CN103028360A - 用于搅拌反应器的剪切装置和搅拌反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于搅拌反应器的剪切装置，该剪切装置包括壳体(8)、转轴(9)和驱动机构(12)，所述壳体(8)上设置有物料入口(13)和物料出口(14)，所述转轴(9)穿过所述壳体(8)伸出且安装有剪切器(6)，该剪切器(6)位于所述壳体(8)的内部且包括多个叶片，所述驱动机构(12)用于驱动所述转轴(9)旋转。此外，本发明还提供了一种包括上述剪切装置的搅拌反应器。本发明提供的剪切装置和搅拌反应器可以大幅度减小固体颗粒的粒径，使得固体颗粒在液体物料中分散得更加均匀，从而使得固液之间的反应在微观领域更均匀地进行，而且能够缩短打浆时间，尤其适用于固体颗粒与液体混合后发生反应或形成粘稠流体的体系。

Description

用于搅拌反应器的剪切装置和搅拌反应器

技术领域

本发明涉及用于搅拌反应器的剪切装置和搅拌反应器。

背景技术

搅拌反应器是化工生产中最常用的设备，其一般包括容器、置于容器中部的搅拌装置和垂直设置在容器内壁上的挡板。当搅拌装置旋转时，容器中的物料随搅拌装置的叶轮绕轴旋转，中心液面部分下降，自由面呈抛物线形成漩涡。垂直设置在容器内壁上的挡板可以改变流体运动流型，导致容器中的物料的流型、速度大小和方向发生改变，从而起到控制流型和强化搅拌效果的作用。

如图1所示，CN2565537Y公开了一种搅拌反应器，该搅拌反应器包括容器1、置于容器1中部的搅拌装置2和垂直设置在容器内壁3上的挡板4，挡板4上开设有与挡板4的铅垂线相平行的槽缝5。对于固体颗粒与液体混合后发生反应或形成粘稠流体的体系，上述搅拌反应器不能实现均匀的混合和反应。

发明内容

本发明旨在克服上述问题，提供一种用于搅拌反应器的剪切装置和搅拌反应器，该用于搅拌反应器的剪切装置和搅拌反应器适用于固体颗粒与液体混合后发生反应或形成粘稠流体的体系。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于搅拌反应器的剪切装置，该剪切装置包括壳体、转轴和驱动机构，所述壳体上设置有物料入口和物料出口，所述转轴穿过所述壳体伸出且安装有剪切器，该剪切器位于所述壳体的内部且包括多个叶片，所述驱动机构用于驱动所述转轴旋转。

优选地，所述剪切器的叶片的边缘为刀刃状。

优选地，所述剪切器还包括套筒，所述叶片固定在所述套筒上，所述套筒套装在所述转轴上。

优选地，所述物料入口和物料出口分别位于所述剪切器的下方和上方。

优选地，所述剪切器的叶片与水平面之间的夹角为5度～90度。

优选地，所述剪切器为多个，该多个剪切器沿着所述转轴分段布置，所述物料入口和物料出口为多个，且分别位于分段布置的所述剪切器的下方和上方。

优选地，所述物料出口的上方设置有隔板，该隔板套在所述转轴上且固定在所述壳体的内壁上。

优选地，所述物料入口为所述壳体下表面上的开口或者所述壳体上的缺口。

优选地，所述物料出口为多个小孔。

优选地，所述物料出口设置在所述壳体的后侧。

优选地，该剪切装置还包括固定架，该固定架与所述壳体固定连接。

优选地，该剪切装置还包括底座，所述转轴的下端可转动地安装在所述底座中，所述转轴的上端与所述驱动机构连接。

此外，本发明还提供了一种搅拌反应器，该搅拌反应器包括容器和位于所述容器中的搅拌装置，所述搅拌装置包括转轴和安装在该转轴上的搅拌桨，其中，该搅拌反应器还包括本发明所提供的剪切装置，该剪切装置的壳体位于所述容器中并且与所述容器固定连接，所述剪切装置的转轴与所述搅拌装置的转轴平行。

优选地，所述壳体上的物料入口靠近所述搅拌装置的搅拌桨设置。

本发明提供的用于搅拌反应器的剪切装置在使用时安装在搅拌反应器的容器的内壁上。工作时，驱动机构驱动转轴旋转，转轴带动剪切器叶片旋转，容器中的物料在剪切器叶片运动产生的力例如离心力、轴向力所产生的压差作用下从物料入口进入壳体，在壳体中经过剪切器的高速剪切，然后从物料出口离开壳体。在本发明中，剪切装置的壳体可以改变流体运动流型，起到控制流型和强化搅拌效果的作用。此外，壳体中的剪切器可以大幅度减小固体颗粒的粒径，使得固体颗粒在液体物料中分散得更加均匀，从而使得固液之间的反应在微观领域更均匀地进行，而且能够缩短打浆时间。此外，壳体中的剪切器也可以将粘稠流体混合得更加均匀。因此，本发明提供的用于搅拌反应器的剪切装置以及搅拌反应器尤其适用于固体颗粒与液体混合后发生反应或混合形成粘稠流体的体系。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有搅拌反应器的结构示意图；

