CN1057405A - 搅拌机 - Google Patents

Abstract

一种搅拌机，包括在搅拌机容器中央的搅拌轴， 一安装在搅拌轴上的搅拌机叶片，该叶片由沿容器底 壁内光面配置的平板状叶片和从平板状叶片延续的 格栅状叶片组成，一导流板沿容器侧壁内表面垂直延 伸，以绕搅拌机叶片转动，驱动装置独立地转动导流 板和搅拌机叶片。当搅拌机叶片和导流板以不同速 度转动时，在容器内形成循环流体流。搅拌机叶片上 部的格栅状叶片剪切循环流体流中径向向内沿搅拌 轴下降的那部分，而将流体流分成细小部分。这些细 小部分由格栅状叶片组件后而产生的微小漩涡的作 用而有效地混合在一起。

Description

本发明涉及可用来批量加工各种粘性流体的搅拌机，该粘性流体用在化学、制药和食品工业中制造各种类型的小批量的产品。上述搅拌机还可用于这样的加工中，其中，在设备操作期间，反应、溶解等等会使流体粘度在较大范围内变化，而且使流体在容器内的流动从紊流变成层流。

在搅拌机容器内的流体的流动特性在低粘度范围（紊流范围）和高粘度范围（层流范围）会有很大区别。而且，流动和混合方式在上述不同范围内也有区别。

在低粘度范围，流体和叶片一起转动。这种现象产生了在搅拌轴周围的固体形转动部分，使混合不能进行。为此，一般认为在容器中设置一导流板是必要的。虽然在低粘度范围内是必要的，然而随着流体粘度增加，导流板的作用就降低了。在高粘度范围（层流范围）设置导流板的话，会使导流板背面滞留并粘结上一部分流体。在低浓度稀浆流体的情况下，导流板能非常有效地使固体颗粒均匀分散。然而，当稀浆浓度增加后，导流板反而会有助于固体颗粒滞留、沉积和固化在容器内壁上。

因此，当进行被加工物质的粘度会在在较大范围内变化的加工处理时，对低粘度、中粘度或高粘度范围决定是否需要在搅拌机容器内设置导流板和相应的选择适当的搅拌机叶片形状是已知的手段。

另外，解决上述问题的已知手段包括将搅拌机内部分成多层。而在通过选择搅拌机叶片形状解决上述问题时，曾采用过图6中所示结构（日本专利申请公开号No.57-45332）。在该结构中，搅拌机容器1内设有一螺旋带状叶片12。它沿容器1侧壁的内表面转动。而桨叶13径向设置在搅拌机容器1内部中央处的搅拌轴2上，它与螺旋带状叶片12反向转动。

当通过采用导流板并选择搅拌机叶片形状来解决上述问题时，曾采用过图7中所示结构（日本专利申请公开号No.1-37173）。在该结构中，一平板状叶片6设置在搅拌机容器1内部中央处的搅拌轴2的下部。它沿搅拌机容器1底壁的内表面配置、一从平板状叶片6延续的格栅状叶片7设置在搅拌轴2的上部。同时，多个导流板14相互间隔开设置在容器1侧壁的内表面上，每一导流板14在上述内表面上自下而上沿轴向延伸。

在搅拌机具有第一种结构的情况下，即，螺旋带状叶片12和桨叶13用做搅拌机叶片时，其搅拌机叶片的复杂结构带来了流体进入、排开和移动的困难，因此具有产生故障的危险。

另一个缺陷在于，由于在搅拌机容器内底部没有有效的叶片，所以在上述底部的流体流动是极小的。而且，搅拌操作不能在装入少量流体的情况下开始。另外，由于设置在螺旋带状叶片12径向内部的桨叶13是在多个层次上，每一层次上的一桨叶13产生的循环流在这些层次之间的相接表面上与另一循环流碰撞，形成滞留部分。这些滞留部分就象一边界层，使各层之间的混合程度下降。再者，当流体水平高度变化时，会导致流体表面的位置和叶片安装位置之间关系的变化。这样，流体水平高度的变化产生了混合条件的差别。另外，由桨叶13排出的沿容器径向的流体流阻碍了由径向外侧的螺旋带状叶片12产生的向下的流动。结果，不可避免地使整个循环流动不能充分进行。

