CN108339445B - 一种组合桨搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于搅拌设备技术领域，公开了一种组合桨搅拌装置。所述组合桨搅拌装置包括搅拌槽和搅拌轴，搅拌轴垂直设于搅拌槽内部；搅拌轴上设有斜叶桨和至少一个折叶桨，斜叶桨位于折叶桨的上方；折叶桨包括倾斜折叶桨和与倾斜折叶桨连接的竖直折叶桨。本发明通过将斜叶桨和折叶桨组合，利用斜叶桨对流体产生径向和轴向推动力，并结合折叶桨的倾斜部分和竖直部分的相互作用，增加了搅拌桨的轴向排量，有效带动颗粒离底悬浮，提高了物料在搅拌装置的混合速率，缩短了混合时间，而且减少了表面曝气以及功率消耗，解决了现有组合桨搅拌装置的轴向和径向混合能力较差的问题。

Description

一种组合桨搅拌装置

技术领域

本发明涉及搅拌设备技术领域，尤其涉及一种组合桨搅拌装置。

背景技术

随着工业规模的大型化，搅拌装置高径比往往大于1，组合桨较单层桨往往可以获得更好的混合效果。对于组合桨，各层叶轮之间的配合直接决定了搅拌装置内流型、搅拌功耗和混合速率等，因此对搅拌桨的设计有了更高的要求。

“组合式表面曝气搅拌桨”(CN00102745.X)的专利将自悬浮圆形挡板和表面曝气桨组合，但仅适用于液位深度较小的气液体系的分散混合过程，不适用于固液体系颗粒的悬浮。“一种刚柔组合式搅拌桨的高效搅拌装置”的专利(CN201710101800.6)在传统Rushton桨的桨叶上安装打孔柔性叶片增加流体的混沌混合，但其主要应用于单液相体系混合，因而该专利的应用范围有限。“一种双层搅拌桨组合装置”(CN00102745.X)的专利将错位桨和向心桨组合来增加体系混合均匀程度，相比传统Rushton桨，其改善了固相悬浮，但是由于搅拌桨存在圆盘，其仍为径向流桨，因而轴向循环混合能力有限。

因此，亟待需要一种新型组合桨搅拌装置来应用于固-液多相体系中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合桨搅拌装置，以解决现有组合桨搅拌装置的轴向和径向混合能力较差的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种组合桨搅拌装置，包括：

搅拌槽；

搅拌轴，其垂直设于搅拌槽内部；

搅拌轴上设有斜叶桨和至少一个折叶桨，斜叶桨位于折叶桨的上方；折叶桨包括倾斜折叶桨和与倾斜折叶桨连接的竖直折叶桨。

作为优选，斜叶桨为下压斜叶桨，且斜叶桨与水平面的夹角为20°～70°。

作为优选，斜叶桨的桨径与搅拌槽的槽径的比值为1/3～1/2。

作为优选，斜叶桨的叶片数量为2～6片，且斜叶桨的宽度与槽径的比值为1/4～1/3。

作为优选，倾斜折叶桨与水平面的夹角为20°～70°。

作为优选，倾斜折叶桨的宽度与斜叶桨的宽度的比值为1/3～2/3。

作为优选，竖直折叶桨的宽度与斜叶桨的宽度的比值为1/3～2/3。

作为优选，折叶桨的叶片数量为2～6片，且折叶桨的桨径与搅拌槽的槽径的比值为1/3～1/2。

作为优选，斜叶桨和折叶桨为交错设置。

作为优选，搅拌槽的内壁沿周向均匀设有多个挡板。

本发明的有益效果：

本发明通过将斜叶桨和折叶桨组合，利用斜叶桨对流体产生径向和轴向推动力，并结合折叶桨综合直叶桨和斜叶桨的特点，即折叶桨的倾斜部分和竖直部分的相互作用，增加了搅拌桨的轴向排量，产生的轴向流动遇到槽底以及径向流动遇到挡板后转化为强的上升流，有效带动颗粒离底悬浮，避免颗粒沉积在桨叶下方以及槽底边缘，并提高了物料在搅拌装置的混合速率，缩短了混合时间，而且减少了表面曝气以及功率消耗，解决了现有组合桨搅拌装置的轴向混合能力较差的问题。

附图说明

图1是本发明提供的组合桨搅拌装置的结构示意图；

图2是图1中折叶桨的结构示意图；

图3是现有技术中双层斜叶桨搅拌装置的结构示意图；

图4是现有技术中双层Rushton桨搅拌装置的结构示意图。

图中：

1、搅拌槽；2、挡板；3、气液界面；4、搅拌轴；5、斜叶桨；6、折叶桨；61、倾斜折叶桨；62、竖直折叶桨；7、Rushton桨。

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和图2所示，本发明提供的一种组合桨搅拌装置，包括搅拌槽1、挡板2和搅拌轴4，其中搅拌轴4垂直设于搅拌槽1内部，挡板2设于搅拌槽1的内壁。