图2是本发明提供的用于搅拌反应器的剪切装置的正视图；

图3是本发明提供的用于搅拌反应器的剪切装置的后视图；

图4是本发明提供的用于搅拌反应器的剪切装置的俯视图；

图5是本发明提供的用于搅拌反应器的剪切装置的壳体的侧视图；

图6是本发明提供的搅拌反应器的正视图；

图7是本发明提供的搅拌反应器的俯视图。

附图标记说明

1：容器；2：搅拌装置；3：容器内壁；4：挡板；5：槽缝；6：剪切器；7：隔板；8：壳体；9：剪切装置的转轴；10：固定架；11：底座；12、18：驱动机构；13：物料入口；14：物料出口；15：剪切装置；16：搅拌装置的转轴；17：搅拌桨。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、前、后”通常是在本发明提供的前切装置的装配状态下定义的。壳体的前侧是指在搅拌反应器的容器中的物料的转动过程中迎着物料流动方向的一侧，壳体的后侧则是指与壳体的前侧相反的一侧。

如图2至图5所示，本发明提供了一种用于搅拌反应器的剪切装置，该剪切装置包括壳体8、转轴9和驱动机构12，所述壳体8上设置有物料入口13和物料出口14，所述转轴9沿着所述壳体8的轴向穿过所述壳体8伸出且安装有剪切器6，该剪切器6位于所述壳体8的内部且包括多个叶片，所述驱动机构12用于驱动所述转轴9旋转。

本发明提供的用于搅拌反应器的剪切装置在使用时安装在搅拌反应器的容器1的内壁上。工作时，驱动机构12驱动转轴9旋转，转轴9带动剪切器6旋转，容器1中的物料在剪切器6叶片运动产生的力例如离心力、轴向力所产生的压差作用下从物料入口13进入壳体8，在壳体8中经过剪切器6的高速剪切，然后从物料出口14离开壳体8。在本发明中，剪切装置的壳体8可以改变流体运动流型，起到控制流型和强化搅拌效果的作用。此外，壳体8中的剪切器6可以大幅度减小固体颗粒的粒径，使得固体颗粒在液体物料中分散得更加均匀，从而使得固液之间的反应在微观领域更均匀地进行，而且能够缩短打浆时间。此外，壳体8中的剪切器6也可以将粘稠流体混合得更加均匀。因此，本发明提供的用于搅拌反应器的剪切装置尤其适用于固体颗粒与液体混合后发生反应或混合形成粘稠流体的体系。

剪切器6的叶片可以采用各种适当的结构形式，例如桨式叶片、平叶式涡轮叶片或者斜叶式涡轮叶片。优选地，剪切器6采用斜叶式涡轮叶片，叶片的边缘为刀刃状，从而可以方便地进行剪切。剪切器6的叶片通常在转轴9上沿着圆周方向均匀分布，以能够均衡地旋转和剪切。

剪切器6的叶片可以直接固定在转轴9上，例如采用焊接的方式。为了方便剪切器6的安装和更换，优选地，所述剪切器6还包括套筒(未显示)，所述叶片固定在所述套筒上，所述套筒套装在所述转轴9上。所述叶片可以采取各种适当的方式固定在所述套筒上，例如焊接。所述套筒套装在所述转轴9上，并可以通过紧固件(例如螺钉)固定在转轴9上。

为了使物料在壳体8中得到更充分的剪切，根据本发明的一种优选实施方式，所述物料入口13和物料出口14分别位于所述剪切器6的下方和上方。这样，在剪切器6叶片的离心力和轴向推力所产生的压差作用下，物料会从剪切器6下方的物料入口13进入壳体8中，在壳体8中经过剪切器6的高速剪切和推送，从物料出口14离开壳体8。物料入口13和物料出口14的位置与剪切器6的叶片的倾斜方向相关，例如，作为选择，也可以将物料入口13和物料出口14分别设置在剪切器6的上方和下方。

