CN102183379A - 立式机械搅拌设备性能测试试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立式机械搅拌设备性能测试试验系统。搅拌设备外侧焊有螺旋半圆管夹套，通过控制管路中的阀门，实现蒸汽加热、导热油加热和冷却水冷却；在夹套上、下端口装有流量计、温度表和压力表；搅拌设备上端设有两套驱动系统，实现双轴搅拌（具有同向旋转、反向旋转以及单轴旋转三种运动模式）和变频调速；在两个电机的输出端的搅拌轴上装有扭矩传感器；在搅拌设备内壁面上装有热电阻传感器；内部液体中装有热电偶传感器；以上传感器与控制操作台相连接。本发明能对低粘度和中高粘度流体，牛顿、非牛顿流体物系在不同操作参数下进行冷、热模实验，得到传热系数、混合时间和搅拌功率等参数，评定各种工况的传热性能、混合特性和功耗特性。

Description

立式机械搅拌设备性能测试试验系统
技术领域
本发明涉及一种机械搅拌设备性能测试试验系统，尤其是涉及一种立式机械搅拌设备性能测试试验系统。
背景技术
机械搅拌设备既可用于物料单相混合，也可用于多相混合，既可以间歇操作，也可以连续操作，具有混合效果好、相接触面积大、传热和传质效率高等特点，从而广泛应用于化学过程工业，适用于各种物性（低粘度和中高粘度，牛顿流体及非牛顿流体）和各种操作条件（温度、压力）的混合过程，应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。然而各行业不同场合对机械搅拌设备的要求是不一样的，比如，不同粘度的物料就需要不同的搅拌桨，有时物料的粘度还会随反应的进行而发生变化，这就需要宽粘度适应性的搅拌桨；操作条件的不同对搅拌设备的需求也不同，有些混合反应需要进行外界对其加热或冷却，这就需要能进行热交换的搅拌设备。而一般的搅拌试验台只能进行单一的实验，如果某一操作条件发生了改变就无法进行试验测试，这就需要构建一个操作条件（如浓度、温度、停留时间、压力等）可控范围广，能够适应宽物性、能够对多种工况进行试验测试的搅拌设备试验台。
发明内容
本发明的目的是提供一种立式机械搅拌设备性能测试试验系统，主要用于测量搅拌设备转速、扭矩、管路流量、温度、压力，进而可获取搅拌设备在不同工况下的功耗特性、混合特性和传热性能。
本发明所采用的技术方案是：
本发明的搅拌设备的半圆管夹套上端口管路装有夹套上端口温度表和夹套上端口压力表后，分为三路，第一路接油水排空阀；第二路经蒸汽供给电磁阀、蒸汽用涡街流量计接蒸汽锅炉；第三路接导热油冷却水流量调节手动阀后，再分为两路，一路经导热油回流电磁阀接导热油箱，另一路接排水用电磁阀；半圆管夹套下端口管路装有夹套下端口温度表和夹套下端口压力表后，分为两路，一路经蒸汽流量调节手动阀接排水用电磁阀；另一路接冷却水/导热油用涡街流量计后分为两路，一路经冷却水供给电磁阀、冷却水泵接冷却水供给手动阀；另一路经导热油供给电磁阀、导热油泵、导热油供给手动阀接导热油箱；搅拌设备上端进料口经进料泵、进料手动阀接原料储罐；搅拌设备下端出料口经出料手动阀、出料泵接出料储罐。
控制操作台一路通过数据线与蒸汽用涡街流量计、冷却水/导热油用涡街流量计、夹套上端口温度表、夹套上端口压力表、夹套下端口温度表、夹套下端口压力表、扭矩传感器、热电偶和热电阻连接；控制操作台另一路通过数据线接蒸汽供给电磁阀、油水排空阀、导热油回流电磁阀、排水用电磁阀、冷却水供给电磁阀、导热油供给电磁阀、冷却水泵、导热油泵、进料泵、出料泵、外驱动电机和内驱动电机。
本发明具有的有益效果是：
（1）该测试系统能够进行常见物系（低粘度和中高粘度流体，牛顿流体及非牛顿流体）在不同操作参数下的冷模和热模实验。
（2）该测试系统中的搅拌设备可以进行蒸汽加热、导热油加热和冷却水冷却。使用导热油加热时，导热油可以循环使用，不会对环境产生污染。
（3）该测试系统中的搅拌设备可以实现单轴搅拌和双轴搅拌，并且可以进行变频调速；搅拌桨与搅拌轴为可拆式连接，可以更换桨叶。
（4）各操作基本上实现自动化控制，操作人员只需在控制柜上操作电磁阀的启闭和搅拌转速等。
附图说明
附图是本发明的结构原理示意图。
