專利名稱：一種葉片型表面曝氣裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種需要表面曝氣的機械攪拌裝置，特別涉及一種葉片型表面曝氣裝置，廣泛適用于石油化工、環境工程、生物以及制藥等行業。
背景技術：
通常使用的Rushton表面曝氣槳，由中心圓盤和六片攪拌葉片組成，攪拌葉片垂向安裝在中心圓盤上，在表面曝氣過程中，由于Rushton表面曝氣槳的直徑較大，其中心圓盤的直徑和面積也較大，對氣體的吸入有阻礙作用；同時，攪拌葉片作用面積小，對液體的推動和擾動作用小，表面曝氣能力要受到一定的影響；曝氣過程中，Rushton表面曝氣槳在氣液自由表面附近旋轉，槳葉上方的壓力基本均勻，對氣相無明顯的吸入作用，吸入的氣體僅在葉片邊緣被湍流和剪切力破碎。上述缺陷導致該類型的表面曝氣槳排液量小，吸入氣量低，氣泡體積大，氣液傳質性能差，表面曝氣效率低。
發明內容
本發明的目的在于克服上述表面曝氣槳的缺陷，提供一種排液量大，徑向射流性能強，吸氣壓差大，氣體吸入面積大，阻礙小，氣泡破碎效果好，氣液傳質性能強，表面曝氣效率高的葉片型表面曝氣裝置。
本發明的技術方案如下本發明提供的葉片型表面曝氣裝置，包括一攪拌槽、一垂向放置在攪拌槽中心處的攪拌軸3及安裝在攪拌軸3上的繞軸自旋的自旋自浮圓形擋板2和曝氣攪拌槳1，所述曝氣攪拌槳1位于自旋自浮圓形擋板2的下方其特征在于，所述曝氣攪拌槳1位于自旋自浮圓形擋板2的下方，由垂向葉片12和水平圓環11組成，垂向葉片12均布于水平圓環11的上表面上，其功能是增強槳的泵送能力；所述自旋自浮圓形擋板2的直徑小于攪拌槽內徑，不小于表面曝氣槳外徑；所述曝氣攪拌槳1為葉片型表面曝氣槳，其上的垂向葉片12為直板型葉片或弧板型形葉片，數目為6-12片，垂向葉片12外緣與水平圓環11外緣對齊，水平圓環11內徑為其外徑的40-80％；所述自旋自浮圓形擋板2上設有透氣孔71，在透氣孔71位于表面曝氣槳1旋轉方向上游方的一側向下安裝圓形或方形舌片8，舌片8向表面曝氣槳旋轉方向的下游方傾斜，與水平面呈30°-60°傾角，舌片8的面積為透氣孔71面積總和的0.8-2倍；所述自旋自浮圓形擋板2上設有徑向透氣槽72，在透氣槽72位于表面曝氣槳旋轉方向上游方的一側向下安裝方形槽片81，方形槽片81向表面曝氣槳旋轉方向的下游方傾斜，與水平面呈30°-60°傾角，方形槽片81長度與透氣槽72長度相同，高度為自身寬度的0.5-1.5倍所述自旋自浮圓形擋板2也可由與水平面成10°-60°傾角的扇形片組成；所述自旋自浮圓形擋板2上所設透氣孔71的總透氣面積為自身面積的15-80％；所述自旋自浮圓形擋板2上所設透氣槽72的總透氣面積為自身面積的15-80％；所述自旋自浮圓形擋板2的中央向上凸起呈倒圓錐杯形或向下凹下呈正圓錐杯形，其錐角為150°-210°；所述自旋自浮圓形擋板2與表面曝氣攪拌槳1之間的攪拌軸3上還可固定安裝限位套、限位塊或限位銷釘。
本發明提供的葉片型表面曝氣裝置，其工作原理是葉片型表面曝氣攪拌槳與位于其上方的自旋自浮圓形擋板形成類似離心泵的工作空間，強化了曝氣裝置的徑向射流性能，增大了裝置的排液量，使氣體的吸入壓差增加；葉片型表面曝氣攪拌槳葉片作用面積大，對液體的推動能力強，強化了液面的波動效果；葉片型表面曝氣攪拌槳無中心圓盤結構，氣體的吸入面積大，也有利液體的循環流動；此外，自旋自浮圓形擋板將葉片型表面曝氣攪拌槳與氣相相對屏蔽，并沿徑向形成壓差，使得葉片型表面曝氣攪拌槳的曝氣能力增強；在槳葉排出液流的推動下，自旋自浮圓形擋板沿攪拌軸旋轉，并在自旋自浮圓形擋板和葉片型表面曝氣攪拌槳間產生適度的剪切力，使得氣泡得到有效破碎。
