一种顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器及搅拌方法技术

本发明专利技术涉及一种顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器及搅拌方法，属于搅拌反应器技术领域。本发明专利技术拓扑混合搅拌反应器包括搅拌反应器、空心轴、进气管、往复泵、搅拌喷嘴，搅拌反应器为竖直设置的圆柱形罐体，搅拌反应器的顶端设置有可拆卸的保护盖，搅拌反应器的底部开设有排液口，排液口外接排液管，保护盖开设有搅拌轴通孔和排气口，空心轴竖直向下穿过搅拌轴通孔并延伸至搅拌反应器的内部腔体底部，空心轴顶端与进气管的端头连通，进气管的另一端外接往复泵，搅拌喷嘴固定设置在空心轴的底端，搅拌喷嘴为拓扑环结构。本发明专利技术利用拓扑环结构搅拌喷嘴的分流作用，使气体在拓扑环下端引起旋流，可防止固体沉积，提高搅拌效率。

A topological hybrid stirred reactor driven by top blowing swirl and its stirring method

【技术实现步骤摘要】
一种顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器及搅拌方法
本专利技术涉及一种顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器及搅拌方法，属于搅拌反应

技术介绍
搅拌混合是许多研究过程和工艺技术的关键步骤，涉及多个领域，例如冶金、化工等。尤其是在冶金过程中，以搅拌来增强扰动尤为关键。由于冶金熔池熔炼过程中内部温度超过1000℃，因此目前对熔池内部气液固多相混合行为的研究主要是采用物理模型法和数值模拟法，其中物理模型法主要有三种，即顶吹、侧吹和底吹气体搅拌方式。以水模型法研究顶吹为例，目前国内外学者大多从改变进气量以及改变喷枪插入深度来研究搅拌效果。在湿法冶金搅拌浸出过程中，为了强化混合效果，通常需要对工质进行搅拌，目前为了强化搅拌效果，很多学者对搅拌桨的形状做了较多研究，目前常见的搅拌桨形状主要是弧形。但是，在化工领域，气液固两相或多相混合过程更为常见，搅拌器的搅拌效率低，混匀时间较长。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器及搅拌方法，本专利技术通过模仿生物心脏泵血工作原理对工质进行顶吹气搅拌，往复泵和单向阀既可以提供类似心脏的工作原理，又能达到节能的效果；往复泵、温度传感器、计算机和变频器形成闭环回路，模仿整个人体的自我调节过程，实时改变反应器内部顶吹效果，气体通过拓扑环搅拌喷嘴在出口处形成内旋流，提高搅拌效率。一种顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器，包括搅拌反应器12、空心轴6、进气管2、往复泵1、搅拌喷嘴10，搅拌反应器12为竖直设置的圆柱形罐体，搅拌反应器12的顶端设置有可拆卸的保护盖8，搅拌反应器12的底部开设有排液口11，排液口11外接排液管，保护盖8的中心开设有搅拌轴通孔，保护盖8开设有排气口7且排气口7位于搅拌轴通孔的一侧，空心轴6竖直向下穿过搅拌轴通孔并延伸至搅拌反应器12的内部腔体底部，空心轴6顶端与进气管2的端头连通，进气管2的另一端外接往复泵1，搅拌喷嘴10固定设置在空心轴6的底端，搅拌喷嘴10为拓扑环结构。所述顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器还包括单向阀3，单向阀3设置在进气管2上。单向阀避免往复泵在压缩阶段气体回流，与心脏瓣膜功能类似；所述顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器还包括电导率仪、温度传感器、计算机、变频器，电导率仪和温度传感器的探头均穿过搅拌反应器12中部的侧壁并延伸至搅拌反应器12的腔体内，电导率仪和温度传感器通过数据线与计算机连接，变频器的信号接收模块与计算机连接，变频器的信号发送模块与往复泵1连接。计算机控制变频器的频率而控制往复泵的往复频率，气体再通过单向阀以后与心脏泵血效果一样，使进气管和空心轴内充满顶吹气体，达到仿生目的。所述保护盖8顶端还设置有把手9，往复泵1为变频柱塞泵。所述顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器还包括转接头4，进气管2的端头通过转接头4与空心轴6顶端连通。所述搅拌反应器12的内径为600~700mm，高度为1000~1100mm。所述搅拌喷嘴10的出口距搅拌反应器12内部腔体底部的距离100~110mm，搅拌喷嘴10的长度为25~30mm。本专利技术顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器通过计算机设定预期反应温度，然后计算需要的顶吹气量，通过变频器给与往复泵所需的频率，然后利用温度传感器实时监测反应器内部温度变化，及时反馈给计算机计算所需的顶吹气量，然后改变往复泵频率，直至反应器内部达到稳定状态；即模仿人体皮肤根据环境温度来改变身体的发热量，达到仿生效果。顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌方法，采用顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器，具体步骤如下：（1）将工质加入到搅拌反应器内，将搅拌喷嘴固定设置在空心轴的底端并将空心轴的顶端穿过保护盖的搅拌轴通孔，再将保护盖安装设置在搅拌反应器顶端，依次将空心轴的顶端、转接头、进气管和往复泵连接形成顶吹气体通道；（2）将电导率仪和温度传感器的探头穿过搅拌反应器中部的侧壁使其延伸至搅拌反应器的腔体内，再将电导率仪和温度传感器通过数据线与计算机连接，变频器的信号接收模块与计算机连接，变频器的信号发送模块与往复泵连接形成往复泵频率仿生控制单元以实现实时自我调节；（3）计算机控制界面设置反应温度并发送信号给变频器，控制往复泵的往复频率，开启顶吹搅拌模式，电导率仪的探头收集搅拌反应器内工质的电导率并通过数据线将电导率仪收集的工质电导率数据传输给计算机，计算机通过工质电导率变化判定搅拌反应器内工质的搅拌状态，温度传感器的探头收集搅拌反应器内工质的温度数据并通过数据线将温度传感器收集的工质温度数据传输给计算机，计算机根据工质的温度变化发送信号给变频器，控制往复泵的往复频率以调节气体的流量。