CN108771988A - 一种流体动态混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流体动态混合器，包括有壳体，所述壳体中空形成混合腔，所述混合腔内设有叶轮及中心管，所述叶轮中空形成分配腔，所述中心管的出口段设于分配腔内，所述中心管的出口段的侧壁上设有多排第一分配孔，所述分配腔的侧壁上设有多排第二分配孔，所述壳体上分别设有第一流体进口和混合流体出口，所述中心管的进口设有第二流体进口。本发明进一步提供一种流体动态混合器的使用方法及其用途。本发明提供的一种流体动态混合器，可应用于化工、医药、环保等技术领域，使两种流体实现快速均匀混合。

Description

一种流体动态混合器
技术领域
本发明属于机械的技术领域，涉及一种流体动态混合器。
背景技术
在工业生产中，往往涉及到两种流体的混合过程，例如两种液体的混合、气体与液体的混合、液体与气体、两种气体的混合等。快速高效的混合能为两种物质的反应创造良好的条件，而如果混合过程不理想，不但影响反应速度，还会降低反应效果，浪费物质的消耗，或最终生成的产品不理想。
动态混合器是在容器内或腔室内设搅拌叶轮，由驱动机驱动，两种流体在叶轮的搅拌作用下混合。例如专利CN103585911B《一种搅拌混合器》和专利CN102300629B《具有旋转混合容器的混合器》。每一种动态混合器在应用时因结构的不同而有不同的应用特长，有的是为了提高混合效果，有的是为了缩短混合时间，有的是为了节省混合能耗。目前市场上还没有与本发明相似结构的混合器。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种流体动态混合器，因其全新的构造方式，可以提供两种流体更快速均匀的混合效果。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种流体动态混合器，包括有壳体，所述壳体中空形成混合腔，所述混合腔内设有叶轮及中心管，所述叶轮中空形成分配腔，所述中心管的出口段设于分配腔内，所述中心管的出口段的侧壁上设有多排第一分配孔，所述分配腔的侧壁上设有多排第二分配孔，所述壳体上分别设有第一流体进口和混合流体出口，所述中心管的进口设有第二流体进口。
优选地，所述叶轮包括有转动轴，所述转动轴的一端与所述分配腔相连接，所述分配腔的侧壁上外接有多个叶片。
更优选地，所述转动轴与中心管分别接入所述壳体的左右相对两侧侧壁；所述第一流体进口与混合流体出口分别设于所述壳体的前后相对两侧侧壁。
优选地，所述中心管的出口段位于所述分配腔内的中心轴线位置。
优选地，所述中心管、转动轴、叶轮处于同轴位置。
优选地，所述中心管、转动轴、叶轮的截面呈圆形。
优选地，所述第一分配孔的形状呈孔状或条缝状。
优选地，所述第一分配孔在中心管的侧壁上沿进液方向排列成排，
优选地，多排所述第一分配孔之间保持平行。
优选地，多排所述第一分配孔在中心管的侧壁上等弧度分布，即在中心管的侧壁上的相邻两排所述第一分配孔之间的弧度相等。
优选地，所述第二分配孔的形状呈孔状或条缝状。
优选地，所述第二分配孔在分配腔的侧壁上沿转动轴接入方向排列成排。
优选地，多排所述第二分配孔之间保持平行。
优选地，多排所述第二分配孔在分配腔的侧壁上等弧度分布，即在分配腔的侧壁上的相邻两排所述第二分配孔之间的弧度相等。
更优选地，所述叶片的数量与所述第二分配孔的排数相同。
更优选地，每一个所述叶片与每排所述第二分配孔之间，在分配腔的侧壁上保持相间隔。
更优选地，每一个所述叶片与相邻两排所述第二分配孔之间，在分配腔的侧壁上保持相同的间隔距离。
优选地，所述转动轴外接有驱动装置。所述驱动装置用于驱动转动轴旋转。
更优选地，所述驱动装置选自电动机、气动机、液压驱动机、手摇式驱动机中一种。
本发明第二方面提供一种流体动态混合器的使用方法，包括以下步骤：