图中：1、蒸汽用涡街流量计，2、蒸汽供给电磁阀，3、油水排空阀，4、夹套上端口压力表，5、夹套上端口温度表，6、搅拌设备，6.1、外驱动电机，6.2、内驱动电机，6.3、进料口，6.4、热电偶，6.5、热电阻，6.6、外搅拌桨，6.7、内搅拌桨，6.8、半圆管夹套，6.9、出料口，6.10、扭矩传感器，7、进料泵，8、进料手动阀，9、原料储罐，10、夹套下端口温度表，11、夹套下端口压力表，12、出料手动阀，13、出料泵，14、出料储罐，15、冷却水/导热油用涡街流量计，16、蒸汽流量调节手动阀，17、导热油回流电磁阀，18、排水用电磁阀，19、导热油箱，20、导热油供给手动阀，21、导热油泵，22、导热油供给电磁阀，23、冷却水供给手动阀，24、冷却水泵，25、冷却水供给电磁阀，26、蒸汽锅炉，27、导热油冷却水流量调节手动阀，28、控制操作台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如附图所示，本发明的搅拌设备6的半圆管夹套6.8上端口管路装有夹套上端口温度表5和夹套上端口压力表4后，分为三路，第一路接油水排空阀3；第二路经蒸汽供给电磁阀2、蒸汽用涡街流量计1接蒸汽锅炉26；第三路接导热油冷却水流量调节手动阀27后，再分为两路，一路经导热油回流电磁阀17接导热油箱19，另一路接排水用电磁阀18；半圆管夹套6.8下端口管路装有夹套下端口温度表10和夹套下端口压力表11后，分为两路，一路经蒸汽流量调节手动阀16接排水用电磁阀18；另一路接冷却水/导热油用涡街流量计15后分为两路，一路经冷却水供给电磁阀25、冷却水泵24接冷却水供给手动阀23；另一路经导热油供给电磁阀22、导热油泵21、导热油供给手动阀20接导热油箱19；搅拌设备6上端进料口6.3经进料泵7、进料手动阀8接原料储罐9；搅拌设备6下端出料口6.9经出料手动阀12、出料泵13接出料储罐14。
控制操作台（PLC）28一路通过数据线与蒸汽用涡街流量计1、冷却水/导热油用涡街流量计15、夹套上端口温度表5、夹套上端口压力表4、夹套下端口温度表10、夹套下端口压力表11、扭矩传感器6.10、热电偶6.4和热电阻6.5连接；控制操作台28另一路通过数据线接蒸汽供给电磁阀2、油水排空阀3、导热油回流电磁阀17、排水用电磁阀18、冷却水供给电磁阀25、导热油供给电磁阀22、冷却水泵24、导热油泵21、进料泵7、出料泵13、外驱动电机6.1和内驱动电机6.2。
搅拌设备6包括半圆管夹套6.8、内搅拌桨6.7、外搅拌桨6.6热电偶6.4、热电阻6.5、进料口6.3、出料口6.9、扭矩传感器6.10、外驱动电机6.1和内驱动电机6.2；内驱动电机6.2驱动内搅拌桨，外驱动电机6.1驱动外搅拌桨。
本发明的工作原理如下：
（1）导热油加热工况
以粘度为5Pa·s的葡萄糖溶液为原料进行试验测试，打开进料手动阀8将葡萄糖溶液由进料泵7打入搅拌设备6内，在控制操作台28上启动内驱动电机6.2和外驱动电机6.1，缓慢开启内搅拌桨6.7和外搅拌桨6.6至需要转速（在控制操作台28上可以实现内、外搅拌桨同向或反向旋转以及变频调速），此时可由扭矩传感器6.10测得其搅拌轴的扭矩值，求出其搅拌功率。将导热油加热到100℃，然后打开导热油冷却水流量调节手动阀27，关闭蒸汽流量调节手动阀16，打开导热油泵前的导热油供给手动阀20，在控制操作台28上打开油水排空阀3、导热油供给电磁阀22和导热油回流电磁阀17，启动导热油泵21，同时观察排空玻璃管，油位出现时关闭油水排空阀3，通过调节导热油冷却水流量调节手动阀27的开度，调节导热油管路中的油压、流量（由夹套上端口压力表4、夹套下端口压力表11和冷却水/导热油用涡街流量计15测得）等参数，此时半圆管夹套6.8内导热油开始加热搅拌设备内的葡萄糖溶液，待各参数稳定后，开始记录数据，得到葡萄糖溶液开始和最终的温度（热电偶6.4测得）、内壁面温度（热电阻6.5测得）、夹套进、出口温度（夹套下端口温度表10和夹套上端口温度表5测得），可以求出总传热系数和搅拌侧的传热系数。实验完毕后，关闭导热油泵21，并关闭导热油供给手动阀20，然后打开油水排空阀3和蒸汽流量调节手动阀16，进行排空，导热油流回导热油箱19。
（2）蒸汽加热工况