具体地，在气液界面3的下方，搅拌轴4上设有斜叶桨5和至少一个折叶桨6，斜叶桨5位于折叶桨6的上方；折叶桨6包括倾斜折叶桨61和与倾斜折叶桨61连接的竖直折叶桨62，本发明通过将斜叶桨5和折叶桨6组合，利用斜叶桨5对流体产生径向和轴向推动力，并结合折叶桨6的倾斜部分(即倾斜折叶桨61)和竖直部分(即竖直折叶桨62)的相互作用，增加了搅拌桨的轴向排量，有效带动颗粒离底悬浮。

具体地，斜叶桨5为下压斜叶桨，优选地，倾斜折叶桨61位于竖直折叶桨62的上方，且与竖直折叶桨62一体成型，可以理解的是，倾斜折叶桨61也可位于竖直折叶桨62的下方，倾斜折叶桨61也可与竖直折叶桨62分开设置，在本具体实施方式中，不对倾斜折叶桨61和竖直折叶桨62的位置连接关系限定。

当斜叶桨5为下压斜叶桨，倾斜折叶桨61位于竖直折叶桨62的上方时，下压斜叶桨不仅产生径向流动，还推动周围流体在搅拌槽1内产生向下的轴向流动，同时倾斜折叶桨61增加了折叶桨6的轴向流动，其产生的轴向流动遇到槽底以及径向流动遇到挡板2后转化为强的上升流，有效带动颗粒离底悬浮，提高了物料在搅拌装置的混合速率，缩短了混合时间，而且减少了表面曝气以及功率消耗，解决了现有组合桨搅拌装置的轴向混合能力较差的问题。

具体地，本发明的组合桨层数优选为两层或三层，图1中所示为两层组合桨。为进一步增加搅拌装置内流体的混合程度，优选地，斜叶桨5的相关参数设计如下：斜叶桨5与水平面的夹角为20°～70°，斜叶桨5的桨径与搅拌槽1的槽径的比值为1/3～1/2，斜叶桨5的叶片数量为2～6片，且斜叶桨5的宽度与槽径的比值为1/4～1/3。

具体地，为进一步增加搅拌装置内流体的混合程度，优选地，折叶桨6的相关参数设计如下：倾斜折叶桨61与水平面的夹角为20°～70°，倾斜折叶桨61的宽度与斜叶桨5的宽度的比值为1/3～2/3，竖直折叶桨62的宽度与斜叶桨5的宽度的比值为1/3～2/3，折叶桨6的叶片数量为2～6片，且折叶桨6的桨径与搅拌槽1的槽径的比值为1/3～1/2。

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，斜叶桨5和折叶桨6为交错设置，搅拌槽1的内壁沿周向均匀设有多个挡板2，挡板2的宽度与搅拌槽1的槽径的比值为1/12～1/10。

以下通过五个具体实施例对本发明提供的组合桨搅拌装置的搅拌效果进行描述和论证：

实施例一

在槽径为240mm、高度为400mm的平底圆柱形搅拌槽1内，考察本发明提供的组合桨搅拌装置(如图1所示)和现有技术中双层Rushton桨搅拌装置(如图4所示)的单位体积功耗。搅拌槽1内壁垂直均匀安装四块挡板2，挡板2的宽度为24mm。槽内自来水液位高度为288mm，下层Rushton桨7离底高度为60mm，上下层Rushton桨7的桨间距为140mm。

请参阅图1，上层桨为两叶片下压45°的斜叶桨5，斜叶桨5的桨径为94mm，叶片宽度为24mm；下层桨为两叶片的折叶桨6，折叶桨6的桨径为94mm，其中：倾斜折叶桨61和竖直折叶桨62的宽度均为12mm，倾斜折叶桨61与水平面夹角为30°。

请参阅图3，上、下层桨均为标准Rushton桨7，桨径为94mm。表1给出了不同转速N(rpm)下本发明提供的组合桨搅拌装置和现有技术中双层Rushton桨搅拌装置的单位体积功耗测定值。可以看到，本发明专利所涉及的双层组合桨装置功耗明显降低，约为相同转速下双层Rushton桨7的62.1％-69.5％。

表1

实施例二

针对液固两相体系，本实施例的搅拌槽1的结构和尺寸与实施例一相同，液相仍选用自来水，固相为粒径2.0±0.1毫米的玻璃珠(密度2.817g/cm³)，固相体积分数范围为0.1％～5％，分别考察本发明提供的组合桨搅拌装置、现有技术中双层斜叶桨搅拌装置(如图3所示)和现有技术中双层Rushton桨搅拌装置中固体颗粒在不同固含率下对应的临界离底悬浮搅拌转速。请参阅图2，上、下层桨均为两叶片下压45°的斜叶桨5，斜叶桨5的桨径为94mm，叶片宽度为24mm。临界离底悬浮搅拌转速是固体颗粒完全离底悬浮的最小搅拌转速，直接决定了搅拌装置内两相的有效接触面积。表2给出了不同固含率操作下，本发明提供的组合桨搅拌装置、现有技术中双层斜叶桨搅拌装置和现有技术中双层Rushton桨搅拌装置的临界离底悬浮转速。可以看到，在测定的固含率范围内，本发明专利所涉及的双层组合桨装置临界离底悬浮搅拌转速小于相同操作条件下双层下压45°斜叶桨装置。这也表明本发明专利所涉及的双层组合桨装置使固体颗粒悬浮的能力更强。此外，对于双层Rushton桨操作的体系，由于表面吸气严重，颗粒无法有效悬浮，离底搅拌转速无法测量。