1)将第一流体经第一流体进口进入混合腔；
2)将第二流体经第二流体进口进入中心管，并经第一分配孔进入分配腔；
3)启动转动轴旋转叶轮，并通过叶轮带动叶片旋转产生离心力，从而使位于分配腔内的第二流体通过第二分配孔进入混合腔；
4)在混合腔内通过叶轮及叶片旋转产生的搅拌作用下，第二流体与第一流体快速混合，混合后的流体通过混合流体出口排出。
优选地，步骤1)中，所述第一流体选自液体或气体中的一种。
更优选地，所述液体为水。
更优选地，所述气体选自空气或废气中的一种。
进一步优选地，所述废气为在生产和生活过程中排出的有毒有害的气体。具体如化工厂、钢铁厂、制药厂、炼焦厂和炼油厂等排出的有毒有害的气体。例如，化工厂含油废水处理过程中产生的含挥发性有机物废气等。
优选地，步骤1)中，所述第一流体进入混合腔的流速为0.1～100m/s。
更优选地，所述第一流体进入混合腔的流速为0.5～30m/s。
进一步优选地，所述第一流体为液体时，所述第一流体进入混合腔的流速为0.5～5m/s；所述第一流体为气体时，所述第一流体进入混合腔的流速为5～30m/s。
优选地，步骤2)中，所述第二流体选自液体或气体中的一种。
更优选地，所述液体选自絮凝剂或水中的一种。
进一步优选地，所述絮凝剂为常规使用的用于废水处理的絮凝剂。具体来说，所述絮凝剂为0.1wt％的聚丙烯酰胺溶液。
更优选地，所述气体选自空气或臭氧化气中的一种。
进一步优选地，所述臭氧化气按体积百分比计，臭氧所占的体积百分比为8-12％，氧气所占的体积百分比为88-92％。所述臭氧化气是指用纯氧源或空气源为原料通过臭氧发生器制造臭氧，由于臭氧转化率不高，臭氧和未能转化的氧气的混合气体即为臭氧化气。具体来说，用纯氧作用原料制造臭氧，只有10％的氧气转化为臭氧，10％的臭氧和其它未能转化的氧气的混合气体即为臭氧化气。
优选地，步骤2)中，所述第二流体进入中心管的流速为0.1～100m/s。
更优选地，所述第二流体进入中心管的流速为0.5～30m/s。
进一步优选地，所述第二流体为液体时，所述第二流体进入中心管的流速为0.5～5m/s；所述第二流体为气体时，所述第二流体进入中心管的流速为5～30m/s。
优选地，步骤3)中，所述转动轴外接有驱动装置。所述驱动装置用于驱动转动轴旋转。
更优选地，所述驱动装置选自电动机、气动机、液压驱动机、手摇式驱动机中一种。
优选地，步骤3)中，所述叶轮的转速为10～100000转/分钟。更优选地，所述叶轮的转速为1000～30000转/分钟。
优选地，步骤4)中，所述第二流体与第一流体混合的时间为0.01～10s。更优选地，所述第二流体与第一流体混合的时间为0.1～2s。
本发明第三方面提供一种流体动态混合器在液体与液体混合、气体与液体混合、气体与气体混合中的用途。
优选地，所述液体与液体混合为水处理中絮凝剂与水的混合。
优选地，所述气体与液体混合为难溶气与水的混合。
优选地，所述气体与气体混合为臭氧化气氧化有机废气。
如上所述，本发明提供的一种流体动态混合器，可应用于化工、医药、环保等技术领域，通过优选的结构，从而使两种流体实现快速均匀混合，反应速度快，流体利用率高，流体消耗量小，能够有效降低成本。
附图说明
图1显示为本发明的一种流体动态混合器的整体结构示意图。
图2显示为本发明的一种流体动态混合器中分配腔的结构示意图。
附图标记
1 壳体
2 叶片
3 叶轮
4 转动轴
5 第一流体进口
6 第二流体进口
7 混合流体出口
8 中心管
9 第一分配孔
10 分配腔
11 第二分配孔
12 混合腔
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-2所示，本发明提供一种流体动态混合器，包括有壳体，所述壳体中空形成混合腔，所述混合腔内设有叶轮及中心管，所述叶轮中空形成分配腔，所述中心管的出口段设于分配腔内，所述中心管的出口段的侧壁上设有多排第一分配孔，所述分配腔的侧壁上设有多排第二分配孔，所述壳体上分别设有第一流体进口和混合流体出口，所述中心管的进口设有第二流体进口。
