專利名稱：攪拌釜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌釜，它包括分散氣、液、固相介質(zhì)于難混溶的液相介質(zhì)中進行混合、萃取、溶解等作業(yè)的攪拌釜；反應(yīng)介質(zhì)間化學(xué)速度慢的單(均)相或多相化學(xué)反應(yīng)的攪拌反應(yīng)釜；生化發(fā)酵過程中厭氧或好氧菌發(fā)酵用攪拌發(fā)酵罐。
攪拌釜是化工及工程中重要的單元操作設(shè)備之一。目前攪拌釜一般采用一級或多級機械攪拌器進行攪拌，效率低；在一些反應(yīng)過程中需通入氣相介質(zhì)，如好氧發(fā)酵，通入氧或空氣，溶解系數(shù)低，氣相介質(zhì)耗量高。在中國專利87101299.5中公開了一種用氣體射流和文丘里管進行氣液混合以及利用氣流切向速度的機械能來降低攪拌功率的發(fā)酵罐，但該專利存在有1)必須在設(shè)計的工況下工作，否則混合效果明顯降低，操作彈性小。2)不能改進罐內(nèi)料液的軸向循環(huán)。3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易清洗。4)在擴壓管及喉部流體運動湍流剪切力大，會損傷和殺傷菌體。
鑒于上述之不足，本發(fā)明之目的在于設(shè)計一種攪拌效率高，能提高混溶效果，溶解系數(shù)和反應(yīng)速度的攪拌釜。在需導(dǎo)入氣相(反應(yīng))介質(zhì)時能有效減少氣體消耗量，它適應(yīng)性強，結(jié)構(gòu)簡單節(jié)能效果好。
本發(fā)明為一種攪拌釜，包含有罐體、電機、機械槳葉式攪拌裝置、工藝管線其特征在于機械攪拌葉槳的周圍設(shè)置有一個或一個以上的靜態(tài)混合器或旋流器。
本發(fā)明的攪拌釜，其特征在于，靜態(tài)混合器或旋流器的入口處設(shè)有對準機械攪拌槳葉出流方向的集流口或帶導(dǎo)流管的集流口。
本發(fā)明的攪拌釜，其特征在于，罐體內(nèi)設(shè)有一個或一個以上的噴嘴，以上噴嘴，排成一個或一個以上的噴嘴組成的一層或幾層噴嘴。在噴口的前方設(shè)有靜態(tài)混合器或旋流器，噴嘴與從罐體的側(cè)壁或底部進入罐體內(nèi)的進氣管或循環(huán)料液管相聯(lián)通。
本發(fā)明的攪拌釜，其特征在于，包含有一級以上機械槳葉式攪拌器其特征在于，其各級槳葉形式可以不同，在機械槳葉式攪拌器周圍可以設(shè)置一層以上靜態(tài)混合器或旋流器，其各層的靜態(tài)混合器或旋流器的形式可以不同，每個靜態(tài)混合器或旋流器的單元數(shù)可以不同，靜態(tài)混合器最好采用肯尼思混合器并由2～10個單元組成。
本發(fā)明的攪拌釜，其特征在于罐體底部設(shè)置的噴嘴噴口前方的靜態(tài)混合器或旋流器出流方向與水平夾角為4°～90°；罐體其他部位噴嘴噴口前方設(shè)置的靜態(tài)混合器或旋流器出流方向與水平面夾角為-120°～-4°(負號表示向下流出)或4°～90°，最佳出流方向為-110°～-60°或30°～90°；靜態(tài)混合器或旋流器出流方向橫截面內(nèi)的投影與出口處的圓周切線的夾角以及該圓周線的半徑的夾角均為0～90°，最佳在半徑方向。
本發(fā)明的攪拌釜，其特征在于噴嘴的噴口為圓形或橢圓形，長短軸比為1∶1～1∶5，噴口安裝角與水平面方向夾角為5°～90°，噴嘴出口角可調(diào)整到靜態(tài)合器或旋流器的安裝角方向上，或調(diào)整到靜態(tài)混合器或旋流器入口處所帶集流口的安裝方向上或利用靜態(tài)混合器或旋流器入口的集流口對準噴嘴的安裝角引流。
