位體積功率消耗3.4kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.133s—1 ；
[0083]當(dāng)H/DT = 2時(shí)，單位體積功率消耗4.9kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.121s'
[0084]實(shí)施例9
[0085]采用與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)和尺寸大小的長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，將短葉片4的數(shù)量設(shè)置為10片，其余操作條件亦與實(shí)施例1保持一致。
[0086]當(dāng)攪拌速度為N = 200rpm,采用上述長(zhǎng)短槳復(fù)合攪拌器:
[0087]當(dāng)H/DT = I時(shí)，單位體積功率消耗3.8kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.138s—1 ；
[0088]當(dāng)H/DT = 2時(shí)，單位體積功率消耗5.4kff/m3,體積傳質(zhì)系數(shù)0.126s'
【權(quán)利要求】
1.一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，其特征在于:包括固定盤(I)、一組長(zhǎng)槳(2)、連接盤(3)和一組短葉片(4);所述長(zhǎng)槳(2)的頂端固定在固定盤(I)底部，底端固定在連接盤(3)頂部；所述短葉片(4)固定在連接盤(3)的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，其特征在于:所述長(zhǎng)槳(2)的水平截面為長(zhǎng)方形或者橢圓形，長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊或者橢圓的長(zhǎng)軸與指向攪拌器軸心的半徑之間的夾角為β。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，其特征在于:所述角度β為O?90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，其特征在于:所述的連接盤(3)為一組同心圓環(huán)，所述一組圓環(huán)與短葉片(4)相互固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，其特征在于:所述長(zhǎng)槳(2)的數(shù)量為2根以上，且均勻分布在連接盤(3)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，其特征在于:所述長(zhǎng)槳(2)在連接盤(3)上的分布方式為:在同心圓環(huán)的同一圓環(huán)上均勻分布，或者在同心圓環(huán)的不同圓環(huán)上交錯(cuò)排列，其交錯(cuò)角為O?360° /η，其中η是長(zhǎng)槳的總數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，其特征在于:所述短葉片(4)的形狀為平板、斜葉或者彎曲面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長(zhǎng)槳短葉片復(fù)合攪拌器，其特征在于:所述短葉片(4)的數(shù)量為2?10片，且均勻分布在連接盤(3)底部。
【文檔編號(hào)】B01F3/04GK103768980SQ201410025839
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】駱培成, 吳華, 吳俊 , 邰蕓翠, 羅小雨 申請(qǐng)人:東南大學(xué)