剪切器6的叶片与水平面之间的夹角可以适当选择，例如，所述剪切器6的叶片与水平面之间的夹角可以为5度～90度，优选为5～60度。

剪切器6的叶片可以为各种适当的形状，例如矩形或者椭圆形。当剪切器6的叶片为矩形时，矩形叶片的一条短边(相邻的边称为长边)固定在转轴9的套筒上，该矩形叶片的短边与水平面之间的夹角即为剪切器6的叶片与水平面之间的夹角。当物料入口13和物料出口14分别位于剪切器6的下方和上方时，沿着旋转方向矩形叶片在前面的长边低于在后面的长边，从而对物料产生轴向向上的推力，使得物料向上移动。此外，矩形叶片的另一条短边与壳体8内壁之间的距离优选为5～20mm；矩形叶片的短边的宽度优选为20～60mm。此外，通常情况下，矩形叶片的长边平行于水平面设置。

所述剪切器6可以为一个，也可以为多个，根据具体需要选择。当搅拌反应器较高时，为了能够对物料进行充分的剪切，优选地，所述剪切器6为多个，该多个剪切器6沿着所述转轴9分段布置，所述物料入口13和物料出口14为多个，且分别位于分段布置的所述剪切器6的下方和上方。这样，可以通过剪切器6对物料进行分段剪切，从而实现充分的剪切。分段布置的剪切器6之间的距离根据具体需要选择。

优选地，所述物料出口14的上方设置有隔板7，该隔板7套在所述转轴9上且固定在所述壳体8的内壁上。这样，通过隔板7可以阻止物料沿转轴9继续向上流动，而使物料通过物料出口14排出。隔板7可以采取各种适当的方式固定在壳体8的内壁上，例如焊接的方式。为了使转轴9能够平滑地转动，优选地，所述转轴9与隔板7的接触面上设置有润滑涂层。

物料入口13可以采取各种适当的形式，只要能够方便物料的进入即可，例如，所述物料入口13可以为所述壳体8下表面上的开口或者所述壳体8上的缺口。所述物料入口13的尺寸根据具体需要选择，例如，缺口的面积可以为壳体8横截面积的0.5～1.5倍。

物料出口14可以采取各种适当的形式，只要能够方便物料的排出即可。为了能够使物料均匀地排出，优选地，所述物料出口14为多个小孔。小孔的数量可以根据具体需要选择。小孔的直径优选为5～15mm，孔间距优选为20～60mm。作为选择，物料出口14也可以为多个狭缝。

物料出口14可以在壳体8上适当地布置。由于在搅拌反应器的搅拌过程中，容易在壳体8的后表面形成搅拌死区，致使物料在壳体8的后表面沉积，所以优选情况下，所述物料出口14设置在所述壳体8的后侧。这样，从物料出口14排出的物料可以推动附着在壳体8后表面的物料，从而避免物料在壳体8的后表面沉积。当然，作为选择，物料出口14也可以设置在壳体8的前侧。

所述驱动机构12可以为各种形式。为了方便布置，优选地，所述驱动机构12为电机。

为了方便壳体8的固定，优选地，该剪切装置还包括固定架10，该固定架10与所述壳体8固定连接。固定架10可以采取各种适当的方式与壳体8固定连接，例如焊接或者紧固连接。

为了使转轴9能够稳定地旋转，防止剪切器6在高速旋转过程中出现偏转，优选地，该剪切装置还包括底座11，所述转轴9的下端可转动地安装在所述底座11中，所述转轴9的上端与所述驱动机构12连接。通常情况下，转轴9的下端通过轴承或轴套可转动地安装在底座11中。转轴9的直径可以根据强度和刚度需要选择，优选为20～60mm。

所述壳体8可以为各种形状，例如圆柱状或者多棱柱状。当壳体8为圆柱状时，其内径优选为100～500mm。

如图6至图7所示，本发明还提供了一种搅拌反应器，该搅拌反应器包括容器1和位于所述容器1中的搅拌装置2，所述搅拌装置2包括转轴16和安装在该转轴16上的搅拌桨17，其中，该搅拌反应器还包括上述剪切装置15，该剪切装置15的壳体8位于所述容器1中并且与所述容器1固定连接，所述剪切装置15的转轴9与所述搅拌装置2的转轴16平行。

壳体8可以通过固定架10与容器1固定连接。固定架10例如可以通过焊接或者紧固连接的方式与容器1固定连接。

此外，底座11可以通过例如焊接或者紧固连接的方式固定在容器1上。驱动机构12可以在搅拌反应器的外部固定，例如固定在容器1(闭口容器)顶盖上焊接的法兰上或固定在容器1外的支架上。

当在容器1中安装剪切装置15时，使壳体8的上端露出物料液位。并且，优选地，所述壳体8上的物料入口13靠近所述搅拌装置2的搅拌桨17设置。这样，可以通过搅拌装置2的搅拌桨17方便地将物料送到物料入口13。如图6所示，当物料入口13位于剪切器6的下方时，搅拌装置2的搅拌桨17位于物料入口13的下方，并且每个物料入口13均对应一个搅拌桨17。

