搅拌叶片单元制造技术

为了提高在气－液混合槽中气体的吸收特性，可以增加搅拌功率和通风量。但是在实际工业规模中，这样的措施将导致设备的扩大和所需能量的增加。所以，不是很容易就可提高气体吸收特性。还有，当以工业规模操作最近开发的搅拌叶片单元时，叶片单元的转速必须增加很多以便获得一定的搅拌效果。转速的增加也将造成其他问题，如设备结构变得复杂和扩大（搅拌叶片单元不能很容易地固定到搅拌槽中）。在这样的环境下，本发明专利技术的目的是解决这样先有技术的问题和提供一种可以有效地吸收气体的气－液混合叶片单元，以及它可以减小制造成本和安装空间两者。为了达到上述的目的，本发明专利技术的搅拌叶片单元的特征在于，在排出型内部搅拌叶片１的周围形成穿孔的圆筒２，以便与搅拌轴一起转动。穿孔的圆筒的开孔率是３０到５０％。内部搅拌叶片单元１使用排出型搅拌叶片单元，这种搅拌叶片单元一般用于发酵槽作气－液混合。这样，从叶片单元水平方向排出的气－液流肯定打中在叶片单元周围形成的穿孔的圆筒。由于这个气－液流打中穿孔圆筒，流动的压力显著地改变，从而使气泡细化。结果提高了气体吸收特性。本发明专利技术的搅拌叶片单元将适合用于发酵、通风，反应（加氢和氧化）罐等所需的气－液混合。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的领域本专利技术涉及搅拌叶片单元，特别是用于气-液混合槽中，将刚好装设在所述叶片单元下面的喷嘴或喷射器供应的气体细化和分散到液体中，以便以低成本，在紧凑的空间内高效率的吸收所述气体的这种搅拌叶片单元。本专利技术的背景在各种工艺过程中采用气-液混合，例如在发酵、污水处理、氧化、加氢等过程中。在这些工艺过程中，这样的通风搅拌，由于通风和搅拌的作用可以满足在需氧的发酵培养过程中所需的氧气量，但是实际上，在许多这样气-液混合的情况中，生产率是由使用的发酵槽中氧气的供应能力所决定。气-液混合的主要目的将是分散和细化气泡，将气体组分吸收到液体中。对应用搅拌槽在气-液接触中形成气体吸收，下述的关系表达式是众所周知的。(工业工程化学(Ind.Eng.Ches.)45卷2554页(1944年))KLa∝Pvα×Usβ在上面式中KL液体搅拌中的质量传递系数a每单位体积气-液接触面积Pv每单位体积搅拌功率Us表面气体速度α、β常数。为了提高气体吸收的效率，必须解决怎样增加气-液接触面积的问题，也就是怎样使气泡的尺寸最小和分散它们的问题。因为，上述表达式中KL是由材料的固体状态特性和流体状态决定的。但是实际上是增加搅拌功率Pv和通风能力Us来解决这个问题的。此外，为了达到上述目的，在搅拌功率和通风能力两者受到抑制，不可能尽量增大时必须采取措施有效地细化气泡，也必须开发更有效的搅拌叶片单元。在最近几年里，提出了一种叶片单元，它可以有效地混合气体和液体，而不会损坏微生物(未审查的公开的日本专利申请5-103956号)，提出了一种发酵槽改进方法，它通过在目标发酵槽中固定一个金属丝网以便包围搅拌叶片单元，这样可以提高酵素移动能力系数(Kla)(已审查的公开的日本专利申请3-4196号)，提出了一种混合和气-液接触的有效方法，它是在搅拌叶片单元的尖端提供气体入口(已审查的公开的日本专利申请57-60892号)，提出了一种搅拌叶片单元，它可以使用能一起转动一对螺旋桨和穿孔的圆筒的搅拌叶片单元有效地提高搅拌的混合(未审查的公开的日本专利申请6-85862号)，等等，而且已经确认了它们的效果。但是实际上通过增加上述搅拌功率和通风能力将很难改进气体的吸收。因为这些因素的增加伴随着设备尺寸的扩大和能量消耗的增加。当要增加搅拌功率时，想到的措施是增加搅拌的转动速度和增加叶片的尺寸，但是这些措施将需要与搅拌有关的某些部件的改进和加强，例如搅拌器本身的改造、增加搅拌槽的强度等。特别是，在现有的设备上将很难应用上述的这样改进和加强措施，这是由于结构上的原因，在许多情况下是费用的问题。还有，当以工业规模操作最近几年开发的那些装置中的任何一个时，将会产生各种问题，如必须更大地增加转速以便获得所希望的效果，设备在结构上将变得更加复杂，设备的尺寸将变得更大(从而使它不能固定到目标的搅拌槽中)等等。当叶片单元的功率特性与常规的叶片单元，如透平机叶片等的功率特性不同时，叶片的尺寸将变得更大。因此在这样的情况下，将很难把该叶片单元应用到任何现有搅拌设备中。本专利技术的公开在这样的环境下，本专利技术的目的是解决上述先有技术的各种问题，并提供紧凑的搅拌叶片单元，它应用在气-液混合槽中可以更有效地吸收气体。