以粘度为5Pa·s的葡萄糖溶液为原料进行试验测试，打开进料手动阀8将葡萄糖溶液由进料泵7打入搅拌设备6内，在控制操作台28上启动内驱动电机6.2和外驱动电机6.1，缓慢开启内搅拌桨6.7和外搅拌桨6.6至需要转速（在控制操作台28上可以实现内、外搅拌桨同向或反向旋转以及变频调速），此时可由扭矩传感器6.10测得其搅拌轴的扭矩值，求出其搅拌功率。启动蒸汽锅炉26将锅炉内蒸汽加热至一定压力后，打开蒸汽流量调节手动阀16，关闭导热油冷却水流量调节手动阀27，在控制操作台28上打开蒸汽供给电磁阀2和排水用电磁阀18，通过蒸汽流量调节手动阀16调节管路蒸汽的流量，待管路中压力、流量（由夹套上端口压力表4、夹套下端口压力表11和蒸汽用涡街流量计1测得）等参数稳定后，开始记录数据，并收集从排水用电磁阀18流出的冷凝水，称出其质量，测出葡萄糖溶液开始和最终的温度（热电偶6.4测得）、内壁面温度（热电阻6.5测得）、夹套进、出口的蒸汽温度（夹套下端口温度表10和夹套上端口温度表5测得），可以求出总传热系数和搅拌侧的传热系数。实验完毕后，关闭蒸汽锅炉26，在控制操作台上打开油水排空阀3，排空残余的冷凝水。
（3）冷却水冷却工况
在导热油加热工况或蒸汽加热工况的基础上进行测试，此时葡萄糖溶液已经加热至70℃。在控制操作台28上启动内驱动电机6.2和外驱动电机6.1，缓慢开启内搅拌桨6.7和外搅拌桨6.6至需要转速（在控制操作台28上可以实现内、外搅拌桨同向或反向旋转以及变频调速），此时可由扭矩传感器6.10测得其搅拌轴的扭矩值，求出其搅拌功率。进行冷却水（温度为5℃）冷却，打开导热油冷却水流量调节手动阀27，关闭蒸汽流量调节手动阀16，在控制操作台28上打开冷却水供给电磁阀25、排水用电磁阀18和油水排空阀3，打开冷却水供给手动阀23，启动冷却水泵24，同时观察排空玻璃管，水位出现时关闭油水排空阀，通过调节导热油冷却水流量调节手动阀的开度，调节管路中的水压、流量（由夹套上端口压力表4、夹套下端口压力表11和冷却水/导热油用涡街流量计15测得）等参数，待各参数稳定后，开始记录数据，测出葡萄糖溶液开始和最终的温度（热电偶6.4测得）、内壁面温度（热电阻6.5测得）、夹套进、出口温度（夹套下端口温度表10和夹套上端口温度表5测得），可以求出总传热系数和搅拌侧的传热系数。实验完毕后，关闭冷却水泵24和冷却水供给手动阀23，打开油水排空阀3和蒸汽流量调节手动阀16，进行排水。

Claims (1)

1.一种立式机械搅拌设备性能测试试验系统，其特征在于：搅拌设备（6）的半圆管夹套（6.8）上端口管路装有夹套上端口温度表（5）和夹套上端口压力表（4）后，分为三路，第一路接油水排空阀（3）；第二路经蒸汽供给电磁阀（2）、蒸汽用涡街流量计（1）接蒸汽锅炉（26）；第三路接导热油冷却水流量调节手动阀（27）后，再分为两路，一路经导热油回流电磁阀（17）接导热油箱（19），另一路接排水用电磁阀（18）；半圆管夹套（6.8）下端口管路装有夹套下端口温度表（10）和夹套下端口压力表（11）后，分为两路，一路经蒸汽流量调节手动阀（16）接排水用电磁阀（18）；另一路接冷却水/导热油用涡街流量计（15）后分为两路，一路经冷却水供给电磁阀（25）、冷却水泵（24）接冷却水供给手动阀（23）；另一路经导热油供给电磁阀（22）、导热油泵（21）、导热油供给手动阀（20）接导热油箱（19）；搅拌设备（6）上端进料口（6.3）经进料泵（7）、进料手动阀（8）接原料储罐（9）；搅拌设备（6）下端出料口（6.9）经出料手动阀（12）、出料泵（13）接出料储罐（14），控制操作台（28）一路通过数据线与蒸汽用涡街流量计（1）、冷却水/导热油用涡街流量计（15）、夹套上端口温度表（5）、夹套上端口压力表（4）、夹套下端口温度表（10）、夹套下端口压力表（11）、扭矩传感器（6.10）、热电偶（6.4）和热电阻（6.5）连接；控制操作台（28）另一路通过数据线接蒸汽供给电磁阀（2）、油水排空阀（3）、导热油回流电磁阀（17）、排水用电磁阀（18）、冷却水供给电磁阀（25）、导热油供给电磁阀（22）、冷却水泵（24）、导热油泵（21）、进料泵（7）、出料泵（13）、外驱动电机（6.1）和内驱动电机（6.2）。
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