專利名稱：非對稱型表面曝氣槳的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種需要表面曝氣的機械攪拌裝置，特別涉及一種非對稱型的表面曝氣裝置，廣泛適用于石油化工、環(huán)境工程、生物以及制藥等行業(yè)。
背景技術：
在機械攪拌表面曝氣裝置中，氣體的吸入主要依靠攪拌槳的強烈攪拌，從而導致液面達到劇烈湍動的狀態(tài)來實現(xiàn)。但通常使用的Rushton槳、六直葉槳等表面曝氣槳，均為對稱型結構，即以攪拌軸為中心線的軸對稱構型和以水平中心線為對稱的上下對稱構型；旋轉中由于上下平面均與液面水平，水平排出流亦與液面平行，對液面湍動的強化主要依靠槳的徑向排出流與攪拌槽擋板和槽壁的相互作用來實現(xiàn)，缺乏對液面湍動的直接促進；此外，對稱型表面曝氣槳的水平排出流對吸入氣泡的軸向分散能力差，氣相主要集中在表面曝氣槳周圍，在攪拌槽的下方存在氣泡無法到達的“死區(qū)”。上述缺陷導致對稱型表面曝氣槳的吸入氣量小，氣相分散能力差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述對稱型表面曝氣槳的缺陷，提供一種非水平排出流，周期性三維攪拌作用明顯，液面湍動劇烈，吸入氣量大，氣泡分散狀況好和軸向作用范圍廣的非對稱型結構的表面曝氣槳裝置。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的非對稱型傾斜安裝的表面曝氣裝置，包括攪拌軸2及安裝在攪拌軸2上的非對稱型表面曝氣槳1，其特征在于，所述曝氣攪拌槳1的中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線成10°-35°傾角。
所述曝氣攪拌槳1為Rushton表面曝氣槳，葉片數(shù)目為4-12片；所述曝氣攪拌槳1為六直葉表面曝氣槳，葉片數(shù)目為4-12片；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，數(shù)目為4-12片，垂向葉片12外緣與水平圓環(huán)11外緣對齊，水平圓環(huán)11內徑為其外徑的40-80％；所述曝氣攪拌槳1為半平面型表面曝氣槳，其上的垂向葉片13為直板型葉片，交替分布在中心圓盤的上方和下方，數(shù)目為4，8或12片；本發(fā)明提供的非對稱型表面曝氣裝置，其工作原理是非對稱型表面曝氣槳與水平面成一定傾角，旋轉過程中，槳的旋轉并非保持在同一水平面內，而是在軸向上有一定的晃動，使得槳的軸向作用范圍變大，對液面的擾動更為強烈，液面漩渦數(shù)目增加，氣體的吸入量增大；其排出流也不僅限于水平方向，而且在軸向向上方向上也有一定分量，直接推動了液面的湍動；此外，表面曝氣槳作用空間內的某一固定位置在不同時刻槳的作用都在發(fā)生變化，周期性三維攪拌作用明顯，強化了氣泡破碎效果、氣液混合與傳質；同時，排出流中軸向向下的流體，將吸入的氣泡直接帶入攪拌槽內下方，使氣相的軸向分散更為均勻，防止氣相集中在表面曝氣槳周圍，有利于攪拌槽下方氣泡無法到達的所謂“死區(qū)”的消除。提高了表面曝氣裝置的吸入氣量，強化了氣液傳質效應。
總之，本發(fā)明提供的非對稱型表面曝氣裝置具有強烈的周期性三維攪拌作用，對液面的擾動強烈，吸氣量大，氣泡分散狀況好，氣液傳質速率高，表面曝氣效率性能優(yōu)越的特性。
在同一攪拌槳軸上安裝多個非對稱型攪拌槳，可以使周期性三維攪拌作用遍及整個容器，得到更好的攪拌和混合效果，從液面吸入的氣泡也更容易分散到攪拌槽的下部。同時，適當調節(jié)多個非對稱型攪拌槳的安裝位置，可以使攪拌槳軸受到的非平衡扭矩減小，使攪拌槽機械裝置運行更加平穩(wěn)。


附圖1為非對稱型Rushton表面曝氣槳結構示意圖。
附圖2為非對稱型六直葉表面曝氣槳結構示意圖。
附圖3為非對稱型葉片型表面曝氣槳結構示意圖。
附圖4為非對稱型半平面型表面曝氣槳結構示意圖。
附圖5為本發(fā)明一實施例結構示意圖。
附圖6為本發(fā)明又一實施例結構示意圖。
附圖7為本發(fā)明另一實施例結構示意圖。
附圖8為本發(fā)明另一實施例結構示意圖。
附圖9為本發(fā)明另一實施例結構示意圖。
附圖10為本發(fā)明再一實施例結構示意圖。
其中非對稱型表面曝氣槳1攪拌軸2液面3攪拌槽擋板4下層非對稱型表面曝氣槳5圓環(huán)11直葉片12 半平面型槳直葉片13實施例1針對氣液兩相體系，在內徑154mm，高300mm，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154mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發(fā)明的非對稱型Rushton表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，浸沒深度30mm。在攪拌轉速為350r/min時，以濃度為0.1mol/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(shù)。Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的氣液傳質系數(shù)為0.013s-1。采用本發(fā)明的非對稱型Rushton表面曝氣裝置(如圖6)，本實施例的非對稱型Rushton表面曝氣槳的葉片為直板型葉片，葉片數(shù)目為6，中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線分別成10°、15°、20°、25°、30°、35°的傾角。氣液傳質系數(shù)分別為0.018s-1、0.019s-1、0.019s-1、0.021s-1、0.022s-1、0.020s-1，較Rushton表面曝氣裝置的氣液傳質系數(shù)增大38.5％-69.2％。
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，槽內液位初始高度為154mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發(fā)明的非對稱型六直葉表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，距槽底124mm。采用逐漸增加轉速的方法測定臨界曝氣轉速，將開始吸入氣泡的轉速定義為臨界曝氣轉速。通過改變液位高度來改變槳的浸沒深度。在浸沒深度分別為30、40、50mm時，Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的臨界曝氣轉速分別為256、264、265、254r/min；采用本發(fā)明的非對稱型六直葉表面曝氣裝置(如圖7)，測得臨界曝氣轉速分別為192、220、224、221r/min，臨界曝氣轉速降低了13％-25％，表面曝氣能力得到增強。
