本发明专利技术涉及一种双层搅拌桨组合装置，包括一搅拌轴，在搅拌轴由上至下依次安装错位桨和向心桨。与传统组合搅拌桨相比，其特征在于：搅拌轴上部安装有错位桨，桨叶交错垂直均匀分布于圆盘上下方，叶片在圆盘上沿径向方向安装；搅拌轴下部安装有向心桨，桨叶与圆盘径向相比向旋转方向前倾20～70度。该组合桨有利于降低搅拌能耗，减少混合时间，增加轴向循环能力从而改善液固悬浮。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石油化工、湿法冶金、环保和生化制药等领域的混合搅拌装置，特别适用于气-液、液-固、气-液-固等多相体系的分散、混合和化学反应过程。
技术介绍
工业搅拌操作根据不同的体系需要来选择相应的搅拌装置。一般而言，对于气液体系混合过程，需要选择剪切能力强的径流桨(如Rushton搅拌桨)，这种桨具有很强的气体分散能力，有利于液体的循环流动和气泡的破碎。对于液固体系混合，需要选择轴向循环能力强的轴流桨(如斜叶桨、螺旋桨)，这种桨有利于固相悬浮和液固体系均勻混合，而且功率消耗较低。对于更为复杂的气液固三相体系混合过程，既要实现气体的完全分散， 又要满足固体的完全离底悬浮，这对搅拌装置提出了更高的要求。中国专利技术专利(申请号 200810103262. 5)提出了一种叶片改良型圆盘涡轮搅拌装置，目的在于克服径流桨在轴向混合能力方面的缺陷。但是对于固含率较高的体系，这种桨的轴向循环能力还不够强。因此，单一搅拌桨无法满足多相复杂体系的混合要求，需要使用多层桨的组合形式来达到多相体系均勻混合的目的。目前工业中应用最多的是Rushton涡轮搅拌桨或斜叶桨的组合桨，但是这种组合桨的能耗偏高。实际应用中还缺乏能耗较低，又能保证多相体系混合均勻的搅拌装置。“组合搅拌桨”(中国专利，授权公告号CN 201500517U)主要应用于高固含率、粘稠体系以及低气含率的多相体系，应用范围有限，且螺带式搅拌桨产生的剪切力过大，不适用于有活性生物参与的反应体系(比如生物冶金)；“组合式表面曝气搅拌桨”(中国专利， 专利号ZL 00102745. X)仅适用于气液体系，不适用于有固相悬浮的混合操作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双层搅拌桨组合装置。该组合桨有利于降低搅拌能耗、 缩短混合时间、增加轴向循环能力，从而改善液固悬浮。本专利技术的具体内容如下一种双层搅拌桨组合装置，包括一搅拌轴1，在搅拌轴1 上由上至下依次安装错位桨4(中国专利技术专利申请号200810103262. 5)和向心桨5(中国专利技术专利申请号200910236645. 4)。与传统组合搅拌桨相比，其特征在于在搅拌轴1上部安装有错位桨4，桨叶交错垂直均勻分布于圆盘上下方，叶片在圆盘上沿径向方向安装，桨径以与槽径D的比值计算D/4-D/2，桨叶尺寸高D/15-D/10，宽D/8-D/4 ；在搅拌轴1下部安装有向心桨5，桨叶与圆盘径向相比向旋转方向前倾20 70度，桨径以与槽径D的比值计算D/4-D/2，桨叶尺寸高 D/15-D/6，宽 D/8-D/4。本专利技术的一种双层搅拌桨组合装置，上层桨为错位桨，圆盘上下的叶片交替产生如同波一样的径向流动，产生耦合效应，使得叶轮工作区域流场的稳定性和连续性被打破， 并有扩散至整个流场，轴向循环能力得以增强；下层桨为向心桨，这种桨能利用叶片与圆盘径向的偏角，推动流体产生向心流动。错位桨和向心桨组合后，下层的向心桨推动流体向心运动，这些流体遇到圆盘的阻挡产生向上和向下的轴向流动，向下的轴向流有利于减少液固体系中桨叶下方的固体堆积，向上的轴向流与上层错位桨产生的波动流相耦合，形成了大流量的整体循环。在通气搅拌状态下，两个桨的圆盘能阻止气泡穿过搅拌桨，降低了泛点速度，同时由于叶轮的高剪切力以及离心力的作用，气体会沿圆盘自中心向外转折，并被桨叶击碎成细小气泡，并随液体在槽内循环。总之，本专利技术所提供的多相双层搅拌桨组合装置，相对于传统的组合搅拌桨，提高了整体的循环能力，降低了搅拌能耗，同时缩短了混合时间，改善了液固悬浮。附图说明 附图1为本专利技术的一种双层搅拌桨组合装置示意图；附图2为传统双层Rushton搅拌桨组合示意图。