在一个优选的实施例中，如图1所示，所述叶轮包括有转动轴，所述转动轴的一端与所述分配腔相连接，所述分配腔的侧壁上外接有多个叶片。
进一步地，如图1所示，所述转动轴与中心管分别接入所述壳体的左右相对两侧侧壁；所述第一流体进口与混合流体出口分别设于所述壳体的前后相对两侧侧壁。
进一步地，如图1、2所示，所述叶片的数量与所述第二分配孔的排数相同。
进一步地，如图2所示，每一个所述叶片与每排所述第二分配孔之间，在分配腔的侧壁上保持相间隔。
进一步地，如图2所示，每一个所述叶片与相邻两排所述第二分配孔之间，在分配腔的侧壁上保持相同的间隔距离。
在一个优选的实施例中，如图1所示，所述中心管、转动轴、叶轮处于同轴位置。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述中心管、转动轴、叶轮的截面呈圆形。
在一个优选的实施例中，如图1所示，所述中心管的出口段位于所述分配腔内的中心轴线位置。
在一个优选的实施例中，如图1所示，所述第一分配孔在中心管的侧壁上沿进液方向排列成排，所述第一分配孔的形状呈孔状或条缝状。
在一个优选的实施例中，如图2所示，多排所述第一分配孔在中心管的侧壁上等弧度分布，即在中心管的侧壁上的相邻两排所述第一分配孔之间的弧度相等。多排所述第一分配孔之间保持平行。
在一个优选的实施例中，如图1所示，所述第二分配孔在分配腔的侧壁上沿转动轴接入方向排列成排。所述第二分配孔的形状呈孔状或条缝状。
在一个优选的实施例中，如图2所示，多排所述第二分配孔在分配腔的侧壁上等弧度分布，即在分配腔的侧壁上的相邻两排所述第二分配孔之间的弧度相等。多排所述第二分配孔之间保持平行。
在一个优选的实施例中，所述转动轴外接有驱动装置。所述驱动装置选自电动机、气动机、液压驱动机、手摇式驱动机中一种。
本发明提供一种流体动态混合器的使用方法，包括以下步骤：
1)将第一流体经第一流体进口进入混合腔；
2)将第二流体经第二流体进口进入中心管，并经第一分配孔进入分配腔；
3)启动转动轴旋转叶轮，并通过叶轮带动叶片旋转产生离心力，从而使位于分配腔内的第二流体通过第二分配孔进入混合腔；
4)在混合腔内通过叶轮及叶片旋转产生的搅拌作用下，第二流体与第一流体快速混合，混合后的流体通过混合流体出口排出。
其中，所述第一流体进入混合腔的流速为0.1～100m/s，优选为0.5～30m/s。进一步地，所述第一流体为液体时，所述第一流体进入混合腔的流速为0.5～5m/s；所述第一流体为气体时，所述第一流体进入混合腔的流速为5～30m/s。
其中，所述第一流体选自液体或气体中的一种。所述液体为水。所述气体选自空气或废气中的一种。
其中，所述第二流体选自液体或气体中的一种。所述液体选自絮凝剂或水中的一种。所述气体选自空气或臭氧化气中的一种。
其中，所述第二流体进入混合腔的流速为0.1～100m/s，优选为0.5～30m/s。进一步地，所述第二流体为液体时，所述第二流体进入混合腔的流速为0.5～5m/s；所述第二流体为气体时，所述第二流体进入混合腔的流速为5～30m/s。
其中，所述叶轮的转速为10～100000转/分钟，优选为1000～30000转/分钟。所述第二流体与第一流体混合的时间为0.01～10s，优选为0.1～2s。
实施例1
将本发明中的流体动态混合器用于水处理生产中絮凝剂与水的混合过程。将水作为第一流体以2m/s流速经第一流体进口进入混合腔。将絮凝剂作为第二流体以3m/s流速经第二流体进口进入中心管，并经中心管套接在分配腔内的管体的侧壁上的第一分配孔进入分配腔。采用电动机驱动转动轴旋转，转动轴驱动叶轮旋转并通过叶轮带动叶片旋转，叶轮的转速为1000转/分钟。叶轮及叶片旋转时会产生离心力，从而使位于分配腔内的作为第二流体的絮凝剂通过第二分配孔向混合腔流动。在混合腔内，通过叶轮及叶片旋转产生的搅拌作用下，作为第一流体的水一直被快速搅动，而从第二分配孔流出的作为第二流体的絮凝剂在流出瞬间被叶轮和叶片快速分散，从而使絮凝剂与水发生强烈的混合作用，混合1s后使两种流体达到良好的混合效果，混合后的流体通过混合流体出口排出。