實施例3針對氣液兩相體系，在內徑154mm，高300mm，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154mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發(fā)明的非對稱型葉片型表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，浸沒深度30mm。在攪拌轉速為400r/min時，以濃度為0.1mol/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(shù)。Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的氣液傳質系數(shù)為0.019s-1。采用本發(fā)明的非對稱型葉片型表面曝氣裝置(如圖8)，本實施例的非對稱型葉片型表面曝氣槳的葉片為直板型葉片，葉片數(shù)目為6，中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線分別成10°、15°、20°、25°、30°、35°的傾角。氣液傳質系數(shù)分別為0.024s-1、0.025s-1、0.026s-1、0.027s-1、0.029s-1、0.027s-1，較Rushton表面曝氣裝置的氣液傳質系數(shù)增大26.3％-52.6％。
實施例4針對氣液兩相體系，在內徑154mm，高300mm，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154mm，表面曝氣槳1分別采用Rushton表面曝氣槳和本發(fā)明的非對稱型半平面型表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，浸沒深度30mm。在攪拌轉速為400r/min時，以濃度為0.5mol/L的氯化鉀溶液作為示蹤劑，采用電導探頭測量，計算機采樣的方法測定流體的混合時間。Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的混合時間為1.23s。采用本發(fā)明的非對稱型半平面型表面曝氣裝置(如圖9)，本實施例的非對稱型半平面型表面曝氣槳的葉片為直板型葉片，中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線分別成20°傾角，葉片數(shù)目分別為4，8，12?；旌蠒r間分別為1.15s、1.09s、1.01s，較Rushton表面曝氣裝置的混合時間縮短6.5％-17.9％。
實施例5在實施例4的攪拌體系中，攪拌槳軸上布置了兩個非對稱型表面曝氣槳(如圖10)，上層槳采用如本發(fā)明圖3所示的非對稱型葉片型表面曝氣槳，下層槳采用如本發(fā)明圖2所示的非對稱型六直葉表面曝氣槳，槳直徑均為77mm，上層槳浸沒深度30mm，下層槳浸沒深度100mm，兩個攪拌槳的傾斜方向恰好相反。在攪拌轉速為400r/min時，以濃度為0.5mol/L的氯化鉀溶液作為示蹤劑，采用電導探頭測量，計算機采樣的方法測定流體的混合時間。Rushton表面曝氣裝置(如圖5)的混合時間為1.23s。本實施例的采用兩個非對稱型表面曝氣槳，中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線分別成20°傾角，葉片數(shù)目均為6，混合時間為0.83s，較Rushton表面曝氣裝置的混合時間縮短32.5％。
權利要求
1.一種非對稱型傾斜安裝的表面曝氣裝置，包括攪拌軸2及安裝在攪拌軸2上的非對稱型表面曝氣槳1，其特征在于所述曝氣攪拌槳1的中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線成10°-35°傾角。
2.按權利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于所述曝氣攪拌槳1為Rushton表面曝氣槳，葉片數(shù)目為4-12片。
3.按權利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于所述曝氣攪拌槳1為六直葉表面曝氣槳，葉片數(shù)目為4-12片。
4.按權利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于所述曝氣攪拌槳1為葉片型表面曝氣槳，其上的垂向葉片12為直板型葉片，數(shù)目為4-12片，垂向葉片12外緣與水平圓環(huán)11外緣對齊，水平圓環(huán)11內徑為其外徑的40-80％。
5.按權利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于所述曝氣攪拌槳1為半平面型表面曝氣槳，其上的垂向葉片13為直板型葉片，交替分布在中心圓盤的上方和下方，數(shù)目為4，8或12片。
6.按權利要求1所述的非對稱型的表面曝氣槳，其特征在于在同一攪拌槳軸2上安裝多個非對稱型結構攪拌槳1。
全文摘要
本發(fā)明涉及的非對稱型傾斜安裝的表面曝氣裝置，包括攪拌軸2及安裝在攪拌軸2上的非對稱型表面曝氣槳1；曝氣攪拌槳1的中心軸孔為傾斜開孔，與軸中心線成10°－35°傾角；曝氣攪拌槳1為Rushton表面曝氣槳、六直葉表面曝氣槳、葉片型表面曝氣槳或半平面型表面曝氣槳；表面曝氣槳的葉片數(shù)目為4－12片；在同一攪拌槳軸上可以安裝多個非對稱型攪拌槳；本發(fā)明的非對稱型表面曝氣裝置具有強烈的周期性三維攪拌作用，對液面擾動強烈，吸氣量大，氣泡分散狀況好，氣液傳質速率高，表面曝氣效率性能優(yōu)越。
文檔編號C02F3/14GK1683256SQ20041003362
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月13日 優(yōu)先權日2004年4月13日
發(fā)明者禹耕之, 楊超, 毛在砂 申請人:中國科學院過程工程研究所