表2

实施例三

本实施例的搅拌槽1的结构和尺寸与实施例二相同，采用电导率法测定本发明提供的组合桨搅拌装置和现有技术中双层斜叶桨搅拌装置的单相液相体系混合时间。将浓度15％的氯化钠溶液作为示踪剂，瞬间加入到搅拌槽1液面附近，同时采用数据采集卡将电导率仪测定的监测点电导率值转化为电信号，并由计算机记录信号随时间的变化曲线。实验中监测点与加料点位于同一平面，但位于搅拌轴4的两侧。混合时间表征了搅拌装置内反应器尺度的混合效率，表3给出了本发明提供的组合桨搅拌装置和现有技术中双层斜叶桨搅拌装置在不同转速下的混合时间。可以看到，在测定的转速范围内，本发明专利所涉及的双层组合桨装置混合时间均小于相同转速下的双层下压45°斜叶桨装置，这也表明本发明专利所涉及的双层组合桨装置整体混合效果更好。

表3

实施例四

本实施例的搅拌槽1的结构、尺寸以及两相物性参数与实施例二相同，针对液固两相体系，以固相体积分数1％为例，分别考察本发明提供的组合桨搅拌装置、现有技术中双层斜叶桨搅拌装置和现有技术中双层Rushton桨搅拌装置在不同转速下固体颗粒在搅拌槽内所能达到的最大高度，即云高。固体颗粒在搅拌槽1内所能达到的最大高度表征了固液两相体系均匀混合程度。表4对比了上述三种搅拌装置在相同转速下云高。可以看到，在测定的转速范围内，本发明专利所涉及的双层组合桨装置云高均大于相同操作条件下双层下压45°斜叶桨装置以及双层Rushton桨的对应值，这也表明本发明专利所涉及的双层组合桨装置使固体颗粒均匀混合的能力更强。

表4

实施例五

本实施例的搅拌槽1的结构、尺寸以及两相物性参数与实施例二相同，针对液固两相体系，以固相体积分数1％为例，考察本发明提供的组合桨搅拌装置、现有技术中双层斜叶桨搅拌装置和现有技术中双层Rushton桨搅拌装置在不同转速下表面吸气情况。对于实际生产过程，表面吸气会严重影响产品质量。下表给出了不同转速下观察到的上述三种装置表面曝气程度。可以看到，本发明专利所涉及的双层组合桨装置可以有效抑制表面卷入气相。

表5

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 (8)

1.一种组合桨搅拌装置，包括：

搅拌槽（1）；

搅拌轴（4），其垂直设于所述搅拌槽（1）内部；其特征在于，

所述搅拌轴（4）上设有斜叶桨（5）和至少一个折叶桨（6），所述斜叶桨（5）位于所述折叶桨（6）的上方；所述折叶桨（6）包括倾斜折叶桨（61）和与所述倾斜折叶桨（61）连接的竖直折叶桨（62），所述倾斜折叶桨（61）连接于所述竖直折叶桨（62）的上端且朝向运动方向倾斜；

所述斜叶桨（5）和所述折叶桨（6）交错设置，所述斜叶桨（5）为下压斜叶桨，且所述斜叶桨（5）与水平面的夹角为20°~70°。

2.根据权利要求1所述的组合桨搅拌装置，其特征在于，所述斜叶桨（5）的桨径与所述搅拌槽（1）的槽径的比值为1/3~1/2。

3.根据权利要求2所述的组合桨搅拌装置，其特征在于，所述斜叶桨（5）的叶片数量为2~6片，且所述斜叶桨（5）的宽度与所述槽径的比值为1/4~1/3。

4.根据权利要求1所述的组合桨搅拌装置，其特征在于，所述倾斜折叶桨（61）与水平面的夹角为20°~70°。

5.根据权利要求1所述的组合桨搅拌装置，其特征在于，所述倾斜折叶桨（61）的宽度与所述斜叶桨（5）的宽度的比值为1/3~2/3。

6.根据权利要求1所述的组合桨搅拌装置，其特征在于，所述竖直折叶桨（62）的宽度与所述斜叶桨（5）的宽度的比值为1/3~2/3。

7.根据权利要求1所述的组合桨搅拌装置，其特征在于，所述折叶桨（6）的叶片数量为2~6片，且所述折叶桨（6）的桨径与所述搅拌槽（1）的槽径的比值为1/3~1/2。

8.根据权利要求1~7中任一项所述的组合桨搅拌装置，其特征在于，所述搅拌槽（1）的内壁沿周向均匀设有多个挡板（2）。

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