本专利技术的有益效果是：本专利技术顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器通过模仿生物心脏泵血工作原理对工质进行顶吹气搅拌，往复泵和单向阀既可以提供类似心脏的工作原理，又能达到节能的效果；往复泵、温度传感器、计算机和变频器形成闭环回路，模仿整个人体的自我调节过程，实时改变反应器内部顶吹效果，气体通过拓扑环搅拌喷嘴在出口处形成内旋流，提高搅拌效率。附图说明图1为顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器的结构示意图；图2为转接头示意图；图中，1-往复泵、2-进气管、3-单向阀、4-转接头、5-支架、6-空心轴、7-排气口、8-保护盖、9-把手、10-搅拌喷嘴、11-排液口、12-搅拌反应器、13-底座。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：如图1所示，一种顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器，包括搅拌反应器12、空心轴6、进气管2、往复泵1、搅拌喷嘴10，搅拌反应器12为竖直设置的圆柱形罐体，搅拌反应器12的顶端设置有可拆卸的保护盖8，搅拌反应器12的底部开设有排液口11，排液口11外接排液管，保护盖8的中心开设有搅拌轴通孔，保护盖8开设有排气口7且排气口7位于搅拌轴通孔的一侧，空心轴6竖直向下穿过搅拌轴通孔并延伸至搅拌反应器12的内部腔体底部，空心轴6顶端与进气管2的端头连通，进气管2的另一端外接往复泵1，搅拌喷嘴10固定设置在空心轴6的底端，搅拌喷嘴10为拓扑环结构；气体穿过拓扑环结构的搅拌喷嘴后对混合搅拌反应器内的工质进行顶吹，由于拓扑环两边的路径不一样和拓扑环的分流作用，同一时间到达拓扑环的气体在拓扑环下端引起旋流，造成混合搅拌反应器内工质旋流进行搅拌，旋流可防止固体沉积，提高搅拌效率；顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器还包括单向阀3，单向阀3设置在进气管2上，单向阀避免往复泵在压缩阶段气体回流，与心脏瓣膜功能类似；顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器还包括电导率仪、温度传感器、计算机、变频器，电导率仪和温度传感器的探头均穿过搅拌反应器12中部的侧壁并延伸至搅拌反应器12的腔体内，电导率仪和温度传感器通过数据线与计算机连接，变频器的信号接收模块与计算机连接，变频器的信号发送模块与往复泵1连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器，其特征在于：包括搅拌反应器（12）、空心轴（6）、进气管（2）、往复泵（1）、搅拌喷嘴（10），搅拌反应器（12）为竖直设置的圆柱形罐体，搅拌反应器（12）的顶端设置有可拆卸的保护盖（8），搅拌反应器（12）的底部开设有排液口（11），排液口（11）外接排液管，保护盖（8）的中心开设有搅拌轴通孔，保护盖（8）开设有排气口（7）且排气口（7）位于搅拌轴通孔的一侧，空心轴（6）竖直向下穿过搅拌轴通孔并延伸至搅拌反应器（12）的内部腔体底部，空心轴（6）顶端与进气管（2）的端头连通，进气管（2）的另一端外接往复泵（1），搅拌喷嘴（10）固定设置在空心轴（6）的底端，搅拌喷嘴（10）为拓扑环结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器，其特征在于：包括搅拌反应器（12）、空心轴（6）、进气管（2）、往复泵（1）、搅拌喷嘴（10），搅拌反应器（12）为竖直设置的圆柱形罐体，搅拌反应器（12）的顶端设置有可拆卸的保护盖（8），搅拌反应器（12）的底部开设有排液口（11），排液口（11）外接排液管，保护盖（8）的中心开设有搅拌轴通孔，保护盖（8）开设有排气口（7）且排气口（7）位于搅拌轴通孔的一侧，空心轴（6）竖直向下穿过搅拌轴通孔并延伸至搅拌反应器（12）的内部腔体底部，空心轴（6）顶端与进气管（2）的端头连通，进气管（2）的另一端外接往复泵（1），搅拌喷嘴（10）固定设置在空心轴（6）的底端，搅拌喷嘴（10）为拓扑环结构。


2.根据权利要求1所述顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器，其特征在于：还包括单向阀（3），单向阀（3）设置在进气管（2）上。


3.根据权利要求1或2所述顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器，其特征在于：还包括电导率仪、温度传感器、计算机、变频器，电导率仪和温度传感器的探头均穿过搅拌反应器（12）中部的侧壁并延伸至搅拌反应器（12）的腔体内，电导率仪和温度传感器通过数据线与计算机连接，变频器的信号接收模块与计算机连接，变频器的信号发送模块与往复泵（1）连接。


4.根据权利要求1所述顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器，其特征在于：保护盖（8）顶端还设置有把手（9），往复泵（1）为变频柱塞泵。


5.根据权利要求1所述顶吹旋流式驱动的拓扑混合搅拌反应器，其特征在于：还包括转接头（4），进气管（2）的端头通过转接头（...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，胡晓航，徐建新，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53