CN103657491B - 一种鼠笼式超重力混合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种鼠笼式超重力混合器，其主要由混合腔体、进料管、进料分布管、氮封管、出料管、设备支撑台、鼠笼旋转体以及电机、传动轴、减速带结构、上轴承盒、下轴承盒、冷却风扇组成。本发明采用独特的进料管布置和进料管结构设计，对双相液体进行高效的一次宏观混合；结合有机排布的进料分布管，并利用鼠笼旋转体内部超重力场和缠绕筛网的高速剪切，强化流体的分子扩散和相间传质，充分实现流体的二次微观混合。本发明提供的鼠笼式超重力混合器设计合理，结构紧凑，低耗节能，且操作工艺简单，可充分实现液相间的快速及高效传质，达到分子尺寸级别的深度混合，极大满足了化工、制药等行业的液-液混合和反应要求。

Description

一种鼠笼式超重力混合器

技术领域

本发明涉及一种将两种液相进行快速高效混合的设备，更具体的，涉及一种鼠笼式超重力混合器，通过该设备可实现将一种液相快速加入到另一种液相，并将两种液相进行高效混合。该鼠笼式超重力混合器特别适用于化工、生工、制药、环保等行业的液-液混合和反应。

背景技术

液-液混合和反应体系广泛地存在于化工、制药、生工、环保等工业过程中，而良好的微观混合是这类过程进行的必要条件。如在利用液-液两相共沉淀制备固体颗粒的过程中，液-液两相的混合效果直接影响沉淀颗粒的形态、粒度大小、粒径分布；在涉及液-液快速反应制备高聚物的过程中，液-液两相的混合效果也直接影响反应速率的快慢以及高聚物的分子量分布。因此，液-液初始混合效果作为后续反应顺利、高效进行的先决条件，引起工艺和设备设计人员的高度关注。

液-液混合一般可通过搅拌设备进行实现，在部分场合，也有采用管道静态混合器。对于搅拌设备的使用，设计人员已积累了丰富的经验，针对不同的物料和操作工况，可以采用不同的搅拌桨叶型式进行匹配。搅拌设备通过机械搅拌器和挡板的协同作用，使流体整体进行周向、径向和轴向的综合运动，在设备尺度上的宏观混合较强，而小尺寸上的微观混合较弱，很难达到分子尺度均匀的液-液混合效果。管道静态混合器设备造价低，机械损耗小，但需要较大的管道排布空间，流程长且流体阻力大，对流量的要求较高，从混合效果看，流体的纵向混合和破碎混合弱，也不完全适用于要求完全分子尺度级别混合的场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鼠笼式超重力混合器，通过该种混合器实现将两种液相进行完全分子尺度混合。

为实现上述目的所采取的技术方案是：一种鼠笼式超重力混合器，其主要包括第一进料管、第二进料管、上层进料分布管、下层进料分布管、上氮封管、下氮封管、出料管、混合腔体、设备支撑台、鼠笼旋转体、电机、减速带结构、传动轴、上轴承盒、下轴承盒、冷却风扇。

所述第二进料管采用内插管连接形式，其末端出料口置于第一进料管的管路中心线上；第二进料管末端出料口采用缩径多孔结构，以便在增加液相喷射速度的同时，将从第二进料管进料的液相从多个方向混入从第一进料管进入的液相，进行一次混合；所述缩径多孔结构为，第二进料管末端出料口末端的内径缩小，外端为锥形，在周向上均布斜向下的出液孔；出液孔的数量视具体情况定，以2～8个为宜。

所述第一进料管在第二进料管末端位置段采用锥形缩颈结构，以配合第二进料管末端出料口的缩径结构，最大程度地增加两种进料液相的相间湍动程度和两相的接触面积。

所述进料分布管分为上层进料分布管和下层进料分布管，上层进料分布管的出口位置高于下层进料分布管，两种进料分布管有机填充在鼠笼旋转体内部轴向空间；两种进料分布管呈圆周阵列交替排布，该进料分布管总数为4~10个；该种结构有利于充分利用鼠笼旋转体的内部空间，增加混合物料与鼠笼旋转体内构件的接触面积。

所述第一进料管、上层进料分布管、下层进料分布管、出料管、上氮封管、下氮封管均连接在混合腔体上；所述上氮封管、下氮封管可通过通氮实现混合腔体和外部环境的隔绝，保证密封性；所述混合腔体整体安装在设备支撑台上。

