[发明专利]一种高效自吸式搅拌装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型自吸式搅拌装置，特别适用于化工、生工、制药、环保等行业的气-液、气-液-固等非均相化学反应过程，如催化加氢、生物发酵、污水处理等等。

背景技术

对于有气体参与的气-液、气-液-固等非均相化学反应过程，传统反应器类型有填充塔/滴流床反应器、鼓泡塔/气升式反应器、机械搅拌反应器等。其中，填充塔/滴流床反应器气体利用率较高，但压降较小、传热性能较差、液相滞留时间灵活性差，也不适合于介质中含有固体的工况。鼓泡塔或气升式反应器具有较好的传质性能，气体处理量较大，但所需的压降也较高；在有固相参与反应的场合，为使固体粒子充分分散，需要形成液体的外循环，未反应的气体也需要外部气体压缩机处理，因此，设备成本较高，仅在大规模工业生产中比较经济；结合气体分布器的使用，采用机械搅拌反应器是目前在该领域应用最多的反应设备，其传热传质性能较好，可实现较好的固体颗粒的悬浮效果，而缺点在于，其气体利用能力较低，未反应的循环气体需要增设气体输送装置进行处理；而当气体处理量较大时，容易产生气泛现象，导致气体分散效果不好，气液传质系数和反应速率受到很大的影响。

自吸式搅拌器的工作原理是利用搅拌器空心叶轮在高速旋转时形成离心力，将空心叶轮空腔液体快速甩出的同时形成局部负压，从而将反应器上部气相空间的气体吸入液相，并进行气体分散。与传统反应器类型相比，自吸式搅拌反应器以其可以通过内循环往复吸入未反应的气体、传质速率高、不需使用额外的气体输送装置，大大节省设备成本和操作费用，得到越来越广泛的关注和应用。

现有的自吸式搅拌型式大多为圆盘涡轮式，在空心轴上设置进气口。如专利ZL97226395.0发明了一种涡轮桨自吸式搅拌器，包括带吸气孔的接头、与接头连接的空心转轴、垂直固定在空心转轴下端并与其连通的返回管、返回管外壁上固定与空心转轴平行的左右叶片；专利ZL99232050.X发明了一种气液反应加速增效装置，该装置包括气液反应釜、装于反应釜内的与电动机连接且其上有叶轮的空心搅拌轴，在空心轴周边上有若干小孔；专利ZL200810238197.7发明了一种反应釜自吸式搅拌器，其特征在于，传动轴上开有导气孔，搅拌叶轮由圆环平衡板和带有气体通道的渐变宽弧形弯叶构成。

现有自吸式搅拌器的主要缺点在于，采用圆盘式桨叶型式，搅拌功耗较大，气体吸入的临界转速较高；采用单一自吸式桨叶，二次分散过程弱化，气泡尺寸较大，且整体介质混合效果相对不足；搅拌介质中含有固相颗粒时，悬固效果差，固体颗粒易于沉积在反应釜底部；循环进气孔开设在空心轴上，削弱了空心轴的刚度和强度，高速运行时有一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效自吸式搅拌装置，可以充分满足气-液-固非均相反应过程的要求。

为实现上述目的所采取的技术方案是：一种高效自吸式搅拌装置，包括驱动装置，其特征在于，所述驱动装置连接并带动空心搅拌轴，所述空心搅拌轴依次设有上层辅助搅拌桨、自吸式搅拌桨、下层辅助搅拌桨，自吸式搅拌桨与空心搅拌轴固连且相互连通。

进一步的，所述驱动装置包括减速电机，所述减速电机与联轴器相连，并分别固定在机架上，所述联轴器与传动轴相连，所述传动轴外部依次与轴承盒、机封连接，并通过机架与安装底板固定，所述传动轴一端通过联轴法兰用紧固件与空心搅拌轴连接。

进一步的，所述空心搅拌轴焊有开进气孔的联轴法兰，进气孔数量为二～十个，优选四～六个；

进一步的，空心搅拌轴下端部封闭；空心搅拌轴通过联轴法兰用紧固件和传动轴进行连接。

进一步的，所述自吸式搅拌桨为变径管式搅拌桨，搅拌管的横截面积沿周向向外逐渐变小；变径搅拌桨的搅拌管的数量为二～八个，优选四个，周向均布，或对称分布。

进一步的，自吸式变径管式搅拌桨与空心搅拌轴垂直固连且相互连通；

进一步的，自吸式变径管式搅拌桨的出口端面与搅拌切线方向呈45°，出口朝向背液面；

进一步的，自吸式变径管式搅拌桨的出口端面用椭圆形状的盖板封住，椭圆形状的盖板上开有呈发散性分布的出气孔，出气孔的直径为0.2～5mm，优选0.5～2mm出气孔的总面积应占椭圆形状的盖板面积的40～80%；在自吸式变径管式搅拌桨的背液面侧开有呈线性分布的出气孔，出气孔直径为0.5～8mm，优选1～3mm。进一步的，所述辅助搅拌桨包括分别置于变径管式搅拌桨的上部和下部的两种搅拌桨的一种或两种。