在搅拌机具有第二种结构的情况下，即，包括平板状叶片6和从上述叶片延续的格栅状叶片7的搅拌机叶片与导流板14一起使用时，不会产生上述第一种结构中具有的缺陷。这种设备的优越性在于该搅拌机叶片产生流体的特性使混合周期缩短，而适用的流体粘度范围增大。然而，设置导流板14会导致在流体粘度增加时，在导流板背面形成滞留部分，在高粘度范围使流动受阻。而且当稀浆浓度增加时，在容器内壁上产生固体颗粒的滞留、沉积和固化。

本发明已完全解决了上述第二种搅拌机结构产生的问题。

本发明的目的在于使搅拌机能以有效的流体混合特性进行工作，即使是在高粘度和高浓度的情况下，并且使一台设备能适用于相当大的粘度和浓度范围，同时，防止在高浓度下固体颗粒在容器内侧壁部分产生滞留、沉积和固化。

为此，本发明提供了一种搅拌机，包括一搅拌机容器;可转动地设置在搅拌机容器中央的第一和第二搅拌轴;安装在第一搅拌轴上的搅拌机叶片，该叶片由沿搅拌机容器底壁的内表面配置的平板状叶片和从该平板状叶片向上延续的格栅状叶片组成;至少一个安装到第二搅拌轴上的导流板，该导流板在搅拌机叶片转动范围之外沿搅拌机容器侧壁的内表面垂直延伸;和独立地转动第一和第二搅拌轴的驱动装置。

本发明将结合附图详细描述如下：

其中，图1为本发明一实施例的前剖视图;

图2A、2B和2C为本发明设备中导流板的三个不同实例的示意图;

图3A、3B、3C和3D为导流板横截面形状的四个不同实例的视图;

图4为本发明中流体粘度和搅拌机叶片与导流板转速比的关系的曲线图;

图5为本发明另一实施例的前剖视图;

图6为现有技术中一种搅拌机的前剖视图;

图7为现有技术中另一搅拌机的前剖视图。

下面参见图1，本发明的搅拌机具有一圆筒形搅拌机容器1。在搅拌机容器1的内部中央设有一延伸到接近容器1底壁的内搅拌轴2和一延伸到流体表面高度之上的外搅拌轴3，内、外搅拌轴2和3安装在一起，同时可相互相对转动。上述搅拌轴2和3可分别通过设置在容器1顶壁上方的驱动装置4和5独立地停止或转动。搅拌轴2和3各自的转速和转向均可独立地控制。

上述搅拌机还包括一沿容器1底壁内表面配置的平板状叶片6。叶片6安装在内搅拌轴2的下部并与容器1底壁内表面滑动接触。

平板状叶片6具有已知的桨叶的特性（排开特性）和已知的马蹄形或锚形叶片的特性（剪切和刮推特性）。尤其是，叶片6具有的桨叶的特性，由此将流体沿容器径向排开，而马蹄形或锚形叶片的特性则使粘结到壁面上的物质被刮掉、分散和漂浮。

一格栅状叶片7从平板状叶片6延续并和叶片6一起安装在内搅拌轴2上。格栅状叶片7由多个沿容器1径向延伸的平杆状水平肋板8和多个垂直于水平肋板8而垂直延伸的平杆状垂直条带9组成。格栅状叶片7具有这样的特性，即，在叶片7转动过程中，叶片7的每一组件各自的端部剪切流体并将其分成许多小部分。分成小部分的流体被这些组件后面产生的微小的漩涡运动混合在一起。

平板状叶片6和格栅状叶片7为一整体，构成了搅拌机叶片。在以下描述中，除另有说明外，叶片6和7将统称为“搅拌机叶片”。

虽然上述每一垂直条带9延伸过所有的水平肋板8，但这仅是一个例子。相反，垂直条带9还可结合不同的水平肋板8。设置水平肋板8是为了增强格栅状叶片7。当然，由叶片7的尺寸决定的水平肋板8的数目不受图示实施例的限制。它可取两个以外的其他数目。