總之，本發明提供的葉片型表面曝氣裝置具有排液量大，徑向射流性能強，吸氣壓差大，氣體吸入面積大，阻礙小，氣泡破碎效果好，氣液傳質性能強，表面曝氣效率高的特性。
圖1為Rushton槳表面曝氣裝置結構示意圖。
圖2和圖3為葉片型表面曝氣攪拌槳的結構示意圖。
圖4為本發明一實施例結構示意圖。
圖5為本發明又一實施例結構示意圖。
圖6為本發明另一實施例結構示意圖。
圖7為本發明再一實施例結構示意圖。
其中葉片型表面曝氣槳1自旋自浮擋板2攪拌軸3
攪拌槽擋板4 液面5限位環6限位塊61 限位銷釘62 氣孔71透氣槽72 舌片8槽片81曝氣槳圓環11 直葉片12 弧形葉片13扇形片具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例進一步描述本發明附圖1為Rushton槳表面曝氣裝置結構示意圖；附圖2為葉片型表面曝氣攪拌槳的結構示意圖；由圖知，本發明提供的葉片型表面曝氣裝置，包括攪拌軸3及安裝固定在攪拌軸3上的繞軸自旋的自旋自浮圓形擋板2和曝氣攪拌槳1，所述曝氣攪拌槳1位于自旋自浮圓形擋板2的下方，由垂向葉片12和水平圓環11組成，垂向葉片12均布于水平圓環11的上表面上，其功能是增強槳的泵送能力；所述自旋自浮圓形擋板2的直徑小于攪拌槽內徑，大于或等于表面曝氣槳外徑；所述曝氣攪拌槳1為葉片型表面曝氣槳，其上的垂向葉片12為直板型葉片或弧板型形葉片，數目為6-12片，垂向葉片12外緣與水平圓環11外緣對齊，水平圓環11內徑為其外徑的40-80％；自旋自浮圓形擋板2的直徑小于攪拌槽內徑，不小于表面曝氣槳1外徑；所述自旋自浮圓形擋板2上設有透氣孔71，在透氣孔71位于表面曝氣槳1旋轉方向上游方的一側向下安裝圓形或方形舌片8，舌片8向表面曝氣槳1旋轉方向的下游方傾斜，與水平面呈30°-60°傾角，舌片面積為透氣孔面積的0.8-2倍，自旋自浮圓形擋板2上所設透氣孔71的總透氣面積為自旋自浮擋板2面積的15-80％；所述自旋自浮圓形擋板2上還可設有徑向透氣槽72，在透氣槽72位于表面曝氣槳1旋轉方向上游方的一側向下安裝傾斜的方形槽片81，槽片81向表面曝氣槳1旋轉方向的下游方傾斜，與水平面呈30°-60°傾角，槽片81長度與透氣槽72長度相同，高度為透氣槽72寬度的0.5-1.5倍，自旋自浮擋板2上所設透氣槽72的總透氣面積為自旋自浮擋板2面積的15-80％；所述自旋自浮圓形擋板2還可由與水平面成10°-60°度傾角的扇形片21組成；上述自旋自浮圓形擋板2的中央向上凸起呈倒圓錐杯形，或向下凹進呈圓錐杯形，其錐角為150°-210°；自旋自浮圓形擋板2與表面曝氣槳1之間的攪拌軸3上固定安裝限位環6、限位塊61或限位銷釘62。
