一種高效流體混合攪拌葉片單元的製作方法

2023-05-24 06:21:06

專利名稱：一種高效流體混合攪拌葉片單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高效流體混合攪拌葉片單元，屬流體混合裝置領 域，特別涉及氣液兩相混合攪拌裝置。
背景技術：
氣液的混合與傳質操作廣泛應用於石油化工、生物製藥、輕工食品 等行業，諸如生物發酵、汙水處理、氧化、加氳反應等工藝過程。在這 些工藝過程中大都是將液體作為連續相盛裝在攪拌槽中，將氣體作為分 散相引入攪拌槽，並在攪拌槽內設置機械攪拌來實現氣液的分散與傳 質。攪拌槽中的氣液分散都是氣液接觸後在攪拌器區域通過強烈的剪切 進行初級分散得到初級渦流體，之後再通過流體湍流進一步的被剪切成 最小渦流體分散至整個攪拌槽，需要消耗大量的攪拌功率用於從初級渦 流體進一步剪切至最小渦流體的過程。
按照氣穴理論，氣體並非直接被攪拌槳葉剪碎而得到分散的，氣泡 的分散首先是在槳葉背面形成較為穩定的氣穴，氣穴在尾部破裂，形成 富含小氣泡的分散區，這些小氣泡在離心力的作用下被甩出，之後再參 與到攪拌槽內的宏觀混合中。葉片背側附著的氣穴，將使葉輪的泵送能 力下降，直接影響氣液兩相的分散與傳質效果。當氣穴大到一定程度時， 可將整個攪拌葉輪包圍，攪拌器近乎空轉，基本完全失效。
現有技術中用於氣液混合的攪拌器幾乎都不可避免的存在"氣穴"的影響。但在所有已有技術中所採取的措施也只限於通過優化攪拌葉片的形狀來 一定程度的抑制"氣穴"的形成。其中，最有成效的是最近國外開發的半圓 管渦輪槳和拋物線渦輪槳，其葉片外形為向葉片背側呈流線型的外凸狀，有 效的消減了葉片背側的氣穴，強化了其氣液分散的能力。但是為了適應消減 氣穴的需要而縮小攪拌葉片形狀的設廿空間，可能會影響攪袢槽中的宏觀混 合。所以，如何以更優的方案迴避氣穴的影響，也一直都被作為開發新型攪 拌裝置的重要研究方向。

發明內容
本發明的目的在於提供一種高效流體混合攪拌葉片單元，實現在儘量小 的功耗下達到儘量高的氣液傳質係數，設法強化氣液的初級分散，使初級渦 流體儘量的小，同時在儘量不影響葉片形狀設廿空間的前提下，減小氣穴的 影響。
解決上述技術問題的技術方案是這種高效流體混合攪拌葉片單元， 其基本結構包括均勻固定於攪拌器輪彀上的攪拌葉片，其特徵在於每個葉 片上設置一個或多個直徑逆攪拌旋轉方向逐漸縮小的錐形射流孔或引射管， 葉片背面對應射流孔或引射管的位置設置混合器。
所述的高效流體混合攪拌葉片單元，所述的攪拌葉片為實心或空心結構。
所述的高效流體混合攪拌葉片單元，所述的攪拌葉片的形狀為直平葉 面、斜平葉面、彎葉面、折葉面、弧形面或拋物面。
所述的高效流體混合攪拌葉片單元，所述的射流孔或引射管的軸線 為直線或曲線，截面為圓形、橢圓形或其他封閉多邊形。
所述的高效流體混合攪拌葉片單元，所述的射流孔或引射管的軸線
與攪拌葉片以大於io。相交。
所述的高效流體混合攪拌葉片單元，所述的射流孔或引射管內軸線 方向設置有擾流翅片。
所述的高效流體混合攪拌葉片單元，在實心攪拌葉片上設置有貫穿 葉片厚度的一個或多個錐形射流孔或引射管，所述的混合器通過支架連 接在對應射流孔或引射管位置。