本发明设备还包括多个可分离地装在连接肋板11末端的导流板10，而肋板11设置在外搅拌轴3上。导流板10在搅拌机叶片6、7转动范围以外垂直延伸并与容器1侧壁的内表面滑动接触。导流板的例子见图2A至2C。

图2A显示了一沿容器1侧壁垂直延伸的导流板10。导流板10可有各种截面形状。一般来说，导流板10是具有矩形截面的平板，如图3A所示。然而，导流板10也可具有三角形截面（图3B）、半圆形截面（图3C）或T形截面（图3D）。

图2B和2C显示了具有一定迎角的导流板。图2B显示的导流板10′具有由相对搅拌机叶片的垂直长度为0.5个螺距而决定的迎角。图2C显示的导流板10″具有由相对搅拌机叶片的垂直长度为1个螺距而决定的迎角。

如果迎角太多，导流板就不能很好地起作用。因此，决定迎角的螺距数最好为相对上述长度不超过1.5个。

导流板10、10′或10″具有以下特性，即，使由平板状叶片6转动而径向排开的流体流沿容器侧壁的内表面上升，以便在容器中形成循环流动;将粘接到壁面上的物质刮掉，分散并使其漂浮;当流体粘度增加时推动流体，以保持其运动并减小容器内侧壁处流速下降的危险。

虽然在本发明设备中采用了多个导流板10、10′或10″，然而导流板的数目可根据使用情况适当增加或减少（甚至减为一个）。

图5显示了本发明的另一实施例。图5中实施例与图1中第一实施例的区别在于在第一实施例中，搅拌轴具有包括内搅拌轴2和外搅拌轴3的双套轴结构。而在第二实施例中，相应于内搅拌轴2的安装搅拌机叶片的搅拌轴2′由设置在容器1顶壁上方的驱动装置4′驱动，而相应于外搅拌轴3的安装导流板的搅拌轴3′由设置在容器1底下的驱动装置5′驱动。第二实施例的其他结构布置与图1中所示相同，其详细描述就不再重复了。

虽然未在图中示出，但图1所示实施例也可改变为使构成双套轴结构的搅拌轴2和3由设置在容器1底下的驱动装置4和5从下方驱动。而且，图5所示实施例也可改变为将驱动搅拌机叶片的搅拌轴2′的驱动装置4′设置在容器1下面，而将驱动导流板搅拌轴3′的驱动装置5′设置在容器1顶壁的上方。

利用上述结构，安装搅拌机叶片6、7的搅拌轴2或2′和安装导流板10、10′或10″的搅拌轴3或3′是由外部驱动系统以不同的转速分别驱动的，即，驱动装置4或4′以及驱动装置5或5′。而且，这些轴的转动方向是按照待加工的流体性质和加工目的适当设定的。

搅拌轴2或2′以及搅拌轴3或3′相应的转速之间的比可通过按照流体的各种特性适当设定该比率而变化。当搅拌机叶片6、7通过搅拌轴2或2′的转动而转动，同时导流板10、10′或10″则通过搅拌轴3或3′的转动而转动时，在容器1中将形成下述的流动。

图4是一曲线图，其中，横坐标代表被加工流体的粘度（泊），而纵坐标代表搅拌机叶片在单位时间内转数的绝对值N₁和导流板在单位时间内转数的绝对值N₂的比值（N₂/N₁）。

这样，该曲线图显示了流体粘度和搅拌机叶片以及导流板转速之间关系的实例。

虽然搅拌机叶片6、7和导流板10、10′或10″转数比是根据被搅拌材料（流体）的性质变化，但该比值一般是以下述方式随流体粘度变化的，即，在低粘度范围，搅拌机叶片和导流板以大转速比转动。通过这种转动，在搅拌机容器1内形成较快的循环流动。此时，流体由搅拌机叶片下部的平板状叶片6沿径向排开，同时防止了流体粘结到容器1底壁部的内表面上。被排开的流体流受到导流板10、10′或10″的影响，使其循环流动被约束，转而沿容器侧壁内表面朝容器上部上升。然后，该流体流在容器上部从靠近侧壁的位置运动到中央部分。接着，沿搅拌轴2或2′下降，返回到平板状叶片6的位置。

