CN104275112B - 一种方锥形旋转混合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方锥形旋转混合器，所述混合器包括由上部的立方体和下部的棱锥台组成的混合器主体，和提供混合器转动动力的转动轴，所述混合器还包括固定于立方体内腔的挡板内构件，所述挡板内构件包括支撑轴和固定于支撑轴上的至少2个挡板；所述支撑轴与混合器的转动轴平行；所述挡板与混合器转动轴轴向侧壁间存在间隙。本发明在方锥形混合器基础上，设计了相应的内构件，有效促进了颗粒的轴向对流混合，从而提供的一种结构操作简单，能耗成本低，混合效果更好的颗粒混合器。

Description

一种方锥形旋转混合器

技术领域

本发明涉及一种混合机，尤其涉及一种方锥形旋转混合器。

背景技术

在工业生产过程中，往往需要将两种或两种以上不同组分的物料按一定配比混在一起，再通过一定的工序加工为最终产品，不同成分颗粒的均匀分布程度对最终产品有着直接的影响，这种对不同成分颗粒的均化操作即为混合处理。

颗粒的混合在许多工业生产中都是一个很重要的单元操作，特别是在食品、医药、冶金、塑料、精细化工品等生产过程中起着非常重要的作用。例如在化工生产中，均匀的粉体混合为反应创造良好的条件；在医药固体制剂的生产中，极微量的药效成分和大量增量剂混合的均匀水平直接影响着药的质量；在耐火材料的生产中，物料的混合程度影响着产品的强度；在玻璃生产过程中，粉体配料混合的不均匀，将导致玻璃液中小气泡过多。由此可见，粉体颗粒的快速、持续、均匀混合在工业生产过程中是非常关键的，通过对混合设备的设计和优化，对于改进粉体的混合效率和生产操作具有重要的意义。

方锥形旋转混合器是用于干物料混合操作中的一种旋转型混合器，它是由上部的立方体和下部的棱锥台组成。起初该混合器被设计用于混合操作结束后，将物料运输至下道工序的容器。如今，将混合功能和运输功能结合，不仅操作方便简捷，而且避免了人为操作造成的物料分离。因此，方锥形旋转型混合器越来越广泛的用于制药工程中。与其它的旋转型混合器不同，方锥形混合器的转轴与立方体的长轴并不平行，而是成一角度，并且其四周的边壁不是关于y轴对称的，这将有利于颗粒的轴向混合。但是，方锥形混合器作为旋转型混合器的一种，轴向混合仍然是以扩散混合为主，轴向混合较弱的特点依然存在，因此，在生产中往往导致产品质量不高，混合时间较长，能耗也随之增大，难以满足工业混合的需求。

蒋茂强、赵永志等人在“双锥形混合器内颗粒混合及增混机理研究”中公开了带有挡板的双锥形混合器，虽然所述双锥形混合器通过加入挡板提高了混合程度，但是，其设置方式并未充分发挥出径向和轴向的促混作用，混合物的增混效果依然不理想。

发明内容

针对现有的方锥形旋转混合器轴向混合较弱的问题，本发明提供一种方锥形旋转混合器，所述混合器在原有方锥形混合器基础上，设计了相应的内构件，加速了颗粒的径向对流混合，并有效促进了颗粒的轴向对流混合，从而提供的一种结构操作简单，能耗成本低，混合效果更好的颗粒混合器。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种方锥形旋转混合器，所述混合器包括由上部的立方体和下部的棱锥台组成的混合器主体，和提供混合器转动动力的转动轴；

所述混合器还包括固定于立方体内腔的挡板内构件，所述挡板内构件包括支撑轴和固定于支撑轴上的至少2个挡板；所述支撑轴与混合器的转动轴平行；所述挡板与混合器转动轴轴向的侧壁间存在间隙。

优选地，所述挡板的板面为矩形，所述矩形的最长边的长度小于立方体内部轴向最大宽度。

优选地，所述矩形的最长边的长度为立方体内部轴向最大宽度的0.5～0.8倍，优选0.7倍。

优选地，所述挡板的表面可以是平面、弧形或波浪形中的任意1种；

优选地，所述挡板的边缘的设置选自平面、锯齿状、或在边缘处加向上或向下凸起的棱中的任意1种。

优选地，所述挡板的个数≥1个，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个、10个、12个等，优选≥5个。