所述的高效流體混合攪拌葉片單元，在一側空心攪拌葉片正面設置 有一個或多個錐形射流孔或引射管，所述的混合器直接連接在對應射流 孔或引射管位置的另一側空心攪拌葉片背面。
所述的高效流體混合攪拌葉片單元，在一側空心攪拌葉片背面設置 有一個或多個錐形射流孔或引射管，所述的混合器通過支架連接在對應 射流孔或引射管位置的同一側攪拌葉片背面。
所述的混合器為橫截面為圓形、橢圓形或其他封閉多邊形的管狀 物，內裝靜態混合元件，優選肯尼斯型混合元件。
本發明的技術進步效果表現在
1、本發明所涉及的混合攪拌葉片單元在工作吋，機械攪拌混合、 流體射流混合、靜態混合器混合的混合機理同時起作用，可形成良好的 氣液的初級分散，使初級分散所得到的初級渦流體大幅減小，節省部分 從初級渦流體進一步剪切至最小渦流體的攪拌功率。同時，可在攪拌槽
內實現高效的氣液分散與傳質、成倍提高Kla值。
2 、葉片背側的射流與混合器的配合所形成的葉片背側的特定流場
可有效抑制"氣穴"形成，提高攪拌葉輪的泵送能力、改善傳質效果、 降低氣泛點攪拌轉速。
3、 本發明所涉及的混合攪拌葉片單元，攪拌葉片形狀理論上可根 據所期望的目標流型任意進行設廿，避免了因迴避"氣穴"產生而在葉 片形狀設廿上受到限制，以致影響整個攪拌槽的流型優化。
4、 在攪拌葉片上開設貫通葉片厚度的射流孔或引射管的情況下， 減小了槳葉在攪拌運動方向的投影面積，可降低攪拌葉輪所消耗的軸功 率。


圖1是本發明混合攪拌葉片單元的結構示意圖
圖2是圖1的俯視圖
圖3是圖2中A部分的局部放大圖實施方式之一 圖4是圖2中A部分的局部放大圖實施方式之二 圖5是圖2中A部分的局部放大圖實施方式之三 圖6是圖2中A部分的局部放大圖實施方式之四 圖7攪拌葉片的一種形狀 圖8是攪拌葉片的另一種形狀 圖9是攪拌葉片的第三種形狀 圖10是實心攪拌葉片的工作狀況 圖11是空心攪拌葉片的工作狀況。 圖中
1 、實心攪拌葉片11 、空心攪拌葉片1-1 、弧面攪拌葉片
1-2、折葉面攪拌葉片2、混合器 3、輪轂 4、引射管 5、擾流翅片 6、肯尼斯混合元件 7、射流孔 12、空心攪拌軸 13、攪拌槽14、擋板15、實心攪拌軸 16、氣體分布器 17、迸氣管
具體實施例方式
將氣體引入攪拌槽的方式一般分為兩種一種是氣體通過設在攪 拌槽底部的氣體分布器16加壓鼓入，然後通過攪拌裝置進行分散， 如圖10所示；另一種是氣體通過空心攪拌軸12從槽外被吸入或加 壓鼓入，在攪拌器旋轉所形成的負壓區逸出，隨後被攪拌器進一步分 散，如圖11所示。
針對上述兩種情況和圖7、 8、 9所示的現有技術中常用的攪拌葉 片形狀，本發明分別給出應用實例以說明本發明的具體應用方式； 實施例1 :
適用於圖10所示氣體通過設在攪拌槽底的氣體分布器16加壓鼓 入的工況，攪拌葉片1採用實心直平葉面形式固接在輪彀3上，射流 孔7或引射管4貫穿攪拌葉片1的厚度，攪拌葉片上開設若干錐度為 8度、橫截面為圓形、直徑逆攪拌旋轉方向逐漸縮小的射流孔7,射 流孔7軸線與葉片1平面垂直，射流孔7內壁上軸向安裝三片周向均 布的擾流翅片5用以分配整理液體射流。在葉片1背側每個射流孔7 後一定距離與射流孔7出口相垂直的軸線同軸安裝內裝肯尼斯元件6 的橫截面為圓形的混合器2,混合器2靠固定支架固定在葉片1的背 側，如圖4所示。 如果將射流孔7換成引射管4，其連接關係如圖3所示，這裡給