所述剪切装置15的数量和排列方式可以根据具体需要选择。

所述容器1和搅拌装置2的结构和位置关系为本领域技术人员所公知。搅拌装置2的转轴16通过驱动机构18来驱动。

下面结合附图对本发明提供的搅拌反应器的工作过程进行说明。

如图6至图7所示，工作时，通过搅拌装置2对物料进行搅拌，并通过剪切装置15对物料进行剪切。具体地，驱动机构12驱动转轴9旋转，转轴9带动剪切器6旋转，容器1中的物料在剪切器6叶片的离心力和轴向推力所产生的压差作用下从物料入口13进入壳体8，在壳体8中经过剪切器6的高速剪切，然后从物料出口14离开壳体8而进入容器1中。在本发明中，剪切装置15的壳体8可以改变流体运动流型，起到控制流型和强化搅拌效果的作用。此外，壳体8中的剪切器6可以大幅度减小固体颗粒的粒径，使得固体颗粒在液体物料中分散得更加均匀，从而使得固液之间的反应在微观领域更均匀地进行，而且能够缩短打浆时间。此外，壳体8中的剪切器6也可以将粘稠流体混合得更加均匀。因此，本发明提供的用于搅拌反应器的剪切装置以及搅拌反应器尤其适用于固体颗粒与液体混合后发生反应或混合形成粘稠流体的体系。此外，当物料出口14设置在壳体8的后侧时，还可以避免物料在壳体8的后表面沉积。

本发明的搅拌反应器可以适用于任何物料，尤其是固体颗粒与液体混合后发生反应或形成粘稠流体的体系，例如催化剂制备过程中高岭土打浆、拟薄水铝石酸化以及催化剂胶体浆料的混合。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种用于搅拌反应器的剪切装置，其特征在于，该剪切装置包括壳体(8)、转轴(9)和驱动机构(12)，所述壳体(8)上设置有物料入口(13)和物料出口(14)，所述转轴(9)穿过所述壳体(8)伸出且安装有剪切器(6)，该剪切器(6)位于所述壳体(8)的内部且包括多个叶片，所述驱动机构(12)用于驱动所述转轴(9)旋转。

2.根据权利要求1所述的剪切装置，其特征在于，所述剪切器(6)的叶片的边缘为刀刃状。

3.根据权利要求1所述的剪切装置，其特征在于，所述剪切器(6)还包括套筒，所述叶片固定在所述套筒上，所述套筒套装在所述转轴(9)上。

4.根据权利要求1所述的剪切装置，其特征在于，所述物料入口(13)和物料出口(14)分别位于所述剪切器(6)的下方和上方。

5.根据权利要求4所述的剪切装置，其特征在于，所述剪切器(6)的叶片与水平面之间的夹角为5度～90度。

6.根据权利要求4所述的剪切装置，其特征在于，所述剪切器(6)为多个，该多个剪切器(6)沿着所述转轴(9)分段布置，所述物料入口(13)和物料出口(14)为多个，且分别位于分段布置的所述剪切器(6)的下方和上方。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述的剪切装置，其特征在于，所述物料出口(14)的上方设置有隔板(7)，该隔板(7)套在所述转轴(9)上且固定在所述壳体(8)的内壁上。

8.根据权利要求4至6中任意一项所述的剪切装置，其特征在于，所述物料入口(13)为所述壳体(8)下表面上的开口或者所述壳体(8)上的缺口。

9.根据权利要求4至6中任意一项所述的剪切装置，其特征在于，所述物料出口(14)为多个小孔。

10.根据权利要求4至6中任意一项所述的剪切装置，其特征在于，所述物料出口(14)设置在所述壳体(8)的后侧。

11.根据权利要求1所述的剪切装置，其特征在于，该剪切装置还包括固定架(10)，该固定架(10)与所述壳体(8)固定连接。

12.根据权利要求1所述的剪切装置，其特征在于，该剪切装置还包括底座(11)，所述转轴(9)的下端可转动地安装在所述底座(11)中，所述转轴(9)的上端与所述驱动机构(12)连接。

13.一种搅拌反应器，该搅拌反应器包括容器(1)和位于所述容器(1)中的搅拌装置(2)，所述搅拌装置(2)包括转轴(16)和安装在该转轴(16)上的搅拌桨(17)，其特征在于，该搅拌反应器还包括权利要求1至12中任意一项所述的剪切装置(15)，该剪切装置(15)的壳体(8)位于所述容器(1)中并且与所述容器(1)固定连接，所述剪切装置(15)的转轴(9)与所述搅拌装置(2)的转轴(16)平行。

14.根据权利要求13所述的搅拌反应器，其特征在于，所述壳体(8)上的物料入口(13)靠近所述搅拌装置(2)的搅拌桨(17)设置。

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