优选地，所述相邻挡板间的夹角相同。

优选地，所述支撑轴的高度可调，优选设置在立方体的1/2处。

优选地，所述支撑轴通过立方体的中心点。

优选地，所述支撑轴的两端固定于混合器主体的转动轴轴向的侧壁上。

作为优选技术方案，本发明所述混合器包括：

由上部的立方体和下部的棱锥台组成的混合器主体；

提供混合器转动动力的转动轴；和

挡板内构件，所述挡板内构件包括支撑轴，以及固定于支撑轴上的至少2个挡板；

其中，所述挡板的大小相同，且相邻两个挡板的夹角相等；所述支撑轴的两端固定在混合器立方体转动轴轴向相对的两个侧壁上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明克服了现有的方锥形旋转混合器在轴向混合较弱的缺点，在原有方锥形混合器基础上，设计了相应的内构件，有效促进了颗粒的轴向对流混合，从而提供的一种结构操作简单，能耗成本低，混合效果更好的颗粒混合器。本发明提供的颗粒物料混合器对颗粒的混合效果好，适应性强，结构及操作均非常简单，成本也较低，可以用于制药，食品，农业等行业颗粒物质的混合工艺。

附图说明

图1为现有方锥形混合器的结构示意图；

图2为现有方锥形混合器沿方向3-3’得到的顶部截面图；

图3是本发明一种实施方式所述方锥形混合器的正视结构示意图；

图4是本发明一种实施方式所述方锥形混合器的俯视结构示意图；

图5是本发明一种实施方式所述方锥形混合器的左视结构示意图；

图6为不同挡板个数的混合器的左视结构示意图；图6中，20为混合器20、30为混合 器30、40为混合器40、50为混合器50、60为混合器60、70为混合器70；

图7为不同挡板宽度的混合器的俯视结构示意图；图7中，80为混合器80、50为混合 器50、90为混合器90；

图8为混合器中物料初始填料时的纵向截面图；

图9给出了混合器10转动10转后的纵向截面图；

图10给出了混合器20转动10转后的纵向截面图；

图11给出了混合器30转动10转后的纵向截面图；

图12给出了混合器40转动10转后的纵向截面图；

图13给出了混合器50转动10转后的纵向截面图；

图14给出了混合器60转动10转后的纵向截面图；

图15给出了混合器70转动10转后的纵向截面图；

图16给出了混合器80转动10转后的纵向截面图；

图17给出了混合器90转动10转后的纵向截面图。

其中，

1-立方体、2-棱锥台、4-入口、5-出口、6-转动轴；

21-立方体、22-棱锥台、23-转动轴、24-挡板、25-支撑轴、26-挡板内构件、27-电机、28-支架、29-入口、31-出口。

具体实施方式

接下来，参考附图，详述本发明的具体实施方式。在本发明中，对于已知技术的描述，即使它们是与本发明相关，但如果被认为是不必要的，则当它们会使本发明的特征和描述不清楚时，可以将它们省略。

混合器10为现有方锥形混合器，如图1（图1为现有方锥形混合器的结构示意图）和图2（图2为现有方锥形混合器沿方向3得到的顶部截面图）所示，混合器10是由上部的立方体1和下部的棱锥台2组成的混合器主体，和提供混合器旋转动力的转动轴6组成；立方体1的顶部开有入口4，棱锥台的底部开有出口5；其中，物料由入口4进入，混合器垂直放置，沿转动轴6进行上下旋转；混合操作结束后，由出口5卸下。

现有方锥形混合器在对颗粒物进行混合的过程中，沿转动轴的轴向混合以缓慢的扩散混合为主，造成了轴向混合较弱的特点。本发明在现有的方锥形混合器的立方体内腔内固定设置挡板内构件，所述挡板内构件包括支撑轴和固定于支撑轴上的至少2个挡板；所述支撑轴与混合器的转动轴平行；所述挡板与混合器转动轴轴向的侧壁间存在间隙。

本发明提供的方锥形混合器，在转动轴的带动下上下转动，物料在重力和混合器主体的旋转作用下运动，由于内构件的设置，对物料产生明显的扰动，加速了颗粒在混合器中径向的对流混合，同时打破了床层自由表面流，并不断产生新的表面层，促进了颗粒的扩散混合。另外，挡板与边壁之间空隙的存在，使颗粒经过挡板表面时发生分离，一部分颗粒沿两侧缝隙流下，一部分则跟随挡板运动，有效促进了颗粒轴向的对流混合，因此，明显促进了颗粒混合效果，尤其是轴向混合效果。

为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述的混合器可以被包括颗粒物质的生产线中，例如用于制药，食品，农业等行业颗粒物质的混合工艺中。

混合器50为本发明具体实施方式一提供的方锥形混合器，如图3（图3是本实施方式所述方锥形混合器的正视结构示意图）、图4（图4是本实施方式所述方锥形混合器的俯视结构示意图）、图5（图5是本实施方式所述方锥形混合器的左视结构示意图）所示，混合器50包括：