實施例1針對氣液兩相體系，在內徑φ380mm，高600mm，有4個攪拌槽擋板4的圓柱形攪拌槽中，介質為水，槽內液位高380mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發明的葉片型表面曝氣攪拌槳，槳直徑均為190mm，浸沒深度90mm。在攪拌轉速為76r/min時，Rushton表面曝氣裝置(如圖1)的攪拌功耗為3.2W。采用本發明的葉片型表面曝氣裝置(如圖3)，本實施例的葉片型表面曝氣攪拌槳的葉片為直板型葉片，葉片數目為6，水平圓環11內徑為其外徑的40％，自旋自浮擋板2的直徑為210mm，由與水平面成10°、20°、30°和60°傾角的扇形片21組成，扇形片21的數目為12片，攪拌功率分別為2.3W、2.4W、2.4W和2.5W，較Rushton表面曝氣裝置的攪拌功耗減小21.9％-28.1％。自旋自浮擋板2與葉片型表面曝氣攪拌槳1之間的攪拌軸3上固定安裝限位銷釘62。
實施例2針對氣液兩相體系，在結構和尺寸同實施例1的圓柱形攪拌槽中，介質為水，槽內液位高380mm，表面曝氣槳1，分別采用Rushton表面曝氣槳和本發明的葉片型表面曝氣攪拌槳，槳直徑均為190mm，浸沒深度90mm。以濃度為0.5mol/L的亞硫酸鈉溶液作流加試劑，采用流加亞硫酸鈉法測定氣液體積傳質系數。在攪拌功耗為50.7-140.7W的范圍內，Rushton表面曝氣裝置(如圖1)的氣液體積傳質系數為0.021-0.093s-1；采用本發明的葉片型表面曝氣裝置(如圖4)，本實施例的葉片型表面曝氣攪拌槳的葉片為弧板型葉片，葉片數目為6，水平圓環11內徑為其外徑的40％。自旋自浮擋板2由與水平面成30°傾角的扇形片21組成，扇形片21的數目為12片，自旋自浮擋板2的直徑為210mm。自旋自浮圓形擋板的中央向上凸起呈倒圓錐杯形(當然也可向下凹進呈圓錐杯形)，其錐角為150°、170°、190°或210°；測得氣液傳質系數范圍為0.027-0.11s-1，增大了19.0％-29.0％，自旋自浮擋板2與葉片型表面曝氣攪拌槳1之間的攪拌軸3上固定安裝限位銷釘62。
實施例3針對氣液兩相體系，在內徑φ380mm，高600mm，有4個攪拌槽擋板4的圓柱形攪拌槽中，介質為水，槽內液位高380mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發明的葉片型表面曝氣攪拌槳，槳直徑均為190mm，浸沒深度90mm。以濃度為0.5mol/L的亞硫酸鈉溶液作流加試劑，采用流加亞硫酸鈉法測定氣液體積傳質系數。在攪拌功耗為106W時，Rushton表面曝氣裝置(如圖1)的氣液體積傳質系數為0.076s-1；采用本發明的葉片型表面曝氣裝置(如圖5)，本實施例的葉片型表面曝氣攪拌槳的葉片為直板型葉片，葉片數目為12，水平圓環11內徑為其外徑的80％，自旋自浮擋板2的直徑為210mm，自旋自浮圓形擋板2上有徑向透氣槽72，在透氣槽72位于表面曝氣槳1旋轉方向上游方的一側向下安裝傾斜的方形槽片81，槽片向表面曝氣槳旋轉方向的下游方傾斜，與水平面呈30°傾角，槽片長度與透氣槽72長度相同，高度為透氣槽72寬度的0.5(也可為1.5、1或1.2)倍，當自旋自浮圓形擋板2上所設透氣槽72的總透氣面積為自旋自浮圓形擋板2面積的15％、50％、70％或80％時，氣液體積傳質系數為0.079s-1、0.083s-1、0.088s-1和0.096s-1，其氣液體積傳質系數增大了3.9％-26.3％；當槽片與水平面呈40°傾角，自旋自浮圓形擋板2上所設透氣槽72的總透氣面積為自旋自浮圓形擋板2