本发明专利技术公开了一种易观测、多用途的搅拌式反应器装置，属于化学工程、生物工程和环境工程领域。本发明专利技术由罐体、搅拌系统、动力系统三部分组成。透明的罐体方便流场观测；罐体正面和右侧面配有有机玻璃夹套，防止粒子图像速度场仪实验时光在圆柱体折射产生的变形，后面与左侧面配有电极孔，便于测量温度、溶氧、pH和电导率等参数。罐体内部配有挡板、可调节高度的第二椭圆封头和通气环，可研究挡板型式和通气流量对搅拌流产的影响。搅拌系统可研究不同桨型及其组合的性能；轴顶端配有扭矩仪，便于测量轴扭矩。动力系统配有电机和减速机，便于调节转速。本发明专利技术能够方便全面地测定搅拌流场的各个参数，具有易观测、多用途的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种易观测、多用途的搅拌式反应器装置，属于化学工程、生物工程和环境工程领域。
技术介绍
搅拌设备在工业生产中应用广泛，很多化学反应过程、生物反应过程和物理工艺过程都需要用到搅拌操作。搅拌设备在许多场合是作为反应器来应用的，例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器，约占反应器总数的90％，在通风发酵领域也基本都要用到搅拌式反应器。考虑到搅拌设备应用的广泛性，其反应器内的流场性能及相关内构件的性能参数的研究是非常重要的。搅拌式反应器可根据用途和尺寸分为不同的型式，如实验室中3L～20L不等的小试罐型、数十升甚至数百升的中试罐型及数吨至数百吨的工业生产罐型。通常中大型反应器都是由高强度的材料制成，以保证其机械强度。而实验室中的小试罐则分为玻璃材质和不锈钢材质等材料。从流场实验的角度，玻璃材质的罐体是方便观测的。然而，利用实验室中玻璃罐体的反应器仅可以得到部分性能，如搅拌器的临界分散转速或气泛点、体积传质系数、混合时间等，受其结构所限，液速、功率等很多搅拌流场参数不能测量。搅拌式反应器流场测试的内容大致包括：单相流中搅拌流场流型的观测、搅拌轴功率的测定、搅拌流场流速的测定、混合时间、传热速率等；气液两相流中的临界分散转速、气泛点、气含率、通气搅拌功率溶氧体积传质系数等；液固两相流中的临界悬浮转速、混合时间、均一度等；气液固三相流中的上述各相参数。随着技术的发展，上述参数也基本能够得到准确的测量。使用玻璃罐体可以实现搅拌流型的观测，安装扭矩仪可以实现搅拌轴功率的测定，使用粒子图像速度场仪(ParticleImageVelocimetry，PIV)技术可以实现流速的测定，使用电导法或脱色法等可以实现混合时间的测定，使用非稳态法可以测定体积传质系数。目前，国内很多科研单位甚至企业都有了自己的冷模流场测试系统，但又都存在很大不足。因为这些单位的测试系统都是将圆柱罐体置于一个方形水池中以消除光的折射干扰，这样就给电极装置的接入带来极大的不便，也增加了装置的不稳定性。基于以上问题，本专利技术设计了一种易观测、多用途的搅拌式反应器装置。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术设计了一套新的搅拌反应器流场测试装置。该装置由罐体、搅拌系统和动力系统三部分组成，包含扭矩仪、电极孔、可移动椭圆封头、防折射玻璃夹套等构件，可以方便、全面地进行流场参数的测量。本专利技术采用了在反应器壁外围180度范围内安装了方形夹套，一方面解除了曲面观测变形的问题，另一方面保留有足够空间布置电极和测量参数。本专利技术的搅拌反应器装置由罐体、搅拌系统和动力系统三部分组成；所述罐体主要包含上部的圆柱形筒体、下部的第一椭圆封头及支座；所述圆柱形筒体由有机玻璃制成，圆柱形筒体的正面和右侧面配有平面的有机玻璃夹套，圆柱形主体的后面和/或左侧面安有电极孔，圆柱形筒体的内部安装有固定的或者能够拆卸的第二椭圆封头；所述动力系统包括电机和减速机；所述的搅拌系统包含搅拌轴、安装在搅拌轴上的搅拌器、联轴器、扭矩仪，扭矩仪安装在联轴器的上端。在一种实施方式中，下部的第一椭圆封头和支座由不锈钢制成。本专利技术的装置的罐体包含上部的圆柱形筒体和下部的第一椭圆封头及支座。圆柱形筒体由有机玻璃制成，可以直观方便的观测流场。搅拌流型、临界转速等参数都可通过观测法得到。底部的第一椭圆封头和支座由不锈钢制成，具有较高的机械强度。支座与底部的一块面积较大的钢板连接在一起，增加了整个装置的稳定性。在一种实施方式中，有机玻璃夹套配有入水口和出水口。在一种实施方式中，在圆柱形筒体的正面的有机玻璃夹套平面与在圆柱形筒体的右侧面的有机玻璃夹套平面连接且呈90°角；这两个平面的另一端分别通过其他平面与圆柱形筒体连接，且所述其他平面对圆柱形筒体的左侧面和后面的遮挡面积≤二分之一的圆柱形筒体的左侧面和后面的面积。这样的设置方式保证了有足够空间布置电极和测量参数。通过在圆柱形筒体的正面和右侧面配有平面的有机玻璃夹套，内部可以装入洁净的去离子水，以防止光的折射。这种设计是为粒子图像速度场仪(ParticleImageVelocimetry，PIV)系统准备的。