CN101733036B - 一种底部具有异形挡板的搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种底部具有异形挡板的搅拌装置，搅拌装置的顶部具有电机和减速机、上部具有上封头、中间设置圆柱形的筒体，底封头固定连接于筒体的底部；筒体内部具有搅拌轴和涡轮式搅拌器，涡轮式搅拌器位于筒体的中轴线上；底封头的轴截面形状为椭圆形、碟形、锥形、半球形或球冠形，固定于底封头上的若干个挡板的轴截面底部形状与底封头的轴截面形状相对应，若干个挡板在底封头上的径向分布为直板放射形、对数螺线形或螺旋线形，并以若干挡板的中轴线与底封头的交点为中心成均匀放射状分布。本发明具有良好的混合效果，克服了平底容器底部会出现混合死区的缺陷，便于物料的排放，动力消耗小，作业故障少，作业质量高，加工安装方便。

Description

一种底部具有异形挡板的搅拌装置

技术领域

本发明涉及一种搅拌装置，为一种低、中粘度液体搅拌混合以及固体颗粒悬浮的搅拌装置，用于低、中粘度液体混合和高浓度固体颗粒悬浮的混合设备，应用于石油、化工、生化和医药等多个行业。

背景技术

高浓度固体颗粒悬浮和低、中粘度液体的混合与反应常见于石油化工、生物、医药化工中，高浓度固体颗粒在液相中的均匀悬浮以及低、中粘度的液体混合问题是保证生产质量的前提。在固液相悬浮液中，搅拌的目的主要有两点：首先，使固体颗粒分散在液相中进而达到均匀悬浮；其次，促进固体颗粒的传质速率及颗粒间相互作用。影响搅拌操作及混合效果的主要因素包括流动状态、物性、操作条件(包括叶轮型式、转速、溶质加入量、加入速度、分散状况和加入位置)以及几何因素(如连续式/间歇式，搅拌釜、叶轮以及搅拌釜内构件的几何形状)，在以上的主要影响因素中，叶轮型式对流体的流动状态有很大的影响，例如在搅拌罐内安装径向流型叶轮和轴向流型叶轮时，搅拌罐内流体的流动状态有明显不同。同样，在安装同一种型式的叶轮时，在搅拌罐内使用不同形状的挡板以及对挡板进行不同的空间配置时，反应釜内流体的流动状态也有显著区别。对于不溶的固液两相，固体颗粒的下沉导致的分布不均，严重影响了固液两相的反应速率和效率，甚至导致固相在罐底的沉积，给正常的生产带来不便。解决这一问题的关键就是在搅拌釜内产生较强的轴向流动，在搅拌罐内形成上下循环流，达到固液两相充分接触和反应的目的。

对于固液两相反应中所涉及到的固体悬浮问题，主要是要解决固体颗粒的下沉问题。在搅拌罐内无挡板时，由于流体整体在搅拌罐内旋转产生的离心作用，在搅拌轴附近形成漩涡，出现“打漩”现象。漩涡中心的流体几乎与桨轴以同样的角速度回转，产生了“圆柱状回转区”，在“圆柱状回转区”内几乎不产生轴向混合作用，固液悬浮液在离心力作用下会产生分离或分层，其中的重相固体颗粒将被甩到罐壁，然后沿罐壁沉落到罐底。在搅拌罐内沿直罐壁安装垂直条形挡板，削弱了切向流，增强了径向流和轴向流，能有效地消除“打漩现象”及“圆柱状回转区”，此时，搅拌罐内流体的混合效果得到很大改善。在搅拌罐直罐壁内安装垂直挡板，但此法由于流体与垂直挡板的猛烈冲击使很多能量转变为热量而耗散，要消耗较多的能量。