其中搅拌轴1、6挡板2、7搅拌槽3、8错位桨4 向心桨5 双层Rushton桨9实施方式附图1和2为本专利技术的实施案例的结构示意图，包括搅拌轴1，在搅拌轴1上由上至下依次安装错位桨4和向心桨5，挡板2，搅拌槽壁3。与传统组合搅拌桨相比，其特征在于搅拌轴1上部安装有错位桨4，桨叶交错垂直均勻分布于圆盘上下方，叶片在圆盘上沿径向方向安装，桨径以与槽径D的比值计算D/4-D/2，桨叶尺寸高D/15-D/10，宽 D/8-D/4 ；在搅拌轴1下部安装有向心桨5，桨叶与圆盘径向相比向旋转方向前倾20 70 度，桨径以与槽径D的比值计算D/4-D/2，桨叶尺寸高D/15-D/6，宽D/8-D/4。附图1为本专利技术的一种双层搅拌桨组合装置示意图，附图2为传统双层Rushton 搅拌桨组合示意图。实施例1 针对液固两相体系，在内径380mm、高960mm的圆柱形平底敞口搅拌槽中，使用自来水作为液相，石英砂作为固相(密度2650kg/m3，粒径范围75-150μπι)。槽内液位高 532mm，搅拌桨直径均为127mm，下层桨离底高度127mm，上层桨距离液面60mm。临界离底悬浮是液固混合操作中一种很重要的分散状态，这时固相和液相的有效接触面积达到最大值，与之相对应的转速称为临界离底悬浮转速( s)， s可以用来衡量搅拌桨固体悬浮的能力。下表给出了不同固含率(g/100mL)条件下本专利技术组合搅拌桨和传统双Rushton搅拌桨组合的临界离底悬浮转速Njs(rpm)。可以看出本专利技术搅拌桨组合装置的Njs在测量固含率范围内均低于传统双层Rushton搅拌桨，其液固悬浮能力更强。表1.不同搅拌桨组合的临界离底悬浮转速Njs的比较固含率(g/100mL)0.511.522.5本专利技术搅拌桨组合的Ms (rpm)165178182190 196~双层Rushton桨组合的TVjs (rpm)199205212219 225实施例2 针对气液两相体系，在结构如实施例1所述的搅拌槽装置中，使用自来水作为液相，空气作为气相并由环形气体分布器从搅拌桨下方通入，通气量为0. 2m3/h。下表给出了在不同转速下(s—1)的单位体积功耗(kW/m3)。可以看出，本专利技术搅拌桨组合装置在气液两相条件下，在功率消耗方面有明显的改善，相同转速条件下的单位体积功率消耗约为传统双层Rushton桨组合的60. 0% 77. 93%。表2.不同搅拌桨组合的单位体积功耗的比较权利要求1.一种双层搅拌桨组合装置，包括搅拌轴1，其特征在于在搅拌轴1上由上至下依次安装错位桨4和向心桨5。2.按权利要求1所述的双层搅拌桨组合装置，其特征在于上层桨为错位桨，其圆盘上安装有4 12片矩形桨叶，交错垂直均勻分布于圆盘上下方，叶片在圆盘上沿径向方向安装。3.按权利要求1所述的双层搅拌桨组合装置，其特征在于下层桨为向心桨，其圆盘上装有4 12片矩形桨叶，桨叶与圆盘径向相比向旋转方向前倾20 70度。4.按权利要求2所述的双层搅拌桨组合装置，其特征在于错位桨桨径以与槽径D的比值计算D/4-D/2，桨叶尺寸高D/15-D/10，宽D/8-D/4。5.按权利要求3所述的双层搅拌桨组合装置，其特征在于向心桨桨径以与槽径D的比值计算D/4-D/2，桨叶尺寸高D/15-D/6，宽D/8-D/4。全文摘要本专利技术涉及一种双层搅拌桨组合装置，包括一搅拌轴，在搅拌轴由上至下依次安装错位桨和向心桨。与传统组合搅拌桨相比，其特征在于搅拌轴上部安装有错位桨，桨叶交错垂直均匀分布于圆盘上下方，叶片在圆盘上沿径向方向安装；搅拌轴下本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种双层搅拌桨组合装置，包括搅拌轴１，其特征在于：在搅拌轴１上由上至下依次安装错位桨４和向心桨５。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，冯鑫，王涛，毛在砂，李向阳，程景才，范平，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：11
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