面積的15％、50％、70％或80％時，氣液體積傳質系數為0.081s-1、0.086s-1、0.092s-1和0.099s-1，其氣液體積傳質系數增大了6.6％-30.3％；當槽片與水平面呈50°傾角，自旋自浮圓形擋板2上所設透氣槽72的總透氣面積為自旋自浮圓形擋板2面積的15％、50％、70％或80％時，氣液體積傳質系數為0.082s-1、0.085s-1、0.093s-1和0.10s-1，其氣液體積傳質系數增大了7.9％-31.6％；當槽片與水平面呈60°傾角，自旋自浮圓形擋板2上所設透氣槽72的總透氣面積為自旋自浮圓形擋板2面積的15％、50％、70％或80％時，氣液體積傳質系數為0.084s-1、0.089s-1、0.098s-1和0.106s-1，其氣液體積傳質系數增大了10.5％-39.5％。自旋自浮圓形擋板2與葉片型表面曝氣槳1之間的攪拌軸3上固定安裝限位塊61。
實施例4針對氣液兩相體系，在內徑φ380mm，高600mm，有4個攪拌槽擋板4的圓柱形攪拌槽中，介質為水，槽內液位高380mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發明的葉片型表面曝氣攪拌槳，槳直徑均為190mm，浸沒深度90mm。以濃度為0.5mol/L的亞硫酸鈉溶液作流加試劑，采用流加亞硫酸鈉法測定氣液體積傳質系數。在攪拌功耗為92.6W時，Rushton表面曝氣裝置(如圖1)的氣液體積傳質系數為0.068s-1；采用本發明的葉片型表面曝氣裝置(如圖6)，本實施例的葉片型表面曝氣攪拌槳的葉片為弧板型葉片，葉片數目為12，水平圓環11內徑為其外徑的80％，自旋自浮擋板2的直徑為210mm，自旋自浮圓形擋板2上有透氣孔71，在透氣孔71位于表面曝氣槳1旋轉方向上游方的一側向下安裝圓形舌片8(舌片8也可為方形)，舌片8向表面曝氣槳1旋轉方向的下游方傾斜，與水平面呈30°傾角，當自旋自浮圓形擋板2上所設透氣孔71的總透氣面積為自旋自浮圓形擋板2的15％、50％、70％或80％時，氣液體積傳質系數為0.071s-1、0.074s-1、0.078s-1和0.083s-1，其氣液體積傳質系數增大了4.4％-22.0％；當舌片8與水平面呈40°傾角，自旋自浮圓形擋板2上所設透氣孔71的總透氣面積為自旋自浮圓形擋板2的15％、50％、70％或80％時，氣液體積傳質系數為0.072s-1、0.077s-1、0.080s-1和0.084s-1，其氣液體積傳質系數增大了5.9％-23.5％；當舌片8與水平面呈50°傾角，自旋自浮圓形擋板2上所設透氣孔71的總透氣面積為自旋自浮圓形擋板2的15％、50％、70％或80％時，氣液體積傳質系數為0.073s-1、0.076s-1、0.083s-1和自旋自浮圓形擋板2上所設透氣孔71的總透氣面積為自旋自浮圓形擋板2的15％、50％、70％或80％時，氣液體積傳質系數為0.073s-1、0.077s-1、0.086s-1和0.091s-1，其氣液體積傳質系數增大了7.3％-33.8％。自旋自浮圓形擋板2與葉片型表面曝氣槳1之間的攪拌軸3上固定安裝限位環6。
權利要求