出的幾種實施方式是引射管4的軸線為直線或曲線，可根據需要與 攪拌葉片以大於IO。角相交。錐度為2-60度，優選8度，直徑逆攪
拌旋轉方向逐漸縮小。引射管為光孔或在孔內壁上軸線方向設置有 l-5片擾流片5。
當本發明上述結構的攪拌葉片單元以一定速度在攪袢槽內旋轉 時，在達到普通機械攪拌槽可達到的氣液混合效果的同吋，液體通過 各葉片上的射流孔或引射管在葉片背部形成多股液體射流，佔據了 "氣穴"形成的部分空間，並擾亂了葉片背側負壓區形成的環境，削 弱了葉片背側的負壓程度，抑制了 "氣穴"的形成。同吋由於多股液 體射流的巻吸作用，葉片1背側的液體及可能形成的殘餘"氣穴"中 的氣體被液體射流強烈的巻吸並進行激烈的摻混，隨即一同進入葉片 l背側的混合器2，在其中再次進行高效的分散與傳質，將氣泡分散 至更小。由混合器2噴出的多股特定流型的渦流，在將細微氣泡分散 到攪拌槽其它區域的同吋，還增強了攪拌槽內的整體湍動效果，可大 幅強化提高攪拌槽內的氣液分散效果和傳質係數。 實施例2 :
適用於圖11所示氣體通過空心攪拌軸12從槽外被吸入或低壓鼓 入，在攪拌器旋轉所形成的負壓區逸出，隨後被攪拌器迸一步分散的 工況，攪拌葉片11採用空心直平葉面形式固接在輪彀3上，並與供 應氣體的空心攪拌軸12相連，引射管4錐度為8度、橫截面為圓形、 內孔為光孔、直徑逆攪拌旋轉方向逐漸縮小，引射管4垂直設置在空
心攪拌葉片的前側表面上，葉片背側的混合器2與攪拌葉片背側表面 零距離固接，且與射流孔或引射管出口相垂直的軸線保持同軸，攪拌 葉片9背側表面與混合器2入口所對應的位置開有等徑的通孔，如圖
5所示。
當本發明上述結構的攪拌葉片單元以一定速度在攪拌槽內旋轉 時，在達到普通機械攪拌槽可達到的氣液混合效果的同吋，液體通過
攪拌葉片11前側表面上的引射管4形成多股液體射流對空心攪拌葉 片11內的氣體進行激烈的巻吸，隨後共同迸入在葉片後側表面上固 裝的混合器2進行進一步的切割、旋轉與摻混，在氣液進行充分的混 合後，從混合器2噴射而出參與到攪拌槽的宏觀混合當中。 實施例3 :
適用於圖11所示氣體通過空心攪拌軸12從槽外被較高壓力鼓入 的工況，攪拌葉片11採用空心直平葉面形式固接在輪彀上，並與供 應氣體的空心軸12相連，引射管4錐度為8度、橫截面為圓形、內 孔為光孔，直徑逆攪拌旋轉方向逐漸縮小，引射管4垂直設置在空心 攪拌葉片11的後側表面上，混合器2與引射管4相距一定距離通過 支架固接在葉片背側表面上，且與引射管出口相垂直的軸線保持同 軸，如圖6所示。
當本發明上述結構的攪拌葉片單元以一定速度在攪拌槽內旋轉 時，在達到普通機械攪拌槽可達到的氣液混合效果的同時，氣體通過 固接在葉片背側表面上射流孔或引射管噴射而出，夾帶周圍的液體共 同進入葉片背側的混合器2進行進一步的切割、旋轉與摻混，在氣液
進行充分的混合後，從混合器2噴射而出參與到攪拌槽的宏觀混合當 中。
實施例2、3兩種針對氣體通過空心攪拌軸11從槽外被吸入或加
