CN102008916A

CN102008916A - 一种导流搅拌装置

Info

Publication number: CN102008916A
Application number: CN2010105365780A
Authority: CN
Inventors: 杨超; 李向阳; 彭剑飞; 张广积; 程景才; 方兆珩; 毛在砂
Original assignee: Beijing Zhongnong Pukang Biotechnology Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Beijing Zhongnong Pukang Biotechnology Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明是有关于一种导流搅拌装置，包括搅拌槽、位于搅拌槽内的搅拌轴、安装于搅拌轴下方的搅拌桨以及设置在搅拌桨下方的气体分布器，所述的搅拌桨和搅拌槽壁面之间还安装有导流筒。本发明导流搅拌装置是一种具有高传质、低剪切的组合搅拌装置，可适用于湿法冶金、生化制药和石油化工等领域的多相混合搅拌领域，特别适于涉及固体悬浮、气液传质和多相化学反应过程，尤其适应微生物(细菌)生长的气-液-固复杂多相体系，如生物氧化浸出金属硫化矿，可有效的解决现有生物氧化浸出矿物过程中高传质和低剪切之间的矛盾，从而更加适于实用。

Description

一种导流搅拌装置

技术领域

本发明涉及一种导流搅拌装置，特别是涉及一种适于生物氧化浸出过程的导流搅拌装置。

背景技术

在生物氧化浸出硫化矿的工业应用中，高效反应器的构建是提高生产效率的关键。矿浆的细菌浸出不同于一般的化学浸出，其主要特点是在浸出过程中必需维持微生物生长的适宜条件，即要求其既适于细菌生长，又利于矿物的浸出。目前工业上应用的细菌槽浸反应器是传统化工和湿法冶金浸矿设备的延伸，这种反应器靠搅拌驱动液体流动、由液体流动带动气体分散和颗粒悬浮。目前生物浸出时矿浆浓度仅限于20％以下，设备的单位处理能力较低。矿物颗粒密度较大，提高矿浆浓度要求更大的搅拌功率才能保证矿物颗粒的悬浮；另外，矿浆浓度的提高使得矿浆变稠、粘度增大，不利于气体分散，需要更大的搅拌功率才能提高气液相间界面面积。这样将导致矿浆剪切力的增加，对微生物的生长造成不利影响。所以，传统生物浸矿反应器的根本问题在于高传质与低剪切的矛盾。

请参阅图1所示，现有的生物氧化浸矿反应器主要由搅拌槽3、安装在搅拌槽3内的搅拌轴1，固定于搅拌轴1下方的搅拌桨4、以及位于搅拌桨下方的气体分布器5组成。上述搅拌桨4多采用轴流桨，目前工业用气体分布器5多为通气管，通气管的开孔斜向下朝向轴心或斜向下与搅拌器旋转方向的反方向，一般气泡较大且分布不均。

在对生物氧化浸矿反应器的研发中，国内大多数专利与研究集中在改善换热、气体分布状况的改良和一些装置附件的组合与发明，比如含砷金矿生物氧化槽(中国专利，申请号00202817.4)，难浸金精矿的生物氧化——硫脲树脂矿浆法提金工艺(中国专利，申请号200310110091.6)和用于难浸硫化金矿生物氧化的反应器(中国专利，申请号200810037672.4)。

由此可见，上述现有的导流搅拌装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可解决高传质和低剪切之间矛盾，符合生物氧化浸出矿物过程要求的新型结构的导流搅拌装置，实属当前业界的重要研究课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种导流搅拌装置，使其可解决高传质和低剪切之间矛盾，符合生物氧化浸出矿物过程要求，从而克服现有的生物氧化浸矿反应器的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种导流搅拌装置，包括搅拌槽、位于搅拌槽内的搅拌轴、安装于搅拌轴下方的搅拌桨以及设置在搅拌桨下方的气体分布器，所述的搅拌桨和搅拌槽壁面之间还安装有导流筒。

