CN102294194A - 一种新型动静结构液－液混合装置 - Google Patents

Abstract

一种新型动静结构液－液混合装置，包括有外管；外管内含有至少两级单元，以先旋转叶轮组件单元再静态混合单元的排列顺序周期性排列；前级的旋转叶轮组件单元与其后级的静态混合单元间经渐缩流道连通，前级的静态混合单元与其后级的旋转叶轮组件单元间或与装置的出口经渐扩流道连通；旋转叶轮组件单元包括设置在外管内可转动的一组带有轴的旋转叶轮，叶轮上装有一组各与轴向倾斜-20～60°的叶片，在旋转叶轮两端轴上分别安有轴向固定架；静态混合单元由2～4个孔道子单元组合构成，各孔道子单元中有一组固定螺旋叶片，各固定螺旋叶片以120～270°单向螺旋。其融合了旋转叶轮与固定混合元件各自的优点，能够将两种及其以上不同液体进行高效率混合。

Description

一种新型动静结构液-液混合装置

技术领域

本发明属于液体混合技术领域, 特别是涉及一种将两种及两种以上不同液体进行混合的机械装置。

背景技术

在实际应用中，常用的液－液混合装置通常有搅拌混合器和静态混合器两种类型。

搅拌混合器是机械式搅拌，利用桨叶的机械旋转运动实现物料各组分的搅拌混合，桨叶形状不同与不同运动方式造成混合效果差别很大，且搅拌速度有一定限制，混合效率不高。对某些粘度较高的液体或对多相分散混合系，机械式搅拌很难形成均匀剪切力，同时机械式搅拌需要外加动力，耗能较大。 

静态混合器没有运动零部件，在管内安装多组具有特定形状的固定混合元件，两相流体通过固定混合元件时不断改变流动方向，达到径向混合效果。但是各种静态混合器由于单元结构通道形状不同，其应用特性参数各异，适用范围有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型动静结构液－液混合装置，其可以克服现有技术设备的缺点和不足，融合了旋转叶轮与固定混合元件各自的优点，能够将两种及两种以上不同液体进行高效率的混合。

为实现上述目的，本发明采取以下两种设计方案： 

一种新型动静结构液－液混合装置，包括有一混合装置的外管；外管内含有偶数级单元且至少为两级，以先旋转叶轮组件单元再静态混合单元的排列顺序周期性排列；前级的旋转叶轮组件单元与其后一级静态混合单元间通过渐缩流道连通，前级的静态混合单元与其后一级旋转叶轮组件单元间或与装置的出口通过渐扩流道连通；所述的旋转叶轮组件单元包括设置在外管内可转动的一组带有中心轴的旋转叶轮，旋转叶轮上装有一组各与轴向倾斜-20～60°的转轮叶片，在旋转叶轮的中心轴两端上分别安有轴向固定架；所述的静态混合单元由2～4个孔道子单元组合构成，各孔道子单元中设有一组固定螺旋叶片，各固定螺旋叶片以120～270°单向螺旋。

又一种新型动静结构液－液混合装置，包括有一混合装置的外管；外管内含有奇数级单元且至少为三级，以先旋转叶轮组件单元再静态混合单元的排列顺序周期性排列，最尾端附加一级旋转叶轮组件单元；前一级旋转叶轮组件单元与其后一级的静态混合单元间通过渐缩流道连通，前一级静态混合单元与其后一级旋转叶轮组件单元间通过渐扩流道连通，最尾端一级的旋转叶轮组件单元与装置的出口直接连通；所述的旋转叶轮组件单元包括设置在外管内可转动的一组带有轴的旋转叶轮，叶轮上装有一组各与轴向倾斜-20～60°的转轮叶片，在旋转叶轮两端轴上分别安有轴向固定架；所述的静态混合单元由2～4个孔道子单元组合构成，各孔道子单元中设有一组固定螺旋叶片，各固定螺旋叶片以120～270°单向螺旋。

所述的一组转轮叶片各与轴向倾斜优选为0～50°。

为提高剪切混合效果，上述的新型动静结构液－液混合装置中，在旋转叶轮组件单元的转轮叶片上可以安有一组叶翅，该组叶翅优选为2～5个。所述的一组叶翅以垂直于转轮叶片的上表面为佳。