使用PIV系统测流场速度时，激光从罐体的右侧面发射形成片光，照亮流场需要观测的区域，在罐体的正面安装一架可快速连拍的高速相机，通过拍到的两张照片之间的示踪粒子的位移及时间计算液速。本专利技术所述装置的设计恰好能使用PIV测速技术实现流场速度的精确测量。在一种实施方式中，所述电极孔包括以下任意一种或者多种：温度电极孔、溶氧(DissolvedOxygen，DO)电极孔、pH电极插孔、电导电极插孔。在一种实施方式中，电极孔在数量和轴向位置上可以不同。在一种实施方式中，电极孔的个数一般在2～6之间。通过在圆柱形筒体的后面和左侧面各有一列电极插孔，可以插入温度、DO、pH或电导等电极，从而进行流场内不同轴向位置的温度、DO、pH或电导率等参数的测量。通过这些参数的变化，可以计算得到体积传质系数、传热速率、混合时间等数据。在一种实施方式中，所述第二椭圆封头的安装高度是能够调节的。在一种实施方式中，所述第二椭圆封头为有机玻璃材质。本专利技术可以在罐体内部根据需要配置一块有机玻璃制成的、安装高度可调节的第二椭圆封头，安装该第二椭圆封头的目的是可以方便地测出封头区域的流速分布及流型型式。玻璃封头与罐壁的缝隙用玻璃胶等材质填充。在一种实施方式中，圆柱形筒体的内部有安装高度能够调整的挡板。在一种实施方式中，所述挡板为有机玻璃材质。在一种实施方式中，所述挡板有四块。在一种实施方式中，所述挡板在圆柱形筒体内部均匀分布，挡板的型式和材质可根据需要选配。在一种实施方式中，不研究挡板型式的影响时，可使用标准的长方体挡板。挡板的宽度为罐径的1/10，材质为透明的有机玻璃。罐体内部装配有四块挡板以满足全挡板条件。本专利技术中，挡板可以配合第二椭圆封头的位置调整安装高度。也可选用不同型式挡板以研究挡板型式对流场的影响。使用PIV系统测流场速度时，挡板由有机玻璃制成，使流场透明，从而不影响流场速度的测定。在一种实施方式中，圆柱形筒体的内部装配有一根固定的或者可拆卸的分布有多个通气孔的气体分布环。本专利技术中，气体分布环可以向搅拌流场中输入空气或其他气体。在一种实施方式中，所述通气孔的的数量一般在6～12之间。通气流量可通过气体流量计调节。在一种实施方式中，气体分布环与一根由罐口伸入的管道连接，该管道末端装有气体流量计及减压阀，再通过管道与空压机连接。在一种实施方式中，在测量单相流场时，可将气体分布环取出。在一种实施方式中，所述的动力系统包括电机和减速机。本专利技术中，电机提供搅拌器旋转所需要的动力，减速机可以控制搅拌过程的转速。在一种实施方式中，所述的搅拌系统包含搅拌轴、安装在搅拌轴上的搅拌器。在一种实施方式中，所述搅拌器为单层搅拌器或者多层搅拌器。本专利技术中，搅拌系统中既可以安装单层搅拌器，也可以安装多层搅拌器的组合，搅拌器的层数一般在1～5之间，以实现搅拌器对流场影响的研究和测定不同搅拌器及其组合的性能参数。在一种实施方式中，所述搅拌器可以是径向流搅拌器，也可以是轴向流搅拌器，或者多种搅拌器的组合。在一种实施方式中，所述扭矩仪为应变式扭矩仪。应变式扭矩仪可以测定轴扭矩的大小。在一种实施方式中，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种搅拌反应器装置，其特征在于，所述搅拌反应器装置由罐体、搅拌系统和动力系统三部分组成；所述罐体主要包含上部的圆柱形筒体、下部的第一椭圆封头及支座；所述圆柱形筒体由有机玻璃制成，圆柱形筒体的正面和右侧面配有平面的有机玻璃夹套，圆柱形筒体的后面和/或左侧面安有电极孔，圆柱形筒体的内部安装有固定的或者能够拆卸的第二椭圆封头；所述动力系统包括电机和减速机；所述的搅拌系统包含搅拌轴、安装在搅拌轴上的搅拌器、联轴器、扭矩仪，扭矩仪安装在联轴器的上端。
【技术特征摘要】
1.一种搅拌反应器装置，其特征在于，所述搅拌反应器装置由罐体、搅拌系统和动力系统三部分组成；所述罐体主要包含上部的圆柱形筒体、下部的第一椭圆封头及支座；所述圆柱形筒体由有机玻璃制成，圆柱形筒体的正面和右侧面配有平面的有机玻璃夹套，圆柱形筒体的后面和/或左侧面安有电极孔，圆柱形筒体的内部安装有固定的或者能够拆卸的第二椭圆封头；所述动力系统包括电机和减速机；所述的搅拌系统包含搅拌轴、安装在搅拌轴上的搅拌器、联轴器、扭矩仪，扭矩仪安装在联轴器的上端。2.根据权利要求1所述的搅拌反应器装置，其特征在于，所述圆柱形筒体的内部有安装高度能够调整的挡板。3.根据权利要求2所述的搅拌反应器装置，其特征在于，所述挡板为有机玻璃材质。4.根据权利要求1所述的搅拌反应器装置，其特征在于，所述电极孔包括以下任意一种或者多种：温度电极孔、溶氧电极孔、pH电极插孔、电导...
【专利技术属性】
技术研发人员：章金元，孙东东，郑志永，詹晓北，高敏杰，
申请(专利权)人：镇江东方生物工程设备技术有限责任公司，江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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