本發(fā)明的攪拌釜，其特征還在于當(dāng)罐內(nèi)無連續(xù)氣相(反應(yīng))介質(zhì)輸入時，設(shè)置通過噴嘴的循環(huán)使用的惰性氣體系統(tǒng)或在罐內(nèi)(液下或液面上)或罐外設(shè)置泵送料液系統(tǒng)用料液通過噴嘴工作。
本發(fā)明由于采用了靜態(tài)混合器或旋流器，由于機械葉槳的作風(fēng)，經(jīng)過集流口，通過噴嘴之噴口射出的氣(液)流的作風(fēng)，通過靜態(tài)混合或旋流器強化攪拌作用以及所產(chǎn)生的泰勒渦柱(Taylor Colu ns)而強化軸向流，并構(gòu)成不同的罐內(nèi)循環(huán)回流，提高了溶氧及傳質(zhì)系數(shù)和反應(yīng)速率。在變頻調(diào)速電源控制下，節(jié)能增產(chǎn)效果明顯。
下面根據(jù)附圖進行詳細說明

圖1一層噴嘴和靜態(tài)混合器或旋流器與三層機械漿葉攪拌裝置配合使用攪拌釜示意圖(a)軸向透平漿葉(b)底層徑向葉輪，上層軸向透平漿葉(c)徑向葉輪；圖2一層噴嘴和靜態(tài)混合器或旋流器與二層機械漿葉攪拌裝置使用攪拌釜示意圖，(a)一層二圈噴嘴和靜態(tài)混合器或旋流器和軸向透平漿葉，(b)徑向葉輪(c)一層二圈噴嘴與靜態(tài)混合器或旋流器和底層徑向葉輪上層軸向透平漿葉；圖3二層噴嘴與靜態(tài)混合器或旋流器和二層機械漿葉裝置配合使用的攪拌釜示意4一層二圈噴嘴與靜態(tài)混合器或旋流器和一層機械漿葉攪拌裝置配合使用的攪拌釜示意圖。
圖5靜態(tài)混合器或旋流器的安裝角示意圖(a)出口水平橫截面投影(b)與水平夾角；圖6靜態(tài)混合器和旋流器的示意圖(a)肯尼思靜態(tài)混合器；(b)旋流器；(c)復(fù)合型靜態(tài)混合器(d)有集流器的靜態(tài)混合器(e)帶集流口和導(dǎo)流管的靜態(tài)混合器；圖7噴嘴和靜態(tài)混合器或旋流器的安裝示意圖；圖8無連續(xù)輸入氣相反應(yīng)介質(zhì)時或厭氧發(fā)酵時附加泵送料液系統(tǒng)示意圖(a)罐頂內(nèi)側(cè)泵(b)罐底內(nèi)側(cè)泵(c)罐外泵；圖9多層噴嘴和靜態(tài)混合器攪拌釜示意圖；圖10向下噴嘴與靜態(tài)混合器或旋流器和機械槳葉攪拌裝置配合使用情況；圖11帶集流口或?qū)Я鞴艿撵o態(tài)混合器或旋流器沿槳葉出口絕對流速方向布置的示意圖。
圖1，2，3，4，8，9，10中所示攪拌釜是一長筒形密封容器，罐體[1]頂部具有排氣口[2]，反應(yīng)介質(zhì)或菌種營養(yǎng)液進口[3]，入孔[4]等接口，罐體[1]內(nèi)壁有冷卻或加熱排管[5]冷卻或加熱夾套，料液進出口[6]和[8]，以及進氣(液)管[7]，從罐體[1]底部進入或罐壁進入。
參照圖1可知，一層噴嘴[11]與其上的靜態(tài)混合器或旋流器[12]與三層機械槳葉攪拌裝置配合使用情況，以及內(nèi)部的軸向回流情況，(a)三層都為軸向透平漿葉[10]，(b)底部為徑向葉輪[9]、上二層為軸向透平槳葉[10]的情況，(c)三層都為徑向葉輪[9]。
參照圖2可知，一層噴嘴[11]與其上的靜態(tài)混合器或旋流器[12]與二層機械槳葉攪拌裝置配合使用情況以及內(nèi)部的軸向回流情況，(a)一層二圈噴嘴[11]與其上的靜態(tài)混合器或旋流器[12]和二層軸向透平[10]，(b)二層徑向葉輪[9](c)一層二圈噴嘴[11]與其上的靜態(tài)混合器或旋流器[12]和底層為徑向葉輪[9]，上層為軸向透平槳葉[10]。
