一种耦合釜底轴承的气体分布器的制作方法

本技术涉及一种耦合釜底轴承的气体分布器，属于过程工程装备。

背景技术：

1、气体分布器是气液两相反应设备的重要功能部件，其核心作用是与径向流搅拌桨相互配合，将气体均匀分散为微小气泡并与液体充分混合，以增大气液接触面积、提升传质效率，进而保障反应体系内均匀混合和气液分散，是决定反应速率、产物收率及设备运行稳定性的关键组件。该部件广泛应用于生物发酵（如抗生素、酶制剂、氨基酸生产的发酵罐）、化工合成（如乳液聚合、氧化反应釜、氢化反应釜）、环保治理（如生物膜法废水处理反应器）等领域，尤其在大型立式搅拌反应设备中，气体分布器的性能直接影响整体生产效率与产品质量。

2、目前，工业领域常用的气体分布器主要包括三类：其一为多孔板式分布器，通过在平板或弧形板上开设密集小孔实现气体分散，但其易因物料团聚或结晶堵塞孔道，且在高粘度液体体系中气泡分散均匀性差；其二为鼓泡环式分布器，由环形管道及管壁开孔构成，气体从环形管道向管壁孔口喷出，然而该结构存在堵塞孔道和气泡分布不均等问题，导致反应体系内局部传质效率差异明显；其三为喷嘴式分布器，依靠高压气体从喷嘴高速喷出带动液体混合，虽可提升气泡破碎效果，但需额外消耗高压气源动力，能耗较高。

3、此外，现有气体分布器普遍采用独立式设计，未与釜底轴承进行集成。在立式搅拌反应釜中，釜底轴承用于支撑搅拌轴运转，而传统气体分布器需单独设置固定结构，不仅占用釜底大量安装空间，导致设备底部空间利用率低，还需分别进行定位装配，增加了设备安装复杂度与维护成本。同时，部分分布器因结构设计缺陷，停机后内部易残留液体，尤其在生物发酵场景中，残留液体易滋生杂菌，增加后续生产的染菌风险；且现有结构难以兼顾大气体流量下的负压吸液效果与气泡均匀分散，在需低能耗实现气液高效混合的场景中，难以满足实际生产需求。

技术实现思路

1、本实用新型旨在解决现有气体分布器与釜底轴承独立设计导致的空间利用率低、安装维护成本高，以及液体残留易引发染菌风险、难以兼顾低能耗负压吸液与气液均匀分散的技术问题，提供一种耦合釜底轴承的气体分布器，通过结构集成与功能协同，实现设备空间高效利用、气液低能耗高效分散，同时避免停机后液体残留，适配生物发酵、化工合成等领域大型立式搅拌反应釜的生产需求。

2、本实用新型的目的在于提供一种耦合釜底轴承的气体分布器，包括圆柱腔体、进气管、分散齿、进液口和气液出口，所述圆柱腔体与分散齿、气液出口、进液口为一体式结构；所述气液出口设置于圆柱腔体顶部，所述分散齿设置于圆柱腔体上缘，所述进气管与圆柱腔体的侧面连接，所述进气管与圆柱腔体的连接处为螺旋管状结构，气体通过螺旋管状结构切向进入圆柱腔体的侧面；所述进液口位于圆柱腔体的底部和侧下部，使液体从底部吸入；所述圆柱腔体的底部局部延伸有固定舌板，所述固定舌板固定连接有底轴承，所述底轴承内安装有搅拌轴，所述搅拌轴穿设于圆柱腔体内；所述搅拌轴连接有径向流搅拌器，所述底轴承、气体分布器、径向流搅拌器自下而上依次设置于反应釜内。

3、在本实用新型的一种实施方式中，所述进气管靠近圆柱腔体的一端为螺旋管状结构，另一端为圆管状且穿出至反应釜的容器壁外；气体通过进气管从圆柱腔体的侧面螺旋切向进入圆柱腔体内，大体积流量的气体在圆柱腔体内高速旋转并在轴线处形成负压状态，吸引小体积流量的液体从底部进液口进入圆柱腔体内，气液两相流体在圆柱腔体内发生切向混合和分散，引导气液两相流体从气液出口向上喷射流出，分散齿对气液流进行二次剪切，将气泡破碎为更小粒径，随后气液流进入径向流搅拌器的正下方，通过径向流搅拌器的径向剪切力完成三次分散。

4、在本实用新型的一种实施方式中，所述底轴承包括护套、套设于所述护套外侧的轴瓦、以及套设于所述轴瓦外侧的底座，所述搅拌轴安装于所述护套内，所述轴瓦和护套的上方固定连接有压板，所述底座外侧设置有支承法兰，底座的一侧通过螺栓和螺帽与支承法兰以及固定舌板连接。

5、在本实用新型的一种实施方式中，所述分散齿沿圆柱腔体上缘周向排列，分散齿的倾斜方向朝向搅拌轴，倾角为30º~60º，分散齿长度为圆柱腔体直径的0.05~0.3倍，分散齿宽度与齿间距的比例为0.25~0.8。

6、在本实用新型的一种实施方式中，所述进气管的进气方向与径向流搅拌器的旋转方向相同，进气管的进气口与气液出口的截面积之比为0.3 ~ 2.0；所述进液口与进气管的进气口的截面积之比为0.05~0.3；所述圆柱腔体的高径比为1.0~4.0。

