CN103223312A - 一种适用于带屈服应力的假塑性流体的轴流式搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于带屈服应力的假塑性流体的轴流式搅拌装置。所述搅拌装置包括搅拌槽主体（5）；所述搅拌槽主体（5）内部沿其侧壁设有三角形挡板（1）；所述三角形挡板（1）的顶角在上，底边在下。本发明将标准矩形挡板替换为三角形挡板，能有效减小在带有屈服应力的假塑性流体搅拌过程中挡板后出现的死区部分，小剪切率区域较少，同时输入功率有所减小。

Description

一种适用于带屈服应力的假塑性流体的轴流式搅拌装置

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，尤其涉及一种在化工产品生产过程中、适用于带屈服应力的假塑性流体的轴流式搅拌装置。本发明涉及带有屈服应力的假塑性流体搅拌工况，所述假塑性流体如矿浆、纸浆等。

背景技术

搅拌槽作为过程工程中经常涉及的一种化工反应器，广泛应用于矿物冶炼、废水处理、造纸业以及食品工程等众多领域，在其中起着混合、加速传质、换热等作用。

工业搅拌槽中的工质往往是非牛顿流体，而且经常出现要搅拌带屈服应力的非牛顿流体的工况。针对矿浆搅拌等非牛顿流体或高粘流体搅拌过程，现有技术提出了一系列适用于非牛顿流体或者高粘度流体搅拌的搅拌装置，如1986年长沙矿冶研究院提出的CK系列高效搅拌槽装置、Maxblend搅拌桨（Journal ofChemical Engineering of Japan,56(1992):131-137）等。

CN102302908A公开了一种搅拌槽内的挡板，该挡板以均布于二至四处的形式，设置在搅拌槽的内壁上，并与搅拌槽内搅拌桨的旋转轴平行；每处挡板的宽度均为搅拌槽内径的1/12-1/10。该发明的每处挡板均是由若十块小挡板以相互间保持有间隙的状态所排列而成的挡板组；每块小挡板的高度为其宽度的1/2-2/3，相邻两块小挡板之间的间隙为小挡板高度的1-2倍。该发明相当于是把“标准挡板”分切成了若十段，并间隔地挖去了一部分而留下了间隙，但该挡板结构较为复杂，布置较为繁琐，且该挡板并非针对带屈服应力的非牛顿流体搅拌，并未考虑如何减小此类工况中的死区。

在矿浆搅拌、乳浊液搅拌、固体颗粒悬浮以及发酵罐等装置中，通常选用轴流式搅拌桨。在搅拌槽中为了阻止工质圆周流动以加强混合、质量交换、增大剪切和消除漩涡以避免搅拌工质溢出搅拌槽，通常会安装矩形挡板。但对于带屈服应力的非牛顿流体搅拌，往往在矩形挡板后部容易产生流体处于停滞或者缓慢流动状态、剪切率较小的死区，如果去除挡板，尽管不出现死区部分，但搅拌槽内的圆周运动剧烈，严重影响混合，而且搅拌槽内的平均剪切率会减小，影响搅拌效率。如何在保证一定的轴向输运能力、圆周运动不强烈的前提下，增大搅拌槽内的平均剪切率同时减小死区，是目前工业领域针对带屈服应力的非牛顿流体轴向搅拌需要解决的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于在提供一种兼顾物料轴向混合充分，尽量减小死区，提高搅拌效率的适用于带屈服应力的假塑性流体的轴流式搅拌装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于带屈服应力的假塑性流体的轴流式搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌槽主体；所述搅拌槽主体内部沿其侧壁设有三角形挡板；所述三角形挡板的顶角在上，底边在下。