上述的新型动静结构液－液混合装置中，各孔道子单元的孔道内的螺旋扭转叶片端面相错90°。

当本发明新型动静结构液－液混合装置的静态混合单元均由双孔道子单元构成时，各孔道内部有固定的120°～270°螺旋扭转叶片，两孔道的螺旋叶片端面相错90°。如果外管内含有四级以上的单元（包括四级），前一级的静态混合单元的双孔中心线相对于后一级静态混合单元的双孔中心线应转过90°安置。

当本发明新型动静结构液－液混合装置的外管内至少含有三个单元时，同级或前、后两级静态混合单元各孔道子单元的固定螺旋叶片均同向同角度的螺旋，或在120～270°范围内以同向不同角度螺旋，或同级静态混合单元各孔道子单元的固定螺旋叶片均同向同角度或同向不同角度螺旋；前、后级的两个静态混合单元孔道子单元的固定螺旋叶片相互反向同角度螺旋，或在120～270°范围内相互以反向不同角度的螺旋。

本发明的优点是：

1、不需要配备额外动力，大大降低了能耗；

2、能够缩短混合装置的结构尺寸，扩大混合装置的应用范围，提高混合效率；

3、结构设计合理，设备制作成本低廉；

4、组配方便，可以根据需要选用不同数量的子单元匹配使用，故适用范围广；

5、适合各种环境下的安装。

附图说明

图1　为本发明新型静动结合高效液－液混合装置—实施例立体结构示意图（外管半剖）。

图2　为图1所示实施例结构示意的主视图。

图3　为旋转叶轮组件单元的结构示意图（图2中A-A向剖视）。

图4　为旋转叶轮组件单元的结构示意图（主视）。

图5　为前一级静态混合单元剖面图（图2中B-B向剖视）。

图6　为后一级静态混合单元剖面图（图2中C-C向剖视）。

图7　为本发明新型静动结合高效液－液混合装置另一实施例结构示意图（3或5级单元）。

图8　为本发明又一实施例中的静态混合单元剖面图（3孔道）。

图9　为本发明再一实施例中的静态混合单元剖面图（4孔道）。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。 

具体实施方式

参阅图1至图6所示，本发明新型动静结构液－液混合装置包括有一混合装置的外管12；外管12内含有偶数级单元且至少为两级（一级是旋转叶轮组件单元，一级是静态混合单元），以先旋转叶轮组件单元再静态混合单元的排列顺序周期性排列。如图1及图2中的实施例所示，即共有四级，且排列结构是：旋转叶轮组件2、3、4（第一级）→静态混合单元7（第二级）→旋转叶轮组件15（第三级）→静态混合单元13（第四级）。

又可参阅图7所示，本发明新型动静结构液－液混合装置包括有一混合装置的外管12；外管12内含有奇数级单元且至少为三级，以先旋转叶轮组件单元再静态混合单元的排列顺序周期性排列，最尾端附加一级旋转叶轮组件单元；如图7中的实施例所示，即共有三级，且排列结构是：旋转叶轮组件2、3、4（第一级）→静态混合单元7（第二级）→旋转叶轮组件15（第三级）。

本发明新型动静结构液－液混合装置中，前一级的旋转叶轮组件单元与其后一级静态混合单元间均通过渐缩流道连通，前一级的旋转叶轮组件单元与装置的出口直接连通；前级的静态混合单元与其后一级旋转叶轮组件单元间或与装置的出口均通过渐扩流道连通。如图2所示实施例中，前一级的旋转叶轮组件单元2～4、15分别与其后一级静态混合单元7、13间通过渐缩流道6、11连通；前级的静态混合单元7与其后一级旋转叶轮组件单元15间通过渐扩流道8连通；前级的静态混合单元13与装置的出口通过渐扩流道14连通。  

上述的静态混合单元与旋转叶轮组件之间是固定在管内的流体分配单元，其结构为渐变截面通道，主要用于转能与导向引流。旋转叶轮组件与静态混合单元之间的渐缩流道用以实现部分压力能与动能的转换，并使流体顺适合方向加速进入固定螺旋叶片。静态混合单元至旋转叶轮组件的流体分配单元为渐扩通道，既可将部分动能转换为压力能，减少流动摩擦损失,也使流体沿合适角度进入旋转叶轮，冲击叶片使叶轮旋转。