搅拌机叶片上部的格栅状叶片7的水平肋板8和垂直条带9通常起到剪切一部分沿搅拌轴2或2′下降的循环流的作用。结果，以小的能耗将流体分成许多小部分。流体的上述小部分通过产生在水平肋板8和垂直条带9后面的微小漩涡的作用混合在一起。这样，混合操作可在短时间内完成。

另一方面，在高粘度范围，搅拌机叶片6、7和导流板10、10′或10″以较小的转数比旋转。由此，导流板10、10′或10″将粘结到壁面上的物质刮掉、分散并使其漂浮。而且，当流体粘度增加时，导流板起到防止容器内侧壁部分的流体流速下降的作用。

另外，转动的导流板10、10′或10″能防止在其背面上流体的滞留或静止部分产生。因此，就可以保证充分实现上述循环流动，将流体分成小部分并将该小部分混合，这些达到均匀混合所必须的过程。同时，又能刮掉壁面上的物质，大大减小了物质滞留并粘结到容器侧壁上的危险。而且，在例如高浓度稀浆这样的流体的情况下，转动导流板10、10′或10″能使物质在凝结和固化之前将其从沉积到的壁面上刮掉。这样，使其受到取代。

具有上述结构的本发明能产生下述效果：

（1）  以不同转速旋转的搅拌机叶片和导流板在搅拌机容器内形成了循环的流体流。在搅拌机叶片上部的格栅状叶片剪切循环的流体流中沿内搅拌轴下降的那部分。因此，将流体分成许多小部分。流体的这些小部分通过在格栅状叶片组件后面产生的微小漩涡的作用有效地混合在一起。

甚至在很难于成功地进行的高粘度、高浓度流体的处理期间，导流板起到防止被加工物质的任何部分在容器内侧壁部分形成滞留、沉积、固化和粘结（另外，当稀浆被加热时，会产生熔化）的作用。上述作用在成功地发挥的过程中，不会有任何物质滞留和粘结在导流板背面上。这样，即使在上述条件下操作，也能使未溶解物质加速溶解并减小容器内侧壁部分流体流速下降的危险。由此，保证了上述流体混合特性，又能保持或改善均匀混合功能和良好的热传导和热耗散功能。而且，有可能获得从低粘度范围（紊流范围）到高粘度范围（层流范围）的稳定的混合特性。这种特性使搅拌机可有效地用作反应容器。

（2）  上述优越的流体混合特性使用于结晶、乳化液聚合或高粘性稀浆的搅拌操作能以低能耗和叶片的低转速进行。

（3）  由于导流板具有相对于流动方向的迎角，当流体粘度很高时，就可能增加沿容器侧壁内表面的循环流体流的上升部分。

（4）  如果导流板的转动速度和方向相对于搅拌机叶片的转动速度和方向进行调整，就有可能控制施加到搅拌机容器内流体上的剪切力。

Claims (5)

1、一种搅拌机，包括一搅拌机容器；可转动地设置在搅拌机容器中央的第一和第二搅拌轴；安装在第一搅拌轴上的搅拌机叶片，该叶片由沿搅拌机容器底壁的内表面配置的平板状叶片和从该平板状叶片向上延续的格栅状叶片组成；至少一个安装到第二搅拌轴上的导流板，该导流板在搅拌机叶片转动范围之外沿搅拌机容器侧壁的内表面垂直延伸；和独立地转动第一和第二搅拌轴的驱动装置。

2、按照权利要求1的搅拌机，其中，第一搅拌轴从搅拌机容器的上部或下部伸出，而第二搅拌轴则从搅拌机容器的下部或上部伸出。

3、按照权利要求1的搅拌机，其中，第一和第二搅拌轴共同形成了一双套轴结构，上述第一搅拌轴为内轴而第二搅拌轴为外轴。

4、按照权利要求1至3之一的搅拌机，其中，导流板由沿搅拌机容器侧壁延伸的直板构成。

5、按照权利要求1至3之一的搅拌机，其中，上述导流板具有由相对搅拌机叶片长度为一定螺距数而决定的迎角，该螺距数不超过1.5个。

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