为解决上述问题，公开号为CN 2290395Y、名称为“中心龙卷流型搅拌装置”的专利，其搅拌器设置于平底搅拌釜的中上部，釜底固定均匀设置有放射状的导流板，导流板为平板状或曲线板状，搅拌器为涡轮式径向流搅拌器。在流场中心有强力螺旋上升的轴向液流，状似龙卷风，靠近搅拌釜内壁的四周的液体缓慢旋转下行，靠近釜底附近的液体呈向心径向流动趋势。该搅拌装置中，搅拌器放置于搅拌罐的中上部，挡板放置在罐底，但该搅拌装置的缺陷是仅仅基于平底罐，不能适应不同形状的罐底结构，而在目前的工程应用中，搅拌罐的底部结构绝大多数为椭圆形、碟形、锥形或半球形。在平底罐中，从搅拌器中排出的液体在形成占据平底罐绝大部分容积的主循环流的同时，还在主循环流不能到达的罐底中央和罐底与罐壁的交接处产生诱导循环流。诱导循环流的流速很低，在罐底中央和罐底与罐壁的交接处容易产生固体颗粒的沉积，进而出现死角，不利于固体颗粒的悬浮。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于平底罐之外的其它罐底结构的搅拌装置，在该搅拌装置的底部具有异形挡板，在反应釜或储罐内的搅拌过程中，在固液悬浮和低粘度的液-液混合情况下，罐内中心部位无明显向上的轴向流动，使高浓度的固体颗粒实现均匀悬浮以及低浓度的液-液充分混合。

本发明采用的技术方案是：搅拌装置的顶部具有电机和减速机、上部具有上封头、中间设置圆柱形的筒体，底封头固定连接于筒体的底部，出口接管设置于底封头上；筒体内部具有搅拌轴和涡轮式搅拌器，搅拌轴的上端连接减速机的传动轴，搅拌轴的下端位于筒体的中上部并固定连接涡轮式搅拌器，涡轮式搅拌器位于筒体的中轴线上；底封头的轴截面形状为椭圆形、碟形、锥形、半球形或球冠形，固定于底封头上的若干个挡板的轴截面底部形状与底封头的轴截面形状相对应，若干个挡板在底封头上的径向分布为直板放射形、对数螺线形或螺旋线形，并以若干挡板的中轴线与底封头的交点为中心成均匀放射状分布。

涡轮式搅拌器的中心高度位置和底封头内底面中心处的垂直距离H为0.6-0.8倍的筒体内的液面高度；涡轮式搅拌器的外径d为筒体内径D的1/3-3/4。

底封头上相对的两挡板的内侧面间距d₁和筒体的内径D为d₁∶D＝1∶4-20；相对的两挡板的外侧面间距d₂为筒体的内径D的0.4-0.9倍；出口接管的内侧面间距为d₀为d₀＝d₁-10mm。

挡板轴截面垂直高度为h∶H＝1∶10-30；挡板宽度b为3-10mm，挡板数量为2-10个。

本发明的有益效果是：

1)搅拌罐的罐底的底封头可采用椭圆形、碟形、锥形、半球形或球冠形，相对于现有技术的平底罐，底封头的曲面状结构能很好地消除罐壁与罐底交接处的死角，可使罐壁与罐底交接处的流体更容易向罐底中央流动，同时会底部产生的涡流的作用下很容易到达搅拌罐的底部中央，然后再沿着轴向螺旋上升，具有良好的混合效果，克服了平底容器底部会出现的混合死区的缺陷。

2)适用于大、中、小型反应釜或储罐，在中、高转速下作业，在满足搅拌目的的情况下，动力消耗小，作业故障少，作业质量高；其加工、安装方便。

3)搅拌罐结构简单，搅拌轴短，设备成本低且操作稳定。在相同搅拌效果情况下，底部具有异形挡板的搅拌罐与垂直挡板的搅拌罐相比，临界转速低、缩短混合时间或反应时间，提高了反应釜及储罐的工作能力，宜于推广使用。

4)罐内中心部位产生螺旋向上的轴向流动，实现了低浓度的液-液充分、均匀混合，延长了固相物料的悬浮时间，提高了搅拌效率。对底部流体的排放起到了促进作用，出口接管上方的固相浓度降低，便于物料的排放，可防止反应釜或储罐内底部固体颗粒沉淀物浓度过高而对物料排除产生阻碍，克服了由于出口接管上方固相浓度较高而导致的出口接管堵塞问题。

5)本发明罐内液体可为低、中粘度流体，固相可以为高密度、高浓度的固体颗粒，可用于低、中粘度液体混合过程，特别适用于高密度、高浓度固体颗粒的悬浮。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明结构示意图，其中，底封头9的轴截面为椭圆形；

