專利名稱：用于攪動液體并在有限的阻塞下將氣體注入該液體的設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于攪動反應器內(nèi)的液體并利用自吸式推進器(渦輪)將氣體注入該液體的設備。
背景技術(shù)：
文獻EP-A1-0 995 485描述了一種用于攪動反應器內(nèi)的液體并將氣體注入該液體的設備。該設備包括設置在該反應器上方的用于驅(qū)動豎直軸的驅(qū)動馬達。該馬達的軸在其下端支承并驅(qū)動浸沒在液體中的螺旋漿；它還支承和驅(qū)動位于液體表面和該螺旋漿之間的自吸式推進器。該自吸式推進器以如下方式連接到氣源-通常為含氧氣體-上，即當受由馬達軸驅(qū)動時，該自吸式推進器同時吸入氣體和該自吸式推進器浸沒在其中的液體，從而形成氣/液分散體。借助由折流板形成的包圍該自吸式推進器的環(huán)形外殼引導該自吸式推進器產(chǎn)生的氣/液分散體朝向所述螺旋漿。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在使用這種現(xiàn)有技術(shù)的設備的某些情況下，由于由該推進器和該環(huán)形外殼限定的容積被氣體阻塞，將氣體吸入該推進器的能力受到限制。因此，從該環(huán)形外殼排出氣/液混合物較困難一方面，沒有氣體擴散到反應器內(nèi)，另一方面，環(huán)形外殼下面的氣體試圖從允許液體進入推進器的裝置溢出，這導致沒有氣體進入液體中，并且導致氣體浪費，因為氣體沒有被使用就升到表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將氣體吸入推進器的能力得到提高的設備。
為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明涉及一種如上所述的用于攪動液體并將氣體注入該液體的設備，其中，自吸式推進器的下部盤形件的表面面積小于該自吸式推進器的上部盤形件的表面面積。


通過閱讀下面的說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得明顯。本發(fā)明的形式和實施例通過附圖中示出的非限制性示例給出。
圖1A和圖1B為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設備的示意圖；圖2和圖3為可用在根據(jù)本發(fā)明的設備中的自吸式推進器的示意圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的不同設備的阻塞極限曲線。
具體實施例方式
在下文中，術(shù)語“反應器”指其壁形成或大或小的空間以及其頂部被或多或少地封閉的普通“器皿”或“容器”。
因此，本發(fā)明涉及一種用于攪動液體并將氣體注入所述液體的設備，該設備包括-位于液體上方并設置有豎直輸出軸的驅(qū)動裝置，該豎直輸出軸●在其下端設置有至少一個浸沒在液體中的軸流式運動組件，并且●設置有浸沒在反應器中并由該輸出軸驅(qū)動的推進器，所述輸出軸由一圓筒同軸地包圍，該圓筒的下端通向所述自吸式推進器，而該圓筒的上端以密封的方式連接到所述驅(qū)動裝置上并貫穿(開設)有一用于將氣體注入由所述軸和所述圓筒限定的環(huán)形間隙的開口，該推進器由兩個疊置的盤形件和一組設置在所述盤形件之間并固定在該盤形件上的徑向葉片構(gòu)成，上部盤形件貫穿有一中心孔，所述圓筒的下端伸入該中心孔，該圓筒和所述孔的邊緣一起限定通過其將液體吸入所述推進器的至少部分環(huán)形的空間；-用于引導由所述推動器徑向排出的氣/液分散體朝向所述軸流式運動組件的裝置，并且，在該設備中，所述自吸式推進器的下部盤形件的表面面積比該推進器的上部盤形件的表面面積小。
圖1A和圖1B示出通過本發(fā)明得到改進的現(xiàn)有技術(shù)設備的特征。根據(jù)本發(fā)明的設備包括設置在液體L表面上方的驅(qū)動裝置1，例如電動機，該驅(qū)動裝置設置有沿豎直方向延伸并部分浸沒在液體L中的旋轉(zhuǎn)輸出軸2。該軸2在其下端3支承浸沒在液體中的優(yōu)選地為螺旋漿的軸流式運動組件。該軸2還支承設置在該螺旋漿4和液面L之間的自吸式推進器5，該推進器5因此浸沒在反應器內(nèi)并由該輸出軸2以與該推進器4相同的速度驅(qū)動。該輸出軸2由一圓筒6同軸地包圍，該圓筒的上端6b連接到該驅(qū)動裝置1上并插入密封裝置7內(nèi)，并且該圓筒的下端6a與所述軸2同軸地通向推進器5。在該圓筒6的上端形成有用于將氣體注入由該軸2和該圓筒6限定的環(huán)形間隙15的開口14。用于向該開口14注入氣體的系統(tǒng)沒有示出。
該自起推進器5由兩個水平放置的盤形件8、9和一組設置在該盤形件8、9之間并固定在該盤形件上的徑向葉片構(gòu)成。本發(fā)明的實質(zhì)特征源于所使用的自吸式推進器的特征。根據(jù)本發(fā)明，該自吸式推進器5的下部盤形件9的表面面積必須小于所述推進器的上部盤形件8的表面面積。該特征可以通過使用各種類型的推進器獲得。