1.一種葉片型表面曝氣裝置，包括一攪拌槽、一垂向放置在攪拌槽中心處的攪拌軸(3)及安裝在攪拌軸(3)上的繞軸自旋的自旋自浮圓形擋板(2)和曝氣攪拌槳(1)，所述曝氣攪拌槳(1)位于自旋自浮圓形擋板(2)的下方，其特征在于，所述曝氣攪拌槳(1)為葉片型表面曝氣槳，由垂向葉片(12)和水平圓環(11)組成，垂向葉片(12)均布于水平圓環(11)的上表面上。
2.按權利要求1所述的葉片型表面曝氣裝置，其特征在于所述的垂向葉片(12)為直板型葉片或弧板型形葉片，數目為6-12片，垂向葉片(12)外緣與水平圓環(11)外緣對齊，水平圓環(11)內徑為其外徑的40-80％。
3.按權利要求1所述的葉片型表面曝氣裝置，其特征在于所述自旋自浮圓形擋板(2)上設有透氣孔(71)，在透氣孔(71)位于表面曝氣槳(1)旋轉方向上游方的一側向下安裝圓形或方形舌片(8)，舌片(8)向表面曝氣槳旋轉方向的下游方傾斜，與水平面呈30°-60°傾角，舌片(8)的面積為透氣孔(71)面積總和的0.8-2倍。
4.按權利要求1所述的葉片型表面曝氣裝置，其特征在于所述自旋自浮圓形擋板(2)上設有徑向透氣槽(72)，在透氣槽(72)位于表面曝氣槳旋轉方向上游方的一側向下安裝方形槽片(81)，方形槽片(81)向表面曝氣槳旋轉方向的下游方傾斜，與水平面呈30°-60°傾角，方形槽片(81)長度與透氣槽(72)長度相同，高度為自身寬度的0.5-1.5倍。
5.按權利要求1所述的葉片型表面曝氣裝置，其特征在于所述自旋自浮圓形擋板(1)由與水平面成10°-60°傾角的扇形片組成。
6.按權利要求3所述的葉片型表面曝氣裝置，其特征在于所述自旋自浮圓形擋板(2)上所設透氣孔(71)的總透氣面積為自身面積的15-80％。
7.按權利要求4所述的葉片型表面曝氣裝置，其特征在于所述自旋自浮圓形擋板(2)上所設透氣槽(72)的總透氣面積為自身面積的15-80％。
8.按權利要求1所述的葉片型表面曝氣裝置，其特征在于所述自旋自浮圓形擋板(2)的中央向上凸起呈倒圓錐杯形或向下凹下呈正圓錐杯形，其錐角為150°-210°。
9.按權利要求5所述的葉片型表面曝氣裝置，其特征在于所述自旋自浮圓形擋板(2)的中央向上凸起呈倒圓錐杯形或向下凹下呈正圓錐杯形，其錐角為150°-210°。
10.按權利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的葉片型表面曝氣裝置，其特征在于自旋自浮圓形擋板(2)與表面曝氣攪拌槳(1)之間的攪拌軸上固定安裝限位套、限位塊或限位銷釘。
全文摘要
本發明的葉片型表面曝氣裝置，特征是葉片型表面曝氣攪拌槳無中心圓盤結構，由葉片和圓環組成，圓環位于葉片的下方；在葉片型表面曝氣攪拌槳上方的攪拌軸上安裝一可沿攪拌軸自旋自浮擋板，自旋自浮擋板的直徑小于攪拌槽內徑，不小于表面曝氣槳外徑；自旋自浮圓形擋板上設有透氣孔、徑向透氣槽或由與水平面呈傾角的扇形片組成，由扇形片組成的自旋自浮擋板的中央向上凸起呈倒圓錐杯形或向下凹下呈圓錐杯形，表面曝氣槳上方攪拌軸上固定安裝有限位環、限位塊或限位銷釘。本發明具有排液量大，徑向射流性能強，吸氣壓差大，氣體吸入面積大，阻礙小，氣泡破碎效果好，氣液傳質性能強，表面曝氣效率高等優點。
文檔編號B01F7/18GK1607187SQ20031010016
公開日2005年4月20日 申請日期2003年10月15日 優先權日2003年10月15日
發明者禹耕之, 毛在砂, 楊超 申請人:中國科學院過程工程研究所