本发明所述的三角形挡板的顶角在上，底边在下，也就是说，三角形挡板的较宽部分在下，尖角较窄部分在上。

本发明将标准矩形挡板替换为三角形挡板，在多层轴流式搅拌桨的搅拌槽中，由于不同高度搅拌桨之间的相互作用，下层桨附近工质流速较大，挡板背部回流较大，不容易形成死区，同时由于其速度较大，让三角形挡板较宽部分位于底部能更好地整流、破坏圆周运动，从而起到增强剪切、加强混合的作用。在搅拌槽上部，流体流速较小，如果还采用矩形挡板，容易形成大量的死区部分，而三角形挡板上部为尖角，对流体流动的整流、阻碍作用大大减小，从而不容易形成死区，大大减小了搅拌槽中的死区体积。同时相比于标准矩形挡板，三角形挡板面积更小，对流体流动的周向阻力有所减小，所以搅拌槽的功率输入也能略有减小。

本发明所述搅拌槽主体为圆柱形，所述三角形挡板沿其圆周平均分布。平均分布的挡板能够对流体搅拌起到更好的均匀作用。

本发明所述三角形挡板为直角三角形，其长直角边靠近搅拌槽主体的侧壁并与其平行。为加工方便，一般选取直角三角形挡板。根据具体工况，还可为其他类型三角形挡板。

所述三角形挡板的短直角边长度为搅拌槽主体直径的1/20-1/5；进一步地，三角形挡板的长直角边距搅拌槽主体侧壁距离为搅拌槽主体直径的1/75-1/30；更进一步地，三角形挡板的底边距搅拌槽主体底面距离视最下层搅拌桨的位置而定，优选为搅拌槽主体直径的1/10-1/4。

所述三角形挡板在搅拌槽主体内部沿圆周平均分布3～4块。

本发明所述搅拌槽主体的顶面中心固定有旋转轴，所述旋转轴上设有至少一个轮毂，所述轮毂上设置搅拌桨。所述轮毂在旋转轴上的设置方式以及搅拌桨在轮毂上的设置方式可由本领域技术人员从现有技术中获得，能够实现其相应功能即可，本发明并无特殊限制。

本发明所述搅拌桨为多层轴向搅拌桨，优选为LIGHTNIN A系列搅拌桨和/或斜叶桨。本发明的搅拌桨可以全部采用LIGHTNIN A系列搅拌桨，或全部采用斜叶桨，或采用LIGHTNIN A系列搅拌桨与斜叶桨组合的形式，皆可实现本发明目的。

所述搅拌桨直径为搅拌槽主体直径的1/3-1/2，其桨间距小于搅拌桨直径；进一步地，最低的搅拌桨距搅拌槽主体底面距离为搅拌槽主体直径的1/5-1/2；更进一步地，所述搅拌桨叶片数量为3-6片。

所述搅拌槽主体直径大于1m。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将传统轴流式搅拌装置中的标准矩形挡板替换为三角形挡板，并且使三角形挡板的顶角在上，底边在下，一方面可以在上部对流体流动的整流、阻碍作用大大减小，从而不容易形成死区，大大减小了搅拌槽中的死区体积，在下部更好地整流、破坏圆周运动，从而起到增强剪切、加强混合的作用，另一方面，三角形挡板的面积相对于标准矩形挡板更小，对流体流动的周向阻力有所减小，所以搅拌槽的功率输入也能略有减小。

本发明将标准矩形挡板替换为三角形挡板，能有效减小对于带有屈服应力的假塑性流体搅拌过程中挡板后出现的死区部分，小剪切率区域较少，同时输入功率有所减小。

附图说明

图1是本发明所述轴流式搅拌装置的结构示意图。

图中：1-三角形挡板；2-搅拌桨；3-旋转轴；4-轮毂；5-搅拌槽主体。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

一种适用于带屈服应力的假塑性流体的轴流式搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌槽主体5；所述搅拌槽主体5内部沿其侧壁设有三角形挡板1；所述三角形挡板1的顶角在上，底边在下。

所述搅拌槽主体5为圆柱形，所述三角形挡板1沿其圆周平均分布。所述三角形挡板1在搅拌槽主体5内部沿圆周平均分布3～4块。

所述三角形挡板1为直角三角形，其长直角边靠近搅拌槽主体5的侧壁并与其平行。所述三角形挡板1的短直角边长度为搅拌槽主体5直径的1/20-1/5；三角形挡板1的长直角边距搅拌槽主体5侧壁距离为搅拌槽主体5直径的1/75-1/30；三角形挡板1的底边距搅拌槽主体5底面距离为搅拌槽主体5直径的1/10-1/4。