为了达到上述目的，本专利技术提供排出型搅拌叶片单元，其中在搅拌叶片单元的四周形成穿孔的圆筒，以便与搅拌叶片单元的轴一起转动。在本专利技术中与轴一起转动的穿孔圆筒的开孔率应该在30％到50％。附图的简要描述附图说明图1是本专利技术的搅拌叶片单元的示意图(当使用圆筒形叶片单元作为内部搅拌叶片单元时)；图2是一个例子，它将图1中所示的搅拌叶片单元连接到本专利技术第一例子中的搅拌槽。实现本专利技术的最佳模式下面，将参考附图描述本专利技术的几个实例。图1是本专利技术实例的搅拌叶片单元的示意图。本专利技术搅拌叶片单元基本结构的特征在于，在排出型内部搅拌叶片单元的圆周形成穿孔的圆筒2，搅拌叶片单元装设有防止气泡向上的盘。穿孔的圆筒2与搅拌单元1的轴一起转动。在图1中，内部搅拌单元1形成为圆筒叶片单元。内部搅拌叶片单元1一般是排出型搅拌叶片单元，其用于发酵槽中的气-液混合等。叶片单元的结构是这样，使得在水平方向由叶片单元排出的气-液流肯定打中在叶片单元周围形成的穿孔的圆筒。当应用排出型搅拌叶片单元作为内部搅拌叶片单元1时，从叶片单元排出的气-液流可以垂直地打中穿孔的圆筒2，从而显著地改变流动的压力。因此在本专利技术中使用排出型搅拌叶片单元。它不是轴向流动型。因为气-液流打中穿孔的圆筒时引起的压力变化，使气泡变细并更快地被吸收。此外，由于穿孔的圆筒与轴一起转动，穿孔的圆筒可以非常靠近叶片单元的尖端，在那里排出的气流将获得最大的压力变化。如果穿孔的圆筒是固定在搅拌槽中，在叶片单元和穿孔的圆筒之间必须要有间隙，以便防止它们之间发生碰撞。这样将不能获得最大的压力变化，气体吸收的效率也将降低。本专利技术的内部搅拌叶片单元可以是平的透平叶片单元，斜的透平叶片单元、凹的叶片单元、圆筒形叶片单元等等，只要它们是排出型的。用于本专利技术搅拌叶片单元的穿孔的圆筒应有35％到45％的穿孔率。结构应是穿孔的金属或有孔的圆筒体。穿孔的圆筒2的高度L和直径r应是内部搅拌叶片单元的叶片的宽度b的1.5到3倍和内部搅拌叶片单元的直径d的1.01到1.05倍。穿孔的圆筒2的材料可以是陶瓷、不锈钢、铁等，只要它有足够的使用强度。内部搅拌叶片单元1和穿孔的圆筒2可按如下方法连接起来将穿孔的圆筒焊接或螺栓连接到内部搅拌叶片单元的尖端，或者将穿孔的圆筒的突缘连接到内部叶片单元的盘上，以便固定穿孔的圆筒。此外，穿孔的圆筒2应这样定位，使内部搅拌叶片单元的叶片在穿孔的圆筒的中心。还有，在这个专利技术中，如空气这样的气体可以用刚好装设在本专利技术的搅拌叶片单元之下的单孔喷嘴、多孔喷嘴、喷射器等排气。通风的方法没有特别的限制。这样，本专利技术的搅拌叶片单元可以更好地细化气泡，从而比先有技术的搅拌叶片单元提高气-液混合槽中的气体吸收效率(对加氢等)。实例下面，本专利技术将参考实例进行更详细的解释。实例1本专利技术的第一实例将参考图2解释。图2是测量用的整个搅拌叶片单元的横剖面图。搅拌槽是圆筒形的搅拌槽，其装有70升的透明丙稀酸的盖。槽的底经过镜面处理(10％端部形状)。此外，8个30毫米宽挡板对称地连接到槽的壁上。液体的深度HL按对槽的直径HL/D＝1(D＝400mm(毫米))确定。然后用亚硫酸盐氧化法，通过测量在上述搅拌槽中搅拌叶片单元的氧气传递速率OTR(氧气传递速率的属名OTR ∝ Kla)来检查本专利技术的效果。在上述测量时本专利技术的搅拌叶片单元刚好放在靠近槽的底部装设的喷射器喷嘴的上面，从喷嘴供应的气体速率为0.85VVM(气体体积/装入液体体积每分钟)。在这种情况下，使用8个透平叶片和圆筒形叶片(每个叶片都是直径d＝110mm，宽度b＝21mm)作为本专利技术的内部叶片单元。使用穿孔的金属(直径r＝115mm，高度h＝50mm，穿孔率＝38％，孔直径＝2mm)作为穿孔的圆筒。如表1所示，当使用本专利技术的叶片单元时，与先有技术一般用于气-液混合的8个透平叶片单元或“EGSTAR”(EBLE(公司)的产品名称)相比，在相同的搅拌功率(Pv＝1kw/m3)下氧气传递率OTR最大提高达26％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种排出型搅拌叶片单元，其中，在所述搅拌叶片单元周围形成与搅拌轴一起转动的穿孔的圆筒。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：门田尚洋，寺谷贵孝，伊藤寿夫，池田顺，
申请(专利权)人：味之素株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]