CN108246143A - 一种穿流搅拌桨 - Google Patents

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Abstract

本发明属于搅拌桨技术领域,公开了一种穿流搅拌桨。所述穿流搅拌桨包括搅拌轴、圆盘和桨叶,圆盘中心套设于搅拌轴上,桨叶沿周向设于圆盘上,且桨叶的表面设有穿流孔,桨叶的表面为波浪形结构。本发明的高效穿流搅拌桨在旋转过程中,流体穿过穿流孔后在波浪形结构的桨叶后面会形成许多高速射流,还会形成撞击流,破坏了混合隔离区流体的周期运动,从而增大了搅拌槽内流体的速度梯度,提高了物料的混合效果,缩短了物料的混合时间,相比于现有搅拌设备搅拌效率更高。

Description

一种穿流搅拌桨
技术领域
本发明涉及搅拌桨技术领域,尤其涉及一种穿流搅拌桨。
背景技术
搅拌桨是搅拌器的核心部件,其构型(桨本身和多桨组合)和操作(转速和安装位置等)是影响搅拌器性能的重要因素。目前,按搅拌器内流体流动状态分类,搅拌桨可分为轴向桨、径向桨和混合桨,每一类桨包括诸多不同结构的桨型。在进行搅拌桨选型时,需综合考虑搅拌介质的性质(如粘度、密度和腐蚀性等)、反应过程的特性(如间歇或连续、吸热或放热)、搅拌效果以及搅拌功耗等因素,选择适宜的搅拌桨构型。
在湍流状态下,流体的运动高度复杂,搅拌槽内物料的混合较好。而层流状态下,由于流体运动轨迹的差异性较大,导致搅拌槽反应器内普遍存在两种不同类型的混合区域,即混沌混合区和混合隔离区(杨锋苓等,搅拌槽混沌混合研究进展.)。在混沌混合区内,流体以Lyapunov指数的规律被拉伸,混合效果较好。而在混合隔离区内,流体运动轨迹的周期性较强,能量传递按分子扩散的方式进行,混合效率较低。因此,破坏混合隔离区的周期运动,让更多的流体进入混沌混合,是提高低雷诺数下流动和混合效率的有效途径。
为了强化混沌混合,研究者尝试了诸多方法,如变速搅拌、偏心搅拌和往复搅拌等。然而,这几种方法对驱动设备(如电机、减速机等)要求较高,设备结构复杂,操作稳定性差。随着对混沌混合研究的不断深入,研究者发现通过合理设计搅拌桨可有效增强反应器内的混沌混合。专利“穿流式搅拌桨”(CN88219019.9)通过在传统搅拌桨桨叶上开设穿流孔得到的穿流桨,可有效降低搅拌功耗,提高搅拌效率;进一步地,在该穿流孔的背面方向的部分边缘处联结折流片,能得到更好的搅拌效果,但是搅拌效率仍然较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种穿流搅拌桨,以解决现有强化混沌混合的搅拌设备存在搅拌效率低问题。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种穿流搅拌桨,包括:
搅拌轴;
圆盘,其中心套设于所述搅拌轴上;
桨叶,其沿周向设于所述圆盘上,且所述桨叶的表面设有穿流孔,所述桨叶的表面为波浪形结构。
作为优选,所述波浪形由多个折线、弧线或半圆连接而成。
作为优选,每两条相邻所述折线的夹角为10°~150°。
作为优选,所述穿流孔的形状为圆形、三角形或多边形。
作为优选,所述穿流孔为圆形时,其孔径为2mm~6mm。
作为优选,所述桨叶与旋转平面的夹角为20°~150°。
作为优选,所述桨叶的数量为2~8片。
本发明的有益效果:
本发明的高效穿流搅拌桨在旋转过程中,流体穿过穿流孔后在波浪形结构的桨叶后面会形成许多高速射流,还会形成撞击流,破坏了混合隔离区流体的周期运动,从而增大了搅拌槽内流体的速度梯度,提高了物料的混合效果,缩短了物料的混合时间,相比于现有搅拌设备搅拌效率更高。
附图说明
图1是本发明提供的穿流搅拌桨的结构示意图;
图2是图1中桨叶的俯视图形状为多个折线的示意图;
图3是图1中桨叶的俯视图形状为多个弧线的示意图;
图4是图1中桨叶的俯视图形状为多个半圆的示意图;
图5是现有技术中的穿流搅拌桨的结构示意图。
图中:
1、搅拌轴;2、圆盘;3、桨叶;31、穿流孔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示,本发明提供的一种穿流搅拌桨,包括搅拌轴1、圆盘2和桨叶3,其中圆盘2中心套设于搅拌抽1上,桨叶3沿周向设于圆盘2上,桨叶3的表面设有穿流孔31,桨叶3的表面为波浪形结构,如图2至图4所示,桨叶3的波浪形结构具体由多个折线、弧线或半圆连接而成,在本具体实施方式中,不对桨叶3的波浪形结构作具体限定,其中折线、弧线或半圆连接形成的波浪形结构为优选实施方式。本发明的穿流搅拌桨在旋转过程中,流体穿过穿流孔31后在波浪形结构的桨叶3后面会形成许多高速射流,还会形成撞击流,破坏了混合隔离区流体的周期运动,从而增大了搅拌槽内流体的速度梯度,提高了物料的混合效果,缩短了物料的混合时间,相比于现有搅拌设备搅拌效率更高。
具体地,请参阅图2,当桨叶3的波浪形结构由多个折线连接而成时,每两条相邻所述折线的夹角α为10°~150°,在此角度范围内,经过穿流孔31后的流体,形成撞击流的效果最优。