所述电机安装在设备支撑台上，电机输出轴连接在减速带结构上，配合上轴承盒和下轴承盒，从而实现对传动轴的传动；所述减速带结构的传动轴端和下轴承盒之间加设冷却风扇，以利于散热。

所述传动轴的上连接端采用外锥形结构，并开有键槽；所述传动轴的上连接锥段和所述鼠笼旋转体的旋转支撑体的内锥形孔配合定位，二者之间通过键连接并进行传动。

所述鼠笼旋转体包括内支撑杆、缠绕筛网、外支撑杆、旋转支撑体；缠绕筛网优先选用不锈钢材质，通过将横纵交错的丝网缠绕在内支撑杆上形成，所述缠绕筛网的金属丝的丝径d为0.1~10mm，水平排布间距b1为丝径d的2~10倍，竖直排布间距b2为丝径d的5~30倍，缠绕圈数为5~100圈；缠绕筛网卷制后，采用焊接或使用紧固件的方法，将缠绕筛网固定在内支撑杆上；内支撑杆和外支撑杆通过焊接和紧固件固定在旋转支撑体上，实现整个鼠笼旋转体一起旋转；内支撑杆的数量为5~40，外支撑杆的数量为10~80。

本发明提供的鼠笼式超重力混合器装置的工作原理为：

1、将第一种液相的进料管出口设置在第二种液相的进料管中，进行两种液相在设备尺度上的宏观混合；通过结合第一进料管的缩颈结构和第二进料管的缩径/多孔结构的独特设计，增加了两相的相间湍动程度和相接触面积，优化一次混合效果；

2、在电机的传动驱动下，鼠笼旋转体进行高速旋转，并在内部形成超重力场。经过一次混合的流体，通过上下双层排布的分布管，进入超重力环境下的缠绕筛网区域。在超重力环境下，两种液体间的分子扩散和相间传质均比常规重力场下快很多，并在缠绕筛网通道中产生流动接触。在缠绕筛网的高速剪切作用下，流体被撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝、液滴，混合和传质进一步强化，从而达到分子尺度上的微观混合效果。

本发明提供的鼠笼式超重力混合器设计合理，结构紧凑，低耗节能，且操作工艺简单，可充分实现液相间的快速及高效传质，达到分子尺寸级别的深度混合，极大满足了化工、制药等行业的液-液混合和反应要求。

附图说明

图1为鼠笼式超重力混合器的正视图。

图2为图1中的A处详图。

图3为进料分布管排布示意图 。

图4为缠绕筛网金属丝排布结构示意图。

附图标记：1第一进料管；2第二进料管；3上层进料分布管；4下层进料分布管；5上氮封管；6下氮封管；7出料管；8混合腔体；9设备支撑台；10鼠笼旋转体；11电机；12减速带结构；13传动轴；14上轴承盒；15下轴承盒；16冷却风扇；

10-1内支撑杆；10-2缠绕筛网；10-3外支撑杆；10-4旋转支撑体；

d 缠绕筛网的金属丝丝径；

b1缠绕筛网金属丝的水平排布间距；

b2缠绕筛网金属丝的竖直排布间距。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1中，一种鼠笼式超重力混合器，主要包括第一进料管1、第二进料管2、上层进料分布管3、下层进料分布管4、上氮封管5、下氮封管6、出料管7、混合腔体8、设备支撑台9、鼠笼旋转体10、电机11、减速带结构12、传动轴13、上轴承盒14、下轴承盒15、冷却风扇16。

本发明中，第二进料管2采用内插管连接形式，其末端出料口置于第一进料管1的管路中心线上；如图2所示，第二进料管2末端出料口采用缩径多孔结构，该出料口末端的内径缩小，外端为锥形，在周向上均布斜向下的出液孔，出液孔的数量为四个；第一进料管1在第二进料管2末端位置段采用锥形缩颈结构，以配合第二进料管末端出料口的缩径结构。

进料分布管分为上层进料分布管3和下层进料分布管4，上层进料分布管3的出口位置高于下层进料分布管4，进料分布管有机填充在鼠笼旋转体内部轴向空间；如图3所示，两种进料分布管（3和4）呈圆周阵列交替排布，总数为六个。