7、在本实用新型的一种实施方式中，所述进气管的轴线与圆柱腔体下端面的间距与圆柱腔体的高度之比为0.1~0.5。

8、在本实用新型的一种实施方式中，所述固定舌板与圆柱腔体为一体式结构或者焊接连接，固定舌板的面积与圆柱腔体的底面积之比为0.1~0.3。

9、在本实用新型的一种实施方式中，所述进气管通过至少一个固定支架连接于反应釜的内底壁上；所述支承法兰的下方安装有支承脚，所述进液口的下缘与支承法兰的上端面平齐。

10、在本实用新型的一种实施方式中，所述圆柱腔体采用一体式结构；或者采用对开式结构，所述对开式结构为一侧采用固定结构，另一侧采用可拆卸结构。

11、在本实用新型的一种实施方式中，所述进液口为拱门形状或方形孔状，数量为2~8个。

12、有益效果

13、本实用新型通过结构集成与功能协同，相比现有技术具备以下优势：

14、1、空间与成本优化：通过“底轴承-气体分布器-径向流搅拌器”耦合设计，省去独立固定结构，釜底空间利用率提升10%以上，安装步骤减少约20%，维护成本降低15%~25%；

15、2、防残留与防染菌：拱门形状或方形孔状的进液口与支承法兰平齐的设计，实现停机后液体零残留，生物发酵场景下染菌风险显著降低；

16、3、低能耗高效混合：螺旋切向进气形成的负压吸液无需额外动力，经“腔体混合-分散齿剪切-搅拌桨三次分散”三级处理，气液接触面积提升5%~10%，传质效率提高10%~15%；

17、4、适配性强：可通过调整圆柱腔体高径比、分散齿参数、进液口与进气口截面积比，适配容积（10~500 m3）、粘度（1~10000 mpa∙s）的不同反应体系，适用范围覆盖生物发酵、化工合成等主流领域。

1.一种耦合釜底轴承的气体分布器，其特征在于，包括圆柱腔体（10）、进气管（11）、分散齿（9）、进液口（3）和气液出口（15），所述圆柱腔体（10）与分散齿（9）、气液出口（15）、进液口（3）为一体式结构；所述气液出口（15）设置于圆柱腔体（10）顶部，所述分散齿（9）设置于圆柱腔体（10）上缘，所述进气管（11）与圆柱腔体（10）的侧面连接，所述进气管（11）与圆柱腔体（10）的连接处为螺旋管状结构，气体通过螺旋管状结构切向进入圆柱腔体（10）的侧面；所述进液口（3）位于圆柱腔体（10）的底部和侧下部，使液体从底部吸入；所述圆柱腔体（10）的底部局部延伸有固定舌板（12），所述固定舌板（12）固定连接有底轴承，所述底轴承内安装有搅拌轴（8），所述搅拌轴（8）穿设于圆柱腔体（10）内；所述搅拌轴（8）连接有径向流搅拌器，所述底轴承、气体分布器、径向流搅拌器自下而上依次设置于反应釜内。

2.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述进气管（11）靠近圆柱腔体（10）的一端为螺旋管状结构，另一端为圆管状且穿出至反应釜的容器壁外；气体通过进气管（11）从圆柱腔体（10）的侧面螺旋切向进入圆柱腔体（10）内，大体积流量的气体在圆柱腔体（10）内高速旋转并在轴线处形成负压状态，吸引小体积流量的液体从底部进液口（3）进入圆柱腔体（10）内，气液两相流体在圆柱腔体（10）内发生切向混合和分散，引导气液两相流体从气液出口（15）向上喷射流出，分散齿（9）对气液流进行二次剪切，将气泡破碎为更小粒径，随后气液流进入径向流搅拌器的正下方，通过径向流搅拌器的径向剪切力完成三次分散。

3.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述底轴承包括护套（6）、套设于所述护套（6）外侧的轴瓦（5）、以及套设于所述轴瓦（5）外侧的底座（4），所述搅拌轴（8）安装于所述护套（6）内，所述轴瓦（5）和护套（6）的上方固定连接有压板（7），所述底座（4）外侧设置有支承法兰（2），底座（4）的一侧通过螺栓（13）和螺帽（14）与支承法兰（2）以及固定舌板（12）连接。

4.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述分散齿（9）沿圆柱腔体（10）上缘周向排列，分散齿（9）的倾斜方向朝向搅拌轴（8），倾角为30º~60º，分散齿（9）长度为圆柱腔体（10）直径的0.05~0.3倍，分散齿（9）宽度与齿间距的比例为0.25~0.8。

5. 根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述进气管（11）的进气方向与径向流搅拌器的旋转方向相同，进气管（11）的进气口与气液出口（15）的截面积之比为0.3 ~2.0；所述进液口（3）与进气管（11）的进气口的截面积之比为0.05~0.3；所述圆柱腔体（10）的高径比为1.0~4.0。

6.根据权利要求2所述的气体分布器，其特征在于，所述进气管（11）的轴线与圆柱腔体（10）下端面的间距与圆柱腔体（10）的高度之比为0.1~0.5。

7.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述固定舌板（12）与圆柱腔体（10）为一体式结构或者焊接连接，固定舌板（12）的面积与圆柱腔体（10）的底面积之比为0.1~0.3。

8.根据权利要求3所述的气体分布器，其特征在于，所述进气管（11）通过至少一个固定支架连接于反应釜的内底壁上；所述支承法兰（2）的下方安装有支承脚（1），所述进液口（3）的下缘与支承法兰（2）的上端面平齐。

9.根据权利要求1-8任一项所述的气体分布器，其特征在于，所述圆柱腔体（10）采用一体式结构；或者采用对开式结构，所述对开式结构为一侧采用固定结构，另一侧采用可拆卸结构。

10.根据权利要求1-8任一项所述的气体分布器，其特征在于，所述进液口（3）为拱门形状或方形孔状，数量为2~8个。