壓鼓入的工況，所採用的在氣、液初次接觸後，通過射流激烈的巻吸 和混合器的進一步高效混合的設計，與氣體直接在葉片的負壓區逸出 相比較，極大的提高了氣液的初級分散的效果，由此得到的初級渴流 體大幅的減小，提高了氣液傳質效果。同時，在葉片背側的射流和混 合器的配合所形成的葉片背側的特定流場，可有效抑制"氣穴"形成。
本發明除適用於氣液混合之外，可通過射流孔7或引射管4內擾 流部件5及葉片背側混合器2內裝靜態混合元件的優化選擇，適用於 液液混勻、固液懸浮等各種流體混合場合。在實驗及實際應用中都可 達到極為理想的混合傳質效果。
上述關於高效流體混合攪拌葉片單元的描述僅作為本發明幾種 技術方案提出，不作為對其結構的單一限制條件。
權利要求
1、一種高效流體混合攪拌葉片單元，其基本結構包括均勻固定於攪拌器輪轂(3)上的攪拌葉片(1、1-1、1-2、11)，其特徵在於每個葉片上設置一個或多個直徑逆攪拌旋轉方向逐漸縮小的錐形射流孔(7)或引射管(4)，葉片背面對應射流孔或引射管的位置設置混合器(2)。
2、 根據杈利要求1所述的高效流體混合攪拌葉片單元，其特徵在於 所述的攪拌葉片的為實心(1)或空心(11)結構。
3、 根據杈利要求1所述的高效流體混合攪拌葉片單元，其特徵在於 所述的攪拌葉片的形狀為直平葉面、斜平葉面、彎葉面、折葉面、弧形面或
4、 根據杈利要求1所述的高效流體混合攪拌葉片單元，其特徵在 於所述的射流孔或引射管的軸線為直線或曲線，截面為圓形、橢圓形 或其他封閉多邊形。
5、 根據權利要求1所述的高效流體混合攪拌葉片單元，其特徵在 於所述的射流孔或引射管的軸線與攪拌葉片以大於IO。相交。
6、 根據權利要求1所述的高效流體混合攪拌葉片單元，其特徵在 於所述的射流孔或引射管內軸線方向設置有擾流翅片(5)。
7、 根據權利要求1和2所述的高效流體混合攪拌葉片單元，其特 徵在於在實心攪拌葉片上設置有貫穿葉片厚度的一個或多個錐形射流 孔(7)或引射管(4),所述的混合器(2)通過支架連接在對應射流孔 或引射管位置。
8、 根據權利要求1和2所述的高效流體混合攪拌葉片單元，其特 徵在於在一側空心攪拌葉片正面設置有一個或多個錐形射流孔(7) 或引射管(4),所述的混合器(2)直接連接在對應射流孔或引射管位 置的另一側空心攪拌葉片背面。
9、 根據權利要求1和2所述的高效流體混合攪拌葉片單元，其特 徵在於在一側空心攪拌葉片背面設置有一個或多個錐形射流孔(7) 或引射管(4)，所述的混合器通過支架連接在對應射流孔或引射管位置 的同一側攪拌葉片背面。
10、 根據權利要求1所述的高效流體混合攪拌葉片單元，所述的混 合器為橫截面為圓形、橢圓形或其他封閉多邊形的管狀物，內裝靜態混 合元件，優選肯尼斯型混合元件。
全文摘要
本發明提供一種高效流體混合攪拌葉片單元，其基本結構包括均勻固定於攪拌器輪轂上的攪拌葉片，其特徵在於每個葉片上設置一個或多個錐形射流孔或引射管，葉片背面對應射流孔或引射管的位置設置混合器。本發明極大的提高了氣液的初級分散效果，由此得到的初級渦流體大幅的減小，提高了氣液傳質效果，節省了攪拌功率。同時，在葉片背側的射流和混合器所配合所形成的葉片背側的特定流場，可有效抑制「氣穴」形成。
文檔編號B01F7/18GK101190403SQ20071006176
公開日2008年6月4日 申請日期2007年4月27日 優先權日2007年4月27日
發明者民 方 申請人:民 方