具体地,为进一步增加搅拌装置内流体的混合程度,优选地,桨叶3的相关参数设计如下:桨叶3与旋转平面的夹角为20°~150°,可以增加搅拌桨的轴向和径向的混合效果;桨叶3的数量为2~8片;桨叶3的直径为搅拌槽(图中未示出)槽径的0.25~0.5倍,桨叶3的叶高为槽径的0.05~0.1倍。
具体地,为更进一步增加搅拌装置内流体的混合程度,优选地,穿流孔31的相关参数设计如下:穿流孔31的形状为圆形、三角形或多边形,于本实施方式中,不对穿流孔31的形状进行限定,优选为圆形;穿流孔31为圆形时,其孔径为2mm~6mm。
以下通过五个具体实施例对本发明提供的穿流搅拌桨的搅拌效果进行描述和论证:
实施例一
搅拌槽(图中未示出)反应器直径为240mm,高为300mm,四块挡板离壁安装,挡板高300mm,宽20mm。穿流桨桨叶3俯视图为折线形(即如图2中所示),相邻两条折线的夹角α为45°,穿流孔31的孔径为5mm,相邻两个穿流孔31的中心距为10mm。桨叶3的桨径为80mm,桨高为24mm,桨叶3的叶片数为6片,桨叶3的离底高度为80mm。
图5为现有技术中的穿流搅拌桨的结构示意图,其与本发明提供的穿流搅拌桨不同点在于:本发明中桨叶3的形状为波浪形结构,而现有技术中的穿流搅拌桨中桨叶3的形状为长方形结构。请继续参阅图5,穿流孔31的孔径为5mm,相邻两个穿流孔31的中心距为10mm。桨径为80mm,桨高24mm,桨叶3的叶片数为6片,桨叶3的离底高度为80mm。
搅拌介质为0.5wt%的羟乙基纤维素溶液,液面高度为240mm,操作温度为室温,压力为常压,搅拌转速为100rpm,此时搅拌槽内流体为层流流动。利用混合时间(电导率法测量)表征组合桨搅拌装置的搅拌效率。现有技术中的穿流搅拌桨和本发明提供的穿流搅拌桨的性能对比实验结果如表1所示。
表1 现有穿流桨和本发明的穿流桨性能对比
从表1实验结果可以看出,在相同搅拌转速下,本发明的穿流搅拌桨与现有穿流搅拌桨相比,混合时间缩短了17.41%。可见,本发明的穿流搅拌桨可有效强化搅拌槽内物料的混合效果,提高搅拌效率。
实施例二
其他条件与实施例一相同,只是穿流孔31的孔径为6mm,对比实验结果如表2所示。
表2 现有穿流桨和本发明的高效穿流桨性能对比
从表2实验结果可以看出,在相同搅拌转速下,本发明的穿流搅拌桨与现有穿流搅拌桨相比,混合时间缩短了12.75%。
实施例三
其他条件与实施例一相同,只是穿流搅拌桨桨叶3的形状为弧线形,对比实验结果如表3所示。
表3 现有穿流桨和本发明的高效穿流桨性能对比
从表3实验结果可以看出,在相同搅拌转速下,本发明的穿流搅拌桨与现有穿流搅拌桨相比,混合时间缩短了11.82%。
实施例四
其他条件与实施例一相同,只是本发明的穿流桨桨叶和现有穿流桨叶片数均为2片,对比实验结果如表4所示。
表4 现有穿流桨和本发明的高效穿流桨性能对比
从表4实验结果可以看出,在相同搅拌转速下,本发明的穿流搅拌桨与现有穿流搅拌桨相比,混合时间缩短了21.29%。
实施例五
其他条件与实施例一相同,只是搅拌介质为水,搅拌转速为300rpm,此时搅拌槽内流体为湍流流动,对比实验结果如表5所示。
表5 现有穿流桨和本发明的高效穿流桨性能对比
从表5实验结果可以看出,在相同搅拌转速下,本发明的穿流搅拌桨与现有穿流搅拌桨相比,混合时间缩短了11.08%。表明本发明的穿流搅拌桨不仅可以强化层流条件下的流体混合,而且形状为波浪形结构的桨叶3增强了对桨叶附近流体的扰动,同样能强化湍流条件下的流体混合。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术用户来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种穿流搅拌桨,其特征在于,包括:
搅拌轴(1);
圆盘(2),其中心套设于所述搅拌轴(1)上;
桨叶(3),其沿周向设于所述圆盘(2)上,且所述桨叶(3)的表面设有穿流孔(31),所述桨叶(3)的表面为波浪形结构。
2.根据权利要求1所述的穿流搅拌桨,其特征在于,所述波浪形由多个折线、弧线或半圆连接而成。
3.根据权利要求2所述的穿流搅拌桨,其特征在于,每两条相邻所述折线的夹角为10°~150°。
4.根据权利要求1所述的穿流搅拌桨,其特征在于,所述穿流孔(31)的形状为圆形、三角形或多边形。
5.根据权利要求4所述的穿流搅拌桨,其特征在于,所述穿流孔(31)为圆形时,其孔径为2mm~6mm。
6.根据权利要求1所述的穿流搅拌桨,其特征在于,所述桨叶(3)与旋转平面的夹角为20°~150°。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的穿流搅拌桨,其特征在于,所述桨叶(3)的数量为2~8片。
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