如图2及图7所示的各新型动静结构液－液混合装置中，所述的旋转叶轮组件单元1～5（或9～10、15）包括设置在外管12内可转动的一组带有轴的旋转叶轮2、轴向固定架1、5等，固定架1、5的一实施例结构可参见图4；首先将轴向固定架5固定在外管12内，再将旋转叶轮轴插入该轴向固定架中心孔，随后装入轴向固定架1，并使中心孔套入旋转叶轮轴，以便将旋转叶轮组件子单元安装在外管12内，旋转叶轮2的中心轴可转动，旋转叶轮上装有一组各与轴向倾斜-20～60°（优选为0～50°）的转轮叶片4。

参阅图4所示，为提高剪切混合效果，在旋转叶轮组件单元的转轮叶片4上可以安有一组叶翅3，该组叶翅优选为2～5个。该组叶翅3以垂直于转轮叶片4的上表面为佳。叶片上的叶翅垂直于叶片旋转方向侧的表面，在快速旋转中切割液流，并产生剧烈涡流加强混合。

本发明新型动静结构液－液混合装置的每一级静态混合单元可以是由2～4个孔道子单元组合构成。各孔道子单元中设有一组固定螺旋叶片，各固定螺旋叶片以120～270°单向螺旋。如图2及图7所示的实施例中，较常规的各级静态混合单元是由2个孔道子单元组合构成，各孔道内部有固定的120～270°螺旋扭转叶片，两孔道的螺旋叶片端面相错90°。如果外管内含有至少四级单元，前一级的静态混合单元的双孔中心线相对于后一级静态混合单元的双孔中心线应转过90°安置。

本发明可视需要，将各级的静态混合单元设计为多孔道子单元组合构成，一般是2～4个即可满足要求，前后级中的静态混合单元的孔道子单元数目可以相同，亦可以不同；各孔道子单元中一组固定螺旋叶片的个数是一条，固定螺旋叶片以120～270°单向螺旋。

当本发明新型动静结构液－液混合装置的外管内至少含有三个单元时，同级或前、后两级静态混合单元的固定螺旋叶片可以是均同向同角度的螺旋，或在120～270°范围内以同向不同角度螺旋。

当本发明新型动静结构液－液混合装置的外管12内至少含有三个单元时（如图2及图7所示），同级或前、后两级静态混合单元各孔道子单元的固定螺旋叶片均同向同角度的螺旋，或在120～270°范围内以同向不同角度螺旋。或同级静态混合单元各孔道子单元的固定螺旋叶片均同向同角度或同向不同角度螺旋；前、后级的两个静态混合单元孔道子单元的固定螺旋叶片相互反向同角度螺旋，或在120～270°范围内相互以反向不同角度的螺旋。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

本发明的工作原理及工作过程是：参见图2，两相（或多相）液流沿轴向以一定速度进入旋转叶轮组件2～4，冲击叶轮叶片快速旋转，流体在叶轮搅拌与叶翅切割下，加剧两相（或多相）液流的剪切、混合。液体随后通过流体分配单元（渐缩流道6）经调整及能量转换，以两股（若选用3～4孔道子单元，则对应为3～4股）分别进入双通道中的固定螺旋叶片。被叶片切割成两股相等的独立流，由于管壁与叶片约束，沿螺旋叶片形成强烈旋流，在离心力作用和内流搅动下混合。出叶片后，两股流体在流体再分配单元（渐扩流道8）汇合转能，冲进下一旋转叶轮组件15，再次剪切、混合，流体不断地分流两股又合成一股，经流体分配单元（渐缩流道11）进入下一双通道中的固定螺旋叶片，再经流体分配单元（渐扩流道14）流出。三个独立单元都对两相流起着分割、剪切、旋转混合等作用, 形成两相（或多相）液流猛烈湍动和频繁界面变换, 因而产生高效相间传递, 大大强化两相（或多相）流的混合，实现了短路径快速混合。