第一进料管1、上层进料分布管3、下层进料分布管4、上氮封管5、下氮封管6、出料管7均连接在混合腔体8上；混合腔体8整体安装在设备支撑台9上。

电机11安装在设备支撑台9的另一侧上，电机输出轴连接在减速带结构12上，配合上轴承盒14和下轴承盒15，从而实现对传动轴15的传动；在减速带结构12的传动轴端和下轴承盒15之间设有冷却风扇，以利于散热。

传动轴13的上连接端采用外锥形结构，并开有键槽；传动轴13的上连接锥段和鼠笼旋转体10的旋转支撑体的内锥形孔配合定位，二者之间通过键连接并进行传动。

鼠笼旋转体10包括内支撑杆10-1、缠绕筛网10-2、外支撑杆10-3、旋转支撑体10-4；缠绕筛网10-2采用不锈钢材质，通过将横纵交错的丝网缠绕在内支撑杆10-1上形成，如图4所示，丝网的丝径d为1mm，水平排布间距b1为5mm，竖直排布间距b2为15mm，缠绕圈数为60圈；缠绕筛网10-2形成后，通过焊接，将缠绕筛网10-2固定在内支撑杆10-1上；内支撑杆10-1和外支撑杆10-3通过焊接和紧固件固定在旋转支撑体10-4上，实现整个鼠笼旋转体10一起旋转；内支撑杆10-1的数量为25，外支撑杆10-3的数量为60。

本发明在实际应用时，先启动电机11，电机11通过减速带结构12及传动轴13带动鼠笼旋转体10进行高速转动；将要混合的主液体从第一进料管1通入，分散相液体从第二进料管2通入，两种液体在缩颈/缩径处进行一次混合；两种液体经过一次混合后从进料分布管（3和4）进入鼠笼式旋转体10，经过超重力场作用和缠绕筛网的高速剪切，形成撕裂状的液膜/液滴，进行分子尺寸级别的深度混合，混合完全的流体从位于混合腔体底部的出料管流出汇集。

Claims (11)

1.一种鼠笼式超重力混合器，主要由第一进料管、第二进料管、进料分布管、上氮封管、下氮封管、出料管、混合腔体、设备支撑台、鼠笼旋转体、电机、减速带结构、传动轴、上轴承盒、下轴承盒、冷却风扇组成，其特征在于：

所述第二进料管采用内插管连接形式，其末端出料口置于第一进料管的管路中心线上；

所述进料分布管分为上层进料分布管和下层进料分布管；所述上层进料分布管的出口位置高于下层进料分布管，两种进料分布管有机填充在鼠笼旋转体内部轴向空间；

所述鼠笼旋转体包括内支撑杆、缠绕筛网、外支撑杆、旋转支撑体；

所述传动轴的上连接端采用外锥形结构，并开有键槽，所述传动轴的上连接锥段和所述鼠笼旋转体的旋转支撑体的内锥形孔配合定位，二者之间通过键连接并进行传动。

2.根据权利要求1所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述第二进料管末端出料口采用缩径多孔结构，所述出料口末端的内径缩小，外端为锥形，在周向上均布斜向下的出液孔，出液孔的数量为2～8个。

3.根据权利要求1或2所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述第一进料管在第二进料管末端位置段采用锥形缩颈结构。

4.根据权利要求1所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述进料分布管呈圆周阵列交替排布，所述进料分布管总数为4～10个。

5.根据权利要求1所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述混合腔体上设有氮封管。

6.根据权利要求1所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述电机安装在设备支撑台上，电机输出轴连接在减速带结构上，配合上轴承盒和下轴承盒，从而实现对传动轴的传动。

7.根据权利要求1或6所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述减速带结构的传动轴端和下轴承盒之间设有冷却风扇。

8.根据权利要求1所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述缠绕筛网采用不锈钢材质，通过将横纵交错的丝网缠绕在内支撑杆上形成。

9.根据权利要求1或8所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述缠绕筛网的金属丝的丝径d为0.1～10mm，水平排布间距b1为丝径d的2～10倍，竖直排布间距b2为丝径d的5～30倍，缠绕圈数为5～100圈。

10.根据权利要求1所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述内支撑杆的数量为5～40。

11.根据权利要求1所述的一种鼠笼式超重力混合器，其特征在于，所述外支撑杆的数量为10～80。