參照圖3可知，二層噴嘴[11]與其上的靜態(tài)混合器或旋流器[12]和二層機械槳葉攪拌裝置[9]配合使用的情況和軸向回流示意圖。
參照圖4可知，一層二圈噴嘴[11]與其上的靜態(tài)混合器或旋流器[12]和一層機械裝置[9]配合使用的情況和軸向回流示意圖。
參照圖5可知，靜態(tài)混合器或旋流器的空間安裝角。
參照圖6可知，(a)，(c)靜態(tài)混合器和(b)旋流器的結(jié)構(gòu)，及集流器結(jié)構(gòu)(d)，帶集流口和導(dǎo)流管的靜態(tài)混合器(e)。
參照圖7可知，在罐內(nèi)設(shè)置的噴嘴和靜態(tài)混合器或旋流器的安裝相對位置和方式。
參照圖8可知，無連續(xù)輸入氣相反應(yīng)介質(zhì)時或厭氧發(fā)酵時附加泵送料液系統(tǒng)的情況，(a)為罐頂內(nèi)側(cè)泵[13](b)罐底內(nèi)側(cè)泵[13](c)罐外泵[13]的安裝情況參照圖9可知，采用二層二圈噴嘴[11]與其上的靜態(tài)混合器[12]的攪拌釜布置。
參照圖10可知，采用向下噴嘴[11]與其下的靜態(tài)混合器或旋流器[12]和二層機械攪拌裝置[10]配合使用時的情況以及罐內(nèi)軸向循環(huán)回流情況。
參照圖11可知，在無噴嘴時，靜態(tài)混合器[7]所帶集流口[1]的安裝方向應(yīng)沿著槳葉出口絕對流速方向(a)為直葉徑向葉輪，(b)為彎葉徑向葉輪(c)為軸向透平槳葉，(d)為罐內(nèi)安裝示意圖。導(dǎo)流管[2]則將流體平滑地過渡到靜態(tài)混合器的安裝方向上。
針對不同介質(zhì)的混溶、萃取要求及不同的反應(yīng)或發(fā)酵的工藝要求，可采用噴嘴噴入不同介質(zhì)如氧氣、氮氣二氧化碳，反應(yīng)氣體或循環(huán)使用的隋性氣體或罐內(nèi)的液體介質(zhì)的循環(huán)液。分別采用噴嘴與靜態(tài)混合器，攪拌釜以及采用噴嘴與靜態(tài)混合器或旋流器與機械槳葉攪拌裝置配合使用的攪拌釜或者采用帶集流口和導(dǎo)流管的靜態(tài)混合器或旋流器與機械槳葉攪拌裝置配合使用的攪拌釜，都有提高混溶效果，提高傳質(zhì)、溶解(溶氧)系數(shù)和反應(yīng)速度的效果。在變頻調(diào)速電源控制下，在大范圍內(nèi)進行調(diào)速，可有非常顯著的節(jié)能增產(chǎn)效果。對容積很大的攪拌釜(原有三層機械槳葉攪拌裝置)最佳情況采用如圖2(a)所示的裝置和圖10所示的裝置，改為二層機械攪拌裝置以及一層二圈噴嘴和靜態(tài)混合器或旋流器(其形式結(jié)構(gòu)和尺寸要視介質(zhì)和工藝要求而定。在沒有連續(xù)輸入氣相介質(zhì)的情況下(包括厭氧發(fā)酵)最佳情況采用圖11所示的帶集流口和導(dǎo)流管的靜態(tài)混合器或旋流器與機械槳葉配合使用的攪拌釜。在變頻調(diào)速電源控制下都可取得明顯的節(jié)能增產(chǎn)效果。
權(quán)利要求
