[實用新型]一種管路內氣體收集再分布翼片轉子

有效

• 申請號: 201720267265.7
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN206613403U
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 關昌峰;鄭麟;閻華;丁玉梅;楊衛民
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01F7/00
• 分類號: B01F7/00;B01F3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種應用于管路內氣液兩相流混合與傳質的內插件裝置，特別是一種受流體沖擊繞軸旋轉的氣體收集再分布翼片轉子。

背景技術

管路中的氣液兩相流混合廣泛地應用于化工、能源、醫藥、生物等行業，由此產生的成果或生產的產品與我們的日常生活息息相關。因此研究能夠高效、節能進行氣液混合與傳質的設備意義重大。特別是近年來由于化石能源日漸短缺、環境污染問題日益嚴重，人們開始更多地關注新型可再生清潔能源，在研究中發現，生物柴油是一種與化石能源性能相接近的極佳的可再生清潔能源。用于大規模生產生物柴油的最佳原材料是微藻，除此之外，由微藻產出的高附加值產物也廣泛應用于醫藥、食品等方面。為此，大規模、高效率的進行微藻工業化養殖生產具有重要意義。微藻的生長依賴光照、溫度、pH、碳源和其它營養物質等因素，因此在微藻培養中一般會主動添加二氧化碳氣體作為碳源。管式光生物反應器是用于微藻大規模培養的理想設備，具有比表面積大、封閉抗污染、可操控性較好等優點，盡管如此，它仍存在一些不足：混合傳質效果不佳、溶氧積累嚴重、清洗維修較難等。為此人們對現有管式光生物反應器進行了結構改進。中國專利公開號CN204417511U公開了名稱為“基于流體驅動內置轉子的管式光生物反應器”的實用新型專利，該專利提供了一種在透明管內安裝流體驅動內置轉子組，并使用發光中心軸的管式光生物反應系統。利用藻液流動為轉子提供動力，使轉子繞中心軸轉動，進而促進液體的周向和徑向流動，水流沖擊管壁，防止微藻附壁生長，轉子的旋轉運動促進了養分均布，使培養的藻細胞保持運動狀態，提高了對二氧化碳的交換和吸收效率。但是，通過模擬以及實驗發現，對于水平放置的管式光生物反應器，在距離曝氣裝置稍遠距離后，氣體由于密度低，大量集中在管道上部，盡管普通轉子對流體有一定的攪拌混合作用，但仍不能很好地處理該部分氣體，因此，導致氣液接觸面減少，混合和傳質能力下降，通入的二氧化碳氣體大量耗散，造成了資源的浪費。

發明內容

本發明的目的是設計一種用于管路中氣液兩相流混合傳質的螺旋轉子，該轉子在受到流體沖擊繞軸旋轉中，能夠對集中在管路上部的氣體進行收集，再重新分布于液體中，從而增加氣液兩相的接觸面積，促進混合，提高氣液傳質效率與流體的湍動程度。

為實現上述目的，提出的方案是：一種管路內氣體收集再分布翼片轉子，主要由翼片、葉片、錐形凸臺、轉軸以及錐形凹臺組成，轉軸置于轉子中心，內部開有同心圓通孔，錐形凸臺置于轉軸一端，另一端設有錐形凹臺，凹臺外側均布開有三個徑向通孔，葉片、翼片依次對稱排布于轉軸外表面，各個部分一體成型或通過粘接、焊接等方式連接，葉片結構與中心轉軸呈螺旋狀扭曲并且在內側開有導流槽，導流槽沿軸向逐漸收窄，翼片為對應一定圓心角的圓弧狀薄片，圓弧與中心轉軸同心，翼片位于葉片邊緣外側且沿周向延伸，翼片位于葉片的迎水側，翼片與葉片形成的夾角可以使滯留在換熱管上端的氣體被輸運到換熱管的下端，使氣體與液體得到混合；多個轉子通過一根直徑略小于空心軸的剛性或柔性長軸連接，不同轉子間通過凸臺與凹臺接觸配合，保證了同軸度，減少了磨損。管路中混合流體沖擊轉子葉片表面，推動轉子繞軸轉動，轉子又反作用于混合流體，使流體產生徑向速度，沖擊破壞流體邊界層，增加了流體的湍動程度，同時，轉子的轉動使葉片和翼片形成的夾角結構帶動管路頂部存留的氣體，使其再次沉入底部，增加了氣液兩相流體的接觸面積，在夾角結構內部形成渦流，促進了流體的混合，增加了氣液傳質效率。

本發明一種管路內氣體收集再分布翼片轉子，沿轉軸外表面均勻分布的翼片與葉片的組合結構數量為兩個、三個或多個。

本發明一種管路內氣體收集再分布翼片轉子，每個葉片上都有翼片，翼片與葉片在軸向對齊，即翼片在軸向上與葉片的軸向長度相等。

本發明一種管路內氣體收集再分布翼片轉子，翼片的數量可以少于葉片的數量，即部分葉片上有翼片，這樣既有利于其他混合，又使轉動阻力不至于太大。

本發明一種管路內氣體收集再分布翼片轉子，各個葉片上的翼片軸向長度總和與葉片軸向長度相等，每個葉片上有一段翼片，各個翼片錯開。轉子轉動時沿軸向翼片分別接觸管路上端，即能實現混合，阻力也小，翼片錯開，混合攪拌作用更強。

本發明一種管路內氣體收集再分布翼片轉子，翼片是和中心轉軸同心的圓弧結構，其外緣直徑略小于管路內徑。翼片置于葉片邊緣，隨葉片與中心轉軸呈螺旋狀扭曲，葉片和翼片相交處的切線垂直。翼片的圓弧結構所形成的弧度角為25°-45°。弧度角越大則所形成的翼片面積越大，轉子轉動時所能帶動的氣體體積越大，但轉子用料也越多，流動阻力也較大，反之亦然。