图2是实施例1的俯视图，挡板10为直板放射形分布；

图3是实施例1的俯视图，挡板10为对数螺线形或螺旋线形分布；

图4是实施例2的轴截面图，为图1中底封头9的轴截面为椭圆形与相对应的挡板10的轴截面图；

图5是实施例3的轴截面图；

图6是实施例4的轴截面图；

图7是实施例5的轴截面图，底封头9轴截面为半球形；

图8是实施例5的轴截面图，底封头9轴截面为球冠形；

图中：1.电机；2.减速机；3.机架；4.联轴器；5.上封头；6.搅拌轴；7.涡轮式搅拌器；8.筒体；9.底封头；10.挡板；11.出口接管。

具体实现方式

如图1所示，反应釜或储罐的顶部上设有电机1和减速机2，电机1的输出轴连接减速机2的传动轴，减速机2的传动轴从反应釜或储罐的外部伸入其中。反应釜或储罐的上部为上封头5，上封头5根据承载情况可为平封头、椭圆形封头、碟形封头等，在上封头5上部设置机架3。反应釜或储罐的中间为圆柱形的筒体8，下部为底封头9，底封头9固定连接于筒体8的底部。反应釜或储罐的最底部为出口接管11，出口接管11位于底封头9上或采用弯管引出。反应釜或储罐的筒体8内部设置搅拌轴6、涡轮式搅拌器7和固定在底封头9上的若干个挡板10，其中，搅拌轴6的下端位于筒体8的中上部，在搅拌轴6的下端固定安装涡轮式搅拌器7，搅拌轴6的上端通过机架3内的联轴器4连接减速机2的传动轴；涡轮式搅拌器7位于筒体8的中轴线上，涡轮式搅拌器7的中心高度位置和底封头9内底面中心处的垂直距离为H，该距离H为0.6-0.8倍的筒体8内的液面高度。涡轮式搅拌器7的外径d为筒体8内径D的1/3-3/4。

本发明的底封头9的轴截面形状可为椭圆形、碟形、锥形、半球形或球冠形，图1所示的底封头9的轴截面即为椭圆形。固定在底封头9上的若干个挡板10的轴截面底部形状与底封头9的轴截面形状相对应，挡板10在底封头9的径向分布可为直板放射形、对数螺线形或螺旋线形，挡板10的径向分布无论是径向直板放射形、对数螺线形或螺旋线形，都以若干挡板10的中轴线与底封头9的交点为中心成均匀放射状分布，设置挡板10时，底封头9上相对的两挡板10的内侧面间距为d₁，筒体8的内径为D，使d₁∶D＝1∶4-20；相对的两挡板10的外侧面间距为d₂，使d₂为筒体8的内径D的0.4-0.9倍，挡板10的轴截面垂直高度为h，使h∶H＝1∶10-30。为便于物料排放，挡板10距出口接管11应留有适当的间隙，出口接管11的内侧面间距为d₀，使d₀＝d₁-10mm。挡板10的宽度b为3-10mm，挡板10的数量为2-10个。

本发明还对搅拌轴6进行强度、扭转变形、临界转速及轴封处径向位移校核，并确定搅拌轴6的尺寸。搅拌轴6在小型反应釜或储罐中可采用实心搅拌轴；在大型反应釜或储罐中，为减轻整个搅拌装置的重量，可采用空心搅拌轴，对整个搅拌装置的重量进行核算，以确定符合机架3的承载能力。计算并确定电机1所需功率。搅拌轴6和涡轮式搅拌器7的材质要根据罐内物料特性进行选择，若遇腐蚀性介质，可选用相应的耐蚀材质

以下通过5个实施例描述挡板10与底封头9相对应配合的结构。

实施例1

如图2和图3所示，底封头9轴截面形状可为椭圆形、碟形、锥形、半球形或球冠形，在底封头9上固定焊接挡板10，挡板10的轴截面底部形状与底封头9的轴截面形状相对应。图2所示的挡板10在底封头9的径向呈直板放射形分布，图3所示的挡板10在底封头9的径向呈对数螺线形或螺旋线形时分布，当挡板10为对数螺线或螺旋线型时，涡轮搅拌器7的转动方向应与螺线开口方向相反。挡板10的主要作用是使靠近筒体8内壁四周旋转下行的流体在搅拌罐的底部产生沿着径向由外向内的流动，形成涡流，到达搅拌罐底部中央的流体在涡流的带动下，产生螺旋向上的轴向流动，这样在搅拌罐内就形成了上下循环流动，物料在罐内能充分接触或反应。