1.一種攪拌釜，由罐體，電機、機械集葉式攪拌裝置工藝管線組成，其特征在于機械集葉式攪拌器周圍設(shè)置一個或一個以上的靜態(tài)混合器或旋流器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌釜，其特征在于靜態(tài)混合器或旋流器的入口處設(shè)有對準機械攪拌槳葉出流方向的集流口或?qū)Я鞴艿募骺凇?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之?dāng)嚢韪涮卣髟谟诠摅w內(nèi)設(shè)置由一個或一個以上排成一圈或一圈以上的噴嘴組成一層的噴嘴。在每個噴嘴前方出流方向上設(shè)置靜態(tài)混合器或旋流器，噴嘴與從罐底或側(cè)壁進入罐體的進氣管或循環(huán)料液管相聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之?dāng)嚢韪?，包含有一級以上機械槳葉式攪拌器，其特征在于槳葉形式可以不同，在機械槳葉式攪拌器周圍可以設(shè)置一層以上靜態(tài)混合器或旋流器，其各層的靜態(tài)混合或旋流器的形式可以不同，每個靜態(tài)混合器或旋流器單元數(shù)可以不同，靜態(tài)混合器最好采用明肯尼思混合器，并由2-10個單元組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌釜，其特征在于罐底部靜態(tài)混合器或旋流器出流方向與水平面成4-90°夾角，其他部位的靜態(tài)混合器或旋流器與水平方向成-120°～-4°(負號指向下流或4°～90°夾角，最佳出流方向為30°～90°、或-110°～-60°。靜態(tài)混合器或穩(wěn)流器在出口處的水平橫截面內(nèi)的投影與出口處圓切線的夾角以及與該圓周線的半徑的夾角都可為0°～90°，但最好在半徑方向上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述之?dāng)嚢韪?，其特征在于噴嘴的噴口為圓形橢圓形，長短軸之比為1∶1-1∶5，噴嘴安裝角與水平方向夾角為5°～90°；噴嘴出口角可調(diào)整到靜態(tài)混合器或旋流器的安裝角方向上，或調(diào)整到靜態(tài)混合器或穩(wěn)流器入口處所帶集流口的安裝方向上，或利用靜態(tài)混合器或旋流器入口處的集流口對準噴嘴安裝角來引流。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述之?dāng)嚢韪?，其特征在于?dāng)罐內(nèi)元連續(xù)氣體相(反應(yīng))介質(zhì)輸入時，設(shè)置循環(huán)使用惰性氣體系統(tǒng)，或在罐內(nèi)(液下或液面上)或罐外設(shè)置泵送料液系統(tǒng)用料液通過噴嘴工作。
全文摘要
本發(fā)明為一種攪拌釜，有罐體，電機、機械攪拌葉式、攪拌裝置，工藝管線，其特征在于在機械攪拌葉式攪拌裝置周圍設(shè)置有一個或一個以上的靜態(tài)混合器或旋流器，并在靜態(tài)混合器或旋流器入口設(shè)置集流口，或在靜態(tài)混合器或旋流器入口前方設(shè)置與進氣(液)管相聯(lián)的一層或一層以上噴嘴。在機械攪拌裝置作用下，或與集流口、噴嘴的共同作用下，通過靜態(tài)混合的強化作用，以及通過其產(chǎn)生的秦勒柱所組織起的罐內(nèi)循環(huán)，可達到節(jié)能、降耗，提高混效果，傳質(zhì)子數(shù)和反應(yīng)速度之目的。
文檔編號B01F5/00GK1112032SQ94114060
公開日1995年11月22日 申請日期1994年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月28日
發(fā)明者黃為民 申請人:黃為民