在根據(jù)本發(fā)明的設備的第一變型中，該自吸式推進器5的下部盤形件9的直徑可以小于上部盤形件8的直徑。優(yōu)選地，下部盤形件9的直徑至少大于或等于通過其將液體吸入推進器的至少部分環(huán)形的空間13的直徑。該類型的推進器如圖2所示。
在根據(jù)本發(fā)明的設備的第二變型中，該下部盤形件9被至少部分切除?！扒谐敝溉コ糠直P形件。例如，可以以環(huán)形至少部分地切除下部盤形件9，即從下部盤形件上去除一圓環(huán)。該類型的推進器如圖3所示。還可以使用去除下部盤形件的除外環(huán)之外的整個中心的推進器。在后一示例中，下部盤形件僅由一金屬環(huán)構(gòu)成。還可以使用去除至少一個一定角度的扇形、優(yōu)選地去除多個對稱分布的一定角度的扇形的推進器。
最后，可以結(jié)合這些不同的變型，并使用其下部盤形件通過結(jié)合各種切除形式，如圓環(huán)切除或扇形切除，而被部分切除的推進器。因此，可以使用其中切除了一些一定角度的圓環(huán)扇形區(qū)域的推進器。
所述輸出軸2沿軸向通過該推進器5的盤形件8、9，同時固定在下部盤形件9上，因此當致動驅(qū)動裝置1時，該軸2驅(qū)動該推進器5和軸流式運動組件4以相同的速度旋轉(zhuǎn)。該推進器5的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生吸力以吸入通過開口14并經(jīng)由圓筒6到達的氣體，并且還產(chǎn)生吸力以吸入通過環(huán)形空間13引入并在該推進器5和圓筒6之間自由流動的部分液體。
根據(jù)本發(fā)明的設備包括用于引導由該推動器徑向排出的葉片11之間的氣/液分散體朝向所述螺旋漿4的裝置。根據(jù)優(yōu)選實施例，這些裝置可以包括由折流板形成的環(huán)形外殼16，該環(huán)形外殼包圍該推進器5并成形為引導從該推進器沿徑向流出的流體朝向所述軸流式運動組件(4)，該環(huán)形外殼貫穿有兩個疊置的與所述軸2同軸的中心開口17、18。優(yōu)選地，下部開口18的直徑大于上部開口17的直徑，并且基本等于該自吸式推進器5的上部盤形件的直徑。用于引導氣/液分散體朝向螺旋漿4的裝置還可以包括一組形成對翼(counter-blade)的基本豎直的板19，該板19繞所述折流板外殼16沿徑向設置并固定在該外殼上。各對翼19都沿徑向伸入折流板外殼16的內(nèi)部，并通過合適的方法例如焊接或鉚接固定在該外殼上。對翼19可以以特定的間隔角以合適的數(shù)目設置在所述自吸式推進器5和螺旋漿4周圍。在螺旋漿4處，在各對翼19的內(nèi)邊緣形成有螺旋漿4的端部可以伸入其中的凹口21。
根據(jù)本發(fā)明的設備可以擴展同一類型的現(xiàn)有技術(shù)設備的阻塞極限。因此，在部分現(xiàn)有技術(shù)設備被阻塞的條件下，根據(jù)本發(fā)明的設備將正常工作并且能夠?qū)怏w注入液體中并攪動液體。
根據(jù)本發(fā)明的設備的一優(yōu)點在于，與現(xiàn)有技術(shù)設備相比較，在相同的功率下，根據(jù)本發(fā)明的設備可以提高注入到液體中的氣體的流速。其提高率為至少30％。
另一優(yōu)點在于，與現(xiàn)有技術(shù)設備相比較，根據(jù)本發(fā)明的設備具有簡化的操作。因此，與現(xiàn)有技術(shù)設備的最優(yōu)形式不同，在本發(fā)明的自吸式推進器下方的輸出軸上未設置額外的運動攪動組件。利用所述設備的示例如圖1中所示的設備設置有各種類型的自吸式推進器。
試驗的第一系列推進器對應于本發(fā)明的第一變型(推進器的下部盤形件的表面面積比該推進器的上部盤形件的表面面積小)。根據(jù)第一變型的各種推進器的特征如下表1中所述。
表1

利用對應于本發(fā)明的第二變型的推進器(兩盤形件的直徑相等并且推進器的下部盤形件被部分切除)進行其它試驗。此時的試驗推進器-以“推進器4”表示-的盤形件的直徑為80mm，并且其下部盤形件已在距離該盤形件中心25mm處去除-5mm寬的圓環(huán)。
將設置有各種推進器1-4的圖1中攪動設備的氣體阻塞情況與設置有推進器0和設置在推進器0下方的輸出軸上的額外運動攪動組件的現(xiàn)有技術(shù)設備的氣體阻塞情況進行比較。為了檢測阻塞情況，提高進入該設備的氣體流速，同時保持驅(qū)動設備的速度不變。所用的氣體是壓力為2絕對巴的空氣。通過觀察氣體停止擴散到反應器中的情況和氣體通過允許液體進入推進器的裝置(環(huán)形空間13)排出的情況目測阻塞情況。
圖4中曲線示出當在各種轉(zhuǎn)速值(N/min)下發(fā)生阻塞時觀察到的分別設置有推進器0、1、2、3和4的圖1中設備的氣體流速(Q/h)?？梢园l(fā)現(xiàn)，在相同的速度下與利用推進器0的設備相比，利用推進器1-4的設備在阻塞時具有高得多的氣體流速。