所述搅拌槽主体5的顶面中心固定有旋转轴3，所述旋转轴3上设有至少一个轮毂4，所述轮毂4上设置搅拌桨2。

所述搅拌桨2为多层轴向搅拌桨，为LIGHTNIN A系列搅拌桨和/或斜叶桨。

所述搅拌桨2直径为搅拌槽主体5直径的1/3-1/2，其桨间距小于搅拌桨直径；最低的搅拌桨距搅拌槽主体5底面距离为搅拌槽主体5直径的1/5-1/2；所述搅拌桨叶片数量为3-6片。

所述搅拌槽主体5直径大于1m。

挡板材质应当根据运用条件和要求决定，厚度应当以保证其强度和刚度为度。

本发明与标准矩形挡板进行对比验证如下：搅拌槽内径为1.5m，高度1.8m，采用6叶斜叶桨，搅拌桨直径为0.6m，桨间距为0.4m。对于三角形挡板，短直角边为0.075m，距搅拌槽底部0.18m，长直角边为1.02m，距搅拌槽侧壁0.045m。对于矩形挡板，为1.02m×0.075m矩形。搅拌物料为黄原胶溶液（一种典型的带屈服应力的非牛顿流体）。在搅拌过程中出现流动较缓慢或者停滞部分等剪切率较小区域（<0.1s^-1）为死区。

表1设有三角形挡板和矩形挡板的搅拌装置的对比表

上表中矩形挡板为标准挡板，三角形挡板为本发明挡板结构，死区定义为剪切率较小区域(<0.1s^-1)，功率准数为无量纲数N=P/ρN³D⁵，反应了搅拌槽的功率消耗。

从验证结果可以看出，本发明相比于标准矩形挡板，平均剪切率略有提高而死区体积大大减小，而且功率准数略有降低。本发明具有结构简单，能有效减少死区体积，增强混合效果，减小功率消耗的优点。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于带屈服应力的假塑性流体的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌槽主体（5）；所述搅拌槽主体（5）内部沿其侧壁设有三角形挡板（1）；所述三角形挡板（1）的顶角在上，底边在下。

2.如权利要求1所述的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述搅拌槽主体（5）为圆柱形，所述三角形挡板（1）沿其圆周平均分布。

3.如权利要求1或2所述的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述三角形挡板（1）为直角三角形，其长直角边靠近搅拌槽主体（5）的侧壁并与其平行。

4.如权利要求3所述的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述三角形挡板（1）的短直角边长度为搅拌槽主体（5）直径的1/20-1/5；优选地，三角形挡板（1）的长直角边距搅拌槽主体（5）侧壁距离为搅拌槽主体（5）直径的1/75-1/30；优选地，三角形挡板（1）的底边距搅拌槽主体（5）底面距离为搅拌槽主体（5）直径的1/10-1/4。

5.如权利要求1-4之一所述的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述三角形挡板（1）在搅拌槽主体（5）内部沿圆周平均分布3～4块。

6.如权利要求1-5之一所述的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述搅拌槽主体（5）的顶面中心固定有旋转轴（3），所述旋转轴（3）上设有至少一个轮毂（4），所述轮毂（4）上设置搅拌桨（2）。

7.如权利要求6所述的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述搅拌桨（2）为多层轴向搅拌桨，优选为LIGHTNIN A系列搅拌桨和/或斜叶桨。

8.如权利要求6或7所述的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述搅拌桨（2）直径为搅拌槽主体（5）直径的1/3-1/2，其桨间距小于搅拌桨直径；优选地，最低的搅拌桨距搅拌槽主体（5）底面距离为搅拌槽主体（5）直径的1/5-1/2。

9.如权利要求6-8之一所述的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述搅拌桨叶片数量为3-6片。

10.如权利要求1-9之一所述的轴流式搅拌装置，其特征在于，所述搅拌槽主体（5）直径大于1m。

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