由上部的立方体21和下部的棱锥台22组成的混合器主体；混合主体固定于支架28之上；立方体21的顶部开有入口29，棱锥台22的底部开有出口31

提供混合器转动动力的转动轴23；转动轴23与电机27连接；

所述混合器还包括固定于立方体21内腔的挡板内构件26；

其中，所述挡板内构件26包括支撑轴25，和固定于支撑轴25上的5个相同的挡板24，相邻两个挡板24间的夹角为72℃，所述挡板24的板面为矩形，所述矩形的最长边的长度（简称为挡板的宽度）为混合器立方体轴向最大宽度的0.7倍；所述挡板24的板面为平面；所述支撑轴25的位于立方体21高度的1/2处，且支撑轴25的两端与立方体21的侧壁固定。

物料由混合器50顶部的入口29进入，将入口29封好；打开电机27，转动轴23转动，从而带动混合器50连同挡板内构件26上下转动。物料在重力和筒体旋转的作用下运动，由于挡板内构件26的设置，对物料产生明显的扰动，加速了颗粒在混合器中径向的对流混合，同时打破了床层自由表面流，并不断产生新的表面层，促进了颗粒的扩散混合。另外，挡板24与侧壁之间空隙的存在，使颗粒经过挡板24表面时发生分离，一部分颗粒沿两侧缝隙流下，一部分则跟随挡板24运动，有效促进了颗粒轴向的对流混合，因此，明显促进了颗粒混合效果。混合操作结束后，颗粒物料由混合器50底部出口31卸下。

在具体实施方式一种，挡板24的板面也可以是弧形或波浪形；挡板24的边缘可以呈锯齿状或在边缘处加向上或向下的棱。

在具体实施方式一中，挡板24的个数（记为n）可以选自≥2的任意数值，相邻两个挡板的夹角为360/n度，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，例如所述挡板个数为2时，两个挡板的夹角为180°；当所述挡板个数为4时，两个挡板的夹角为90°；当所述挡板个数为8时，两个挡板的夹角为45°；当所述挡板个数为9时，两个挡板的夹角为40°；当所述挡板个数为12时，两个挡板的夹角为30°等等。

提供一组混合器，其与混合器50的区别仅在于挡板的个数，即，当挡板的个数分别为2、3、4、6、7时，其挡板的夹角分别为180°、120°、90°、60°、51.4°，且分别记为混合器20、混 合器30、混合器40、混合器60、混合器70。图6依次为混合器20、混合器30、混合器40、混合器 50、混合器60、混合器70的左视结构示意图。

在具体实施方式一中，挡板的宽度也可以选自混合器立方体轴线最大宽度的0.5～0.8倍中的任意数值，例如0.52倍、0.57倍、0.52倍、0.59倍、0.63倍、0.68倍、0.71倍、0.74倍、0.77倍、0.79倍等。

提供一组混合器，其与混合器50的区别仅在于挡板的宽度，即，当所述挡板的宽度为混合器立方体轴向最大宽度的0.5倍、0.8倍时，记为混合器80、混合器90。图7依次为混合 器80、混合器50、混合器90的俯视结构示意图。

为了说明混合器中挡板内构件26对颗粒物料混合的作用，通过模拟的方法对颗粒的混合行为进行了研究。模拟过程中，采用黑色实心球来进行标记，其余颗粒均未显示。

实心球颗粒在初始时位于混合器的左下部，如图8（图8为混合器中物料初始填料时的纵向截面图）所示。模拟过程中，以实心球颗粒的分布来描述颗粒的混合情况，操作条件为：实心球颗粒的填充率50%，旋转器转速10转/分。

图9给出了混合器10转动10转后的纵向截面图；

图10给出了混合器20转动10转后的纵向截面图；

图11给出了混合器30转动10转后的纵向截面图；

图12给出了混合器40转动10转后的纵向截面图；

图13给出了混合器50转动10转后的纵向截面图；

图14给出了混合器60转动10转后的纵向截面图；

图15给出了混合器70转动10转后的纵向截面图；

图16给出了混合器80转动10转后的纵向截面图；

图17给出了混合器90转动10转后的纵向截面图。

从图9可以明显看到，现有的方锥型混合器（混合器10），轴向混合较弱，经过10转后，仍然有大量实心球颗粒集中在右侧；相比之下，混合器20～混合器90（如图10～图17所示），由于在混合器中设置了内构件，物料混合得就更加均匀。

在混合器主体内设置了挡板内构件26，解决了现有方锥形混合器轴向混合较弱的问题。

对于本发明提供的方锥形混合器，挡板的数量对混合质量有一定的影响。

由混合器20旋转10转后的纵向截面图（图10）可以看到，实心球颗粒在混合器中的分布虽然较混合器10均匀，但是仍然不理想，左侧区域内实心球分布较密，而中心和靠近右侧边壁的区域中，分布较稀。