实施例2

如图4所示，固定焊接在筒体8底端的底封头9的截面形状为椭圆形，挡板10的轴截面底部形状与底封头9的轴截面形状相对应呈椭圆形，挡板10在底封头9的径向分布可为直板放射形、对数螺线形或螺旋线形。

实施例3

如图5所示，固定焊接在筒体8底端的底封头9的截面形状为碟形，挡板10的轴截面底部形状与底封头9的轴截面形状相对应呈碟形，挡板10在底封头9的径向分布可为直板放射形、对数螺线形或螺旋线形。

实施例4

如图6所示，固定焊接在筒体8底端的底封头9的截面形状为锥形，挡板10的轴截面底部形状与底封头9的轴截面形状相对应呈锥形，挡板10在底封头9的径向分布可为直板放射形、对数螺线形或螺旋线形。

实施例5

如图7所示，固定焊接在筒体8底端的底封头9的截面形状为半球形，挡板10的轴截面底部形状与底封头9的轴截面形状相对应呈半球形，挡板10在底封头9的径向分布可为直板放射形、对数螺线形或螺旋线形；或如图8所示，固定焊接在筒体8底端的底封头9的截面形状为球冠形，挡板10的轴截面底部形状与底封头9的轴截面形状相对应呈球冠形，挡板10在底封头9的径向分布可为直板放射形、对数螺线形或螺旋线形。

本发明的工作过程是：在电机1带动下，在中、高转速下共同转动，罐内物料可以为低、中粘度液体，固相可以为高密度、高浓度的固体颗粒。上部的涡轮式搅拌器7的主要作用是在桨叶区产生较强的径向流，由叶轮排出的径向液体碰到筒体8内壁后大部分折转向下，在搅拌罐的底部形成向心流。在搅拌轴6转动时，挡板10使到达搅拌罐底部中央的物料会沿着轴向螺旋向上运动，搅拌罐内形成了上下循环流动，避免了固体颗粒在底部的快速沉降，减小了反应釜或储罐内底部固体颗粒沉淀物的浓度，促进了出口接管11上方物料的排出，起到提升固液混合效率的作用。

Claims (1)

1.一种底部具有异形挡板的搅拌装置，其顶部具有电机(1)和减速机(2)、上部具有上封头(5)、中间设置圆柱形的筒体(8)，底封头(9)固定连接于筒体(8)的底部，出口接管(11)设置于底封头(9)上；筒体(8)内部具有搅拌轴(6)和涡轮式搅拌器(7)，搅拌轴(6)的上端连接减速机(2)的传动轴，搅拌轴(6)的下端位于筒体(8)的中上部并固定连接涡轮式搅拌器(7)，涡轮式搅拌器(7)位于筒体(8)的中轴线上，其特征是：底封头(9)的形状为锥形或半球形，固定于底封头(9)上的若干个挡板(10)的轴截面底部形状与底封头(9)的轴截面形状相对应，若干个挡板(10)在底封头(9)上的径向分布为直板放射形或对数螺线形，并以若干挡板(10)的中轴线与底封头(9)的交点为中心成均匀放射状分布；

涡轮式搅拌器(7)的中心高度位置和底封头(9)内底面中心处的垂直距离H为0.6-0.8倍的筒体(8)内的液面高度；涡轮式搅拌器(7)的外径d为筒体(8)内径D的1/3-3/4；

底封头(9)上相对的两挡板(10)的内侧面间距d₁和筒体(8)的内径D为d₁∶D＝1∶4-20；相对的两挡板(10)的外侧面间距d₂为筒体(8)的内径D的0.4-0.9倍；出口接管

(11)的内侧面间距d₀＝d₁-10mm；

挡板(10)的轴截面垂直高度为h∶H＝1∶10-30；挡板(10)的宽度b为3-10mm，挡板(10)的数量为2-10个。

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