在整个工作过程中，是靠涌入的液流流动而推动旋转叶轮旋转，因此不需要配备额外动力，大大节约了能源。由于不需配备驱动电机等装置，故可省去安装这些部件的设计及所需的空间，也就缩短了本发明新型静动结合高效液－液混合装置的结构尺寸，适宜各种环境下的应用（无需电源），扩大了混合装置的应用范围，不仅混合效率高，且在取得同等效率的前提下，设备的制作成本低廉。

Claims (10)

1.一种新型动静结构液－液混合装置，包括有一混合装置的外管；其特征在于：

外管内含有偶数级单元且至少为两级，以先旋转叶轮组件单元再静态混合单元的排列顺序周期性排列；

前一级的旋转叶轮组件单元与其后一级静态混合单元间通过渐缩流道连通，前级的静态混合单元与其后一级旋转叶轮组件单元间或与装置的出口通过渐扩流道连通；

所述的旋转叶轮组件单元包括设置在外管内可转动的一组带有中心轴的旋转叶轮，旋转叶轮上装有一组各与轴向倾斜-20～60°的转轮叶片，在旋转叶轮的中心轴两端上分别安有轴向固定架；

所述的静态混合单元由2～4个孔道子单元组合构成，各孔道子单元的孔道内设有一组固定螺旋叶片，各固定螺旋叶片以120～270°单向螺旋。

2.一种新型动静结构液－液混合装置，包括有一混合装置的外管；其特征在于： 

外管内含有奇数级单元且至少为三级，以先旋转叶轮组件单元再静态混合单元的排列顺序周期性排列，最尾端附加一级旋转叶轮组件单元；

前一级旋转叶轮组件单元与其后一级的静态混合单元间通过渐缩流道连通，前一级静态混合单元与其后一级旋转叶轮组件单元间通过渐扩流道连通，最尾端一级的旋转叶轮组件单元与装置的出口直接连通； 

所述的旋转叶轮组件单元包括设置在外管内可转动的一组带有中心轴的旋转叶轮，叶轮上装有一组各与轴向倾斜-20～60°的转轮叶片，在旋转叶轮的中心轴两端上分别安有轴向固定架； 

所述的静态混合单元由2～4个孔道子单元组合构成，各孔道子单元中设有一组固定螺旋叶片，各固定螺旋叶片以120～270°单向螺旋。

3.根据权利要求1或2所述的新型动静结构液－液混合装置，其特征在于：在带有中心轴的旋转叶轮的转轮叶片上安有一组叶翅，该组叶翅优选为2～5个。

4.根据权利要求3所述的新型动静结构液－液混合装置，其特征在于：所述的一组叶翅垂直于转轮叶片旋转方向侧的表面。

5.根据权利要求1或2所述的新型动静结构液－液混合装置，其特征在于：所述的一组转轮叶片各与轴向倾斜优选为0～50°。

6.根据权利要求1或2所述的新型动静结构液－液混合装置，其特征在于：各孔道子单元的孔道内的固定螺旋叶片端面相错90°。

7.根据权利要求1或2所述的新型动静结构液－液混合装置，其特征在于：所述的各级静态混合单元由双孔道子单元构成，各孔道内部有固定的右旋120°～270°固定螺旋叶片，两孔道的固定螺旋叶片端面相错90°。

8.根据权利要求7所述的新型动静结构液－液混合装置，其特征在于：外管内含有至少四级单元，前一级的静态混合单元的双孔中心线相对于后一级静态混合单元的双孔中心线转过90°安置。

9.根据权利要求1或2所述的新型动静结构液－液混合装置，其特征在于：外管内至少含有三个单元，同级或前、后两级静态混合单元各孔道子单元中的固定螺旋叶片均同向同角度的螺旋，或在120～270°范围内以同向不同角度螺旋。

10.根据权利要求1或2所述的新型动静结构液－液混合装置，其特征在于：外管内至少含有三个单元，同级静态混合单元各孔道子单元的固定螺旋叶片均同向同角度或同向不同角度螺旋；前、后级的两个静态混合单元孔道子单元的固定螺旋叶片相互反向同角度螺旋，或在120～270°范围内相互以反向不同角度的螺旋。

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