由混合器30旋转10转后的纵向截面图（图11）可以看出，相对混合器20的混合形态，混合器30中心区域的颗粒分布也较密，只有混合器右侧区域内分布较稀。

由混合器40旋转10转后的纵向截面图（图12）可以看出，颗粒的轴向分布更为均匀，仅有右侧靠近边壁处的区域，分布较稀。

由混合器50、混合器60、混合器70旋转10转后的纵向截面图（图13～图15）可以看出，当挡板数目大于等于5时，颗粒在混合器中各个区域的分布都很均匀。

对于本发明提供的方锥形混合器，挡板的宽度对混合质量也有一定的影响。

混合器80、混合器50和混合器90的区别仅在于挡板的宽度。混合器80的挡板宽度为混合器轴向最大宽度的0.5倍，由混合器80旋转10转后的纵向截面图（图16）可以看到，实心球颗粒在混合器中的分布并不均匀，中心处到右侧区域内颗粒较稀，而左侧区域颗粒较密。

混合器90的挡板宽度为混合器轴向最大宽度的0.8倍，由混合器90旋转10转后的纵向截面图（图17）可以看到，实心球在靠近右侧边壁的区域内分布稀疏，而左侧到中心区域内分布较密，因此混合效果并不好。

混合器50的挡板宽度为混合器轴向最大宽度的0.7倍，由混合器50旋转10转后的纵向截面图（图13）可以看到，相比混合器80和混合器90，颗粒分布更为均匀，混合效果更好。

因此，挡板24宽度过大过小都不利于混合，即存在一个最优的挡板宽度，使混合效果最佳。

本发明说书的支撑轴与混合器转动轴平行，并沿支撑轴固定若干数量的挡板，这样的设计，使混合器转动的过程中，每一块挡板都能对物料起到明显的搅动作用，从而加快了颗粒的径向混合。

另外，挡板的搅动打破了自由表面流，并不断的生成新的表面层，促进了颗粒的轴向扩散混合。且在挡板与混合器轴向边壁之间设置缝隙，使得混合器在旋转的过程中，颗粒经过每个挡板表面时，都发生了分离，一部分颗粒沿两侧缝隙流下，一部分则跟随挡板运动，在轴向产生了明显的对流混合，有效促进了颗粒轴向混合。同时，位于挡板中间位置上的颗粒，由于势能差的原因，也会产生一定的相对运动，有利于颗粒的轴向对流混合。

本发明提供的方锥形混合器中的填料量是可控的，由于在混合器内设置挡板内构件后可以有效的促进混合，因此，其每批的处理量将增大。在制药等行业希望处理的批次尽量少，处理量的增大对此有重要的意义。此外每批处理量的增大，也意味着生产能力的增大，这在工业生产中是非常重要的。

除了方锥形混合器，其它的旋转型混合器如双锥形混合器，圆锥形型混合器在现有的设计下，均具有轴向对称面混合较弱的问题，因此本发明提出的内构件的设计也可用于这些旋转型混合器，同样会实现混合效果的提高。这将进一步推动旋转型混合器在颗粒物料混合工业中的广泛应用。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、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 (12)

1.一种方锥形旋转混合器，所述混合器包括由上部的立方体和下部的棱锥台组成的混合器主体，和提供混合器转动动力的转动轴，其特征在于，

所述混合器还包括固定于立方体内腔的挡板内构件，所述挡板内构件包括支撑轴和固定于支撑轴上的至少2个挡板；所述支撑轴与混合器的转动轴平行；所述挡板与混合器转动轴轴向的侧壁间存在间隙；

所述挡板的板面为矩形，所述矩形的最长边的长度为立方体内部轴向最大宽度的0.5～0.8倍。

2.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述矩形的最长边的长度为立方体内部轴向最大宽度的0.7倍。

3.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述挡板的表面可以是平面、弧形或波浪形中的任意1种。

4.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述挡板的边缘的设置选自平面、锯齿状、或在边缘处加向上或向下凸起的棱中的任意1种。

5.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述挡板的个数≥1个。

6.如权利要求5所述的混合器，其特征在于，所述挡板的个数≥5个。

7.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述相邻挡板间的夹角相同。

8.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述支撑轴的高度可调。

9.如权利要求8所述的混合器，其特征在于，所述支撑轴设置在立方体的1/2处。

10.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述支撑轴通过立方体的中心点。

11.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述支撑轴的两端固定于混合器主体的转动轴轴向的侧壁上。

12.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述混合器包括：

由上部的立方体和下部的棱锥台组成的混合器主体；

提供混合器转动动力的转动轴；和

挡板内构件，所述挡板内构件包括支撑轴，以及固定于支撑轴上的至少2个挡板；

其中，所述挡板的大小相同，且相邻两个挡板的夹角相等；所述支撑轴的两端固定在混合器立方体转动轴轴向相对的两个侧壁上。