通過利用數(shù)字模擬，還可以計算在圍繞軸2的圓筒6內(nèi)的由各推進器產(chǎn)生的負壓，該圓筒中有氣體流動。通過測量歐拉數(shù)表征該負壓，如表2中所示。歐拉數(shù)表示設備的將氣體引入推進器的能力歐拉數(shù)越大，由推進器產(chǎn)生的圓筒6內(nèi)的負壓越大。歐拉數(shù)通過以下方法計算Eu＝ΔP/(ρL(ND)2)，其中，ΔP是由推進器產(chǎn)生的圓筒6內(nèi)的負壓，以Pa表示；D是由推進器的翼確定的直徑，用m表示；N是推進器的轉(zhuǎn)速，用s-1表示；pL是液體的密度，用kg/m3表示。對于所有試驗推進器，D的值均為80mm。
表2

可以觀察到，盡管設置有推進器1的本發(fā)明設備能夠大大地擴展阻塞極限，但該設備具有較低的歐拉數(shù)，因而具有較低的氣體引入能力。設置有推進器2-4的本發(fā)明設備具有令人滿意的歐拉數(shù)，同時擴展了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)(推進器0)的設備的阻塞極限。
權(quán)利要求
1.一種用于攪動反應器內(nèi)的液體(L)并將氣體注入液體的設備，該設備包括-設置在該反應器上方的驅(qū)動裝置(1)，該驅(qū)動裝置設置有-在其下端設置有至少一個浸沒在所述液體中的軸流式運動組件(4)的豎直輸出軸(2)；-浸沒在所述反應器中并且可以由所述輸出軸(2)驅(qū)動的自吸式推進器(5)；所述輸出軸由一圓筒(6)同軸地包圍，該圓筒的下端(6a)通向所述推進器，而該圓筒的上端(6b)以密封的方式連接到所述驅(qū)動裝置(1)上并貫穿有一用于將氣體注入由所述軸和所述圓筒限定的環(huán)形間隙(15)的開口(14)，所述推進器由兩個疊置的盤形件(8，9)和一組設置在所述盤形件之間并固定在該盤形件上的徑向葉片(11)構(gòu)成，上部盤形件(8)貫穿有一中心孔(12)，所述圓筒(6)的下端(6a)伸入該中心孔，該圓筒(6)和所述孔的邊緣一起限定通過其將液體吸入所述推進器的至少部分環(huán)形的空間(13)，-用于引導由所述推動器(5)徑向排出的氣/液分散體朝向所述軸流式運動組件(4)的裝置；其特征在于，所述自吸式推進器(5)的下部盤形件(9)的表面面積比所述推進器的上部盤形件(8)的表面面積小。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述自吸式推進器(5)的下部盤形件(9)的直徑小于所述上部盤形件(8)的直徑。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的設備，其特征在于，所述下部盤形件(9)的直徑至少大于或等于所述至少部分環(huán)形的空間(13)的直徑。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的設備，其特征在于，所述下部盤形件(9)被至少部分切除。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的設備，其特征在于，所述下部盤形件(9)以圓環(huán)的形式被至少部分切除。
6.一種根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述軸流式運動組件(4)為螺旋漿。
7.一種根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述用于引導由所述推動器(5)徑向排出的氣/液分散體朝向所述軸流式運動組件(4)的裝置包括由折流板形成的環(huán)形外殼(16)，該環(huán)形外殼包圍該推進器(5)并成形為引導從該推進器沿徑向流出的流體朝向所述軸流式運動組件，該環(huán)形外殼貫穿有兩個疊置的與所述軸(2)同軸的中心開口(17，18)。
8.一種根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設備，其特征在于，在所述軸流式運動組件(4)下方的輸出軸上未設置額外的運動攪動組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于攪動液體并將氣體注入該液體的設備。本發(fā)明包括設置在反應器上方的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置設置有在其端部包含自吸式渦輪的豎直輸出軸。該渦輪包括兩個疊置的盤形件，并且下部盤形件的表面面積小于上部盤形件的表面面積。
文檔編號B01F15/00GK1729045SQ200380105973
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者S·梅倫, M·普, C·舒埃雷布, R·薩爾丹 申請人:科學研究國家中心, 圖魯茲國立理工學院, 液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監(jiān)督和管理委員會的有限公司