作为本发明的一种改进，所述的导流筒为直筒状。

所述的导流筒的内横截面面积为S1，搅拌槽内横截面与导流筒外横截面的面积差为S2，导流筒上下缘流道面积分别为S3、S4，S1、S2、S3、S4相等或相近。

所述的搅拌桨为下推折叶开启式涡轮搅拌桨。

所述的气体分布器为环状气体分布器，并设有向下的开孔。

所述的搅拌槽壁面无挡板，槽底为椭球形或复曲面设计。

所述的搅拌槽的槽底为椭球形，长短轴比为10∶8。

所述的搅拌桨的桨径是搅拌槽内径的1/4～1/2。

所述的气体分布器的直径略小于搅拌桨的直径。

所述的导流筒的直径为搅拌槽内径的17/30～23/30。

采用这样的设计后，本发明导流搅拌装置加装了导流筒，并优化了搅拌桨、气体分布器的大小和安装位置，是一种具有高传质、低剪切的组合搅拌装置，可适用于湿法冶金、生化制药和石油化工等领域的多相混合搅拌领域，特别适于涉及固体悬浮、气液传质和多相化学反应过程，尤其适应微生物(细菌)生长的气-液-固复杂多相体系，如生物氧化浸出金属硫化矿，可有效的解决现有生物氧化浸出矿物过程中高传质和低剪切之间的矛盾，从而更加适于实用。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有的导流搅拌装置的结构示意图。

图2是本发明导流搅拌装置的结构示意图。

图3a是现有导流搅拌装置的单相流场模拟结果。

图3b是本发明导流搅拌装置的单相流场模拟结果。

具体实施方式

请参阅图2所示，本发明一种导流搅拌装置，在原有设计搅拌槽3、搅拌轴1、搅拌桨4以及气体分布器5结构的基础上，在搅拌桨和搅拌槽壁面之间增设了导流筒7，导流筒7可以通过底部支架或顶部的竖直悬臂固定于搅拌槽3内。

其中，搅拌槽3的壁面无挡板，槽底6优选长短轴比为10∶8的椭球形或复曲面设计，没有搅拌死角，既有利于固体矿浆悬浮又能降低剪切力。

搅拌桨4优选下推折叶开启式涡轮搅拌桨，有利于矿浆悬浮。以与搅拌槽3的内径D比值计算，搅拌桨4的桨径为D/4～D/2。

气体分布器5为环状气体分布器，并设有很多向下的开孔，直径略小于搅拌桨4的直径，大约为D/4～D/2，气泡较小且分布均匀，还可以防止矿浆堵塞气体分布器通气孔，同时可以使气泡进入反应器即被快速破碎而后随流体分散混合。

导流筒7优选为直筒状，设导流筒7的内横截面面积为S1，搅拌槽3内横截面与导流筒7外横截面的面积差为S2，导流筒上下缘流道面积分别为S3、S4，导流筒7的尺寸选择以S1、S2、S3、S4相等或相近为原则，能使槽内流体流动更规则一致，大幅降低流体剪切。导流筒的直径为2D/3±D/10。

以下列举几个具体实施例来说明本发明应用于各种多相体系时可采用的具体结构及其应用效果。

实施例1：

针对单液相体系，在无挡板的圆柱形椭圆底敞口搅拌槽3中，该搅拌槽内径D＝300mm、高H＝450mm，底部为椭球型，长短轴分别为a＝300mm、b＝240mm，材料为厚度8mm的有机玻璃，静止时的从气液界面2测量的液位高度H₁＝420mm。采用三叶下推斜叶桨搅拌，桨直径D_I＝150mm，桨叶高D/15，桨叶与水平方向成70度角，桨叶下部距搅拌槽底部距离为120mm，导流筒内径D_d＝210mm，高H_d＝310mm，安装位置按照各流道面积相等或相近原则。

采用轴上扭矩法测定了有无导流筒时的搅拌功率，采用CFD方法模拟了有无导流筒时的流场。

在100～350rpm的转速范围内，采用本发明有导流筒的搅拌装置时，搅拌功率与现有技术不加导流筒时的搅拌功率相比略有下降，最大减小接近5％。请配合图3a、3b所示，CFD方法模拟了有无导流筒时的流场，从模拟结果可以看出，未采用导流筒时，在搅拌桨周围排出流区流体流速较大，反应器上部和底部流动较弱，能量消耗主要集中在搅拌桨上下共50％槽子范围内；采用导流筒后，反应器内的流体流动自下至上更加规则一致，而该流动特性有利于搅拌功耗的均匀分布，从而最大剪切率下降20～30％。

流场模拟结合搅拌功率测定结果可见，加入导流筒后，反应器内流体的剪切率分布更加均匀，最大剪切力显著下降，本发明中的新型组合搅拌装置可以显著降低流体剪切。

实施例2：

针对液固两相体系，在结构和尺寸同实施例1的搅拌槽中，加入二氧化硅颗粒，d_s＝63～80μm，ρ_s＝1970kg/m³，采用视觉观察的方法分别考察固含率在20wt％时加入和不加导流筒的反应器中固体粒子的临界离底悬浮搅拌转速。实验结果发现：对于未安装导流筒的反应器，临界离底悬浮搅拌转速为141rpm，而采用了导流筒的反应器，转速达到124rpm即满足了粒子离底悬浮的临界条件。显然加入导流筒后改善了反应器内的流型，更加有利于固体悬浮。

实施例3：

在结构和尺寸同实施例1的搅拌槽中，液相和固相同实施例2，同时采用气体分布器通入空气，分布器直径d＝145mm，安装位置位于搅拌桨下方。分别考察加入和不加导流筒的反应器中固体粒子的临界搅拌转速，同时还采用滴加Na₂SO₃的方法测定了气液体积传质系数。

实验结果发现：

(1)对于未安装导流筒的反应器，临界悬浮搅拌转速为160rpm，而采用了导流筒的反应器，转速达到138rpm即满足了粒子离底悬浮的临界条件。显然加入导流筒后改善了反应器内的流型，更加有利于固体悬浮。

(2)安装导流筒的反应器，整体气含率明显提高，气体分布也更均匀，气液体积传质系数相对于未安装导流筒的反应器最大有35％的增幅。

实施例4：

浮选得到的含砷金精矿，85％矿物颗粒为-200目以下，含铁18％、硫20％、砷12％，黄金品位为12g/t，其中70％的黄金属于微细包裹金，直接氰化浸出率低于30％。

矿物经调浆后配置成250g/L矿浆，采用无导流筒搅拌槽反应器生物氧化浸出7天，过滤洗涤后对矿物进行氰化浸出，黄金浸出率为63％。

采用同样的矿物，保持浸出条件不变，采用有导流筒的搅拌槽反应器进行生物氧化浸出7天，过滤洗涤后对矿物进行氰化浸出，黄金浸出率为78％。

由此可见，本发明导流搅拌装置，其结构设计和搅拌槽、搅拌桨、分布器的优化组合，在保证固相充分悬浮、气液高效传质的基础上，有效降低了流体剪切，有利于细菌生长，更适于微生物氧化浸出硫化矿过程。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种导流搅拌装置，包括搅拌槽、位于搅拌槽内的搅拌轴、安装于搅拌轴下方的搅拌桨以及设置在搅拌桨下方的气体分布器，其特征在于：

所述的搅拌桨和搅拌槽壁面之间还安装有导流筒。

2.根据权利要求1所述的一种导流搅拌装置，其特征在于所述的导流筒为直筒状。

3.根据权利要求1所述的一种导流搅拌装置，其特征在于所述的导流筒的内横截面面积为S1，搅拌槽内横截面与导流筒外横截面的面积差为S2，导流筒上下缘流道面积分别为S3、S4，S1、S2、S3、S4相等或相近。

4.根据权利要求1所述的一种导流搅拌装置，其特征在于所述的搅拌桨为下推折叶开启式涡轮搅拌桨。

5.根据权利要求1所述的一种导流搅拌装置，其特征在于所述的气体分布器为环状气体分布器，并设有向下的开孔。

6.根据权利要求1所述的一种导流搅拌装置，其特征在于所述的搅拌槽壁面无挡板，槽底为椭球形或复曲面设计。

7.根据权利要求1所述的一种导流搅拌装置，其特征在于所述的搅拌槽的槽底为椭球形，长短轴比为10∶8。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种导流搅拌装置，其特征在于所述的搅拌桨的桨径是搅拌槽内径的1/4～1/2。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种导流搅拌装置，其特征在于所述的气体分布器的直径略小于搅拌桨的直径。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的一种导流搅拌装置，其特征在于所述的导流筒的直径为搅拌槽内径的17/30～23/30。