实施例2
将本发明中的流体动态混合器用于向水中混合难溶气即空气的处理过程，具体如向水中混合空气。将水作为第一流体以5m/s流速经第一流体进口进入混合腔。将空气作为第二流体以10m/s流速经第二流体进口进入中心管。采用电动机驱动转动轴旋转，转动轴驱动叶轮旋转并通过叶轮带动叶片旋转，叶轮的转速为3000转/分钟。叶轮及叶片旋转时会产生离心力，从而在分配腔内产生负压，使作为第二流体的空气经中心管套接在分配腔内的管体的侧壁上的第一分配孔被吸进分配腔，再使位于分配腔内的作为第二流体的空气通过第二分配孔被吸进混合腔。在混合腔内，通过叶轮及叶片旋转产生的搅拌作用下，作为第一流体的水一直被快速搅动，而从第二分配孔流出的作为第二流体的空气与水发生强烈的混合作用，混合1.5s后使两种流体达到良好的混合效果，混合后的流体通过混合流体出口排出。
实施例3
将本发明中的流体动态混合器用于向空气中混合水的处理过程，用于空气加湿或造雾。将空气作为第一流体以20m/s流速经第一流体进口进入混合腔。将水作为第二流体以4m/s流速经第二流体进口进入中心管，并经中心管套接在分配腔内的管体的侧壁上的第一分配孔进入分配腔。采用电动机驱动转动轴旋转，转动轴驱动叶轮旋转并通过叶轮带动叶片旋转，叶轮的转速为30000转/分钟。叶轮及叶片旋转时会产生离心力，从而在分配腔内产生负压，使位于分配腔内的作为第二流体的水通过第二分配孔被吸进混合腔。在混合腔内，通过叶轮及叶片旋转产生的搅拌作用下，作为第一流体的空气一直被快速搅动，而从第二分配孔流出的作为第二流体的水与空气发生强烈的混合作用，混合0.5s后使两种流体达到良好的混合效果，混合后的流体通过混合流体出口排出。
实施例4
将本发明中的流体动态混合器用于臭氧化气氧化有机废气的处理过程，所述臭氧化气是指用纯氧源或空气源为原料通过臭氧发生器制造臭氧，由于臭氧转化率不高，臭氧和未能转化的氧气的混合气体即为臭氧化气。具体来说，用纯氧作用原料制造臭氧，只有10％的氧气转化为臭氧，10％的臭氧和其它未能转化的氧气的混合气体即为臭氧化气。将有机废气作为第一流体以25m/s流速经第一流体进口进入混合腔。将臭氧化气作为第二流体以30m/s流速经第二流体进口进入中心管。采用电动机驱动转动轴旋转，转动轴驱动叶轮旋转并通过叶轮带动叶片旋转，叶轮的转速为30000转/分钟。叶轮及叶片旋转时会产生离心力，从而在分配腔内产生负压，使作为第二流体的臭氧化气经中心管套接在分配腔内的管体的侧壁上的第一分配孔被吸进分配腔，再使位于分配腔内的作为第二流体的臭氧化气通过第二分配孔被吸进混合腔。在混合腔内，通过叶轮及叶片旋转产生的搅拌作用下，作为第一流体的有机废气一直被快速搅动，而从第二分配孔流出的作为第二流体的臭氧化气与有机废气发生强烈的混合作用，混合2s后使两种流体达到良好的混合效果，为臭氧氧化分解废气创造条件，混合后的流体通过混合流体出口排出。
应用例1
某污水厂产生的污泥要进行脱水处理，脱水之前的污泥为液态，含水率为97％。要求经脱水后使污泥的含水率降到80％。污泥在进入脱水机进行脱水处理前，需添加絮凝剂与污泥混合。现有方法中，添加絮凝剂为浓度0.1％的聚丙烯酰胺溶液，其为粘稠状的液体，与液态污泥不易混合。目前，原有污泥脱水系统在处理过程中每吨污泥需投加12升的聚丙烯酰胺溶液才能达到上述要求的脱水效果。而采用本发明中的流体动态混合器，如实施例1中处理步骤，选用相同絮凝剂(即浓度0.1％的聚丙烯酰胺溶液)进行处理，在处理过程中每吨污泥只需投加9升的聚丙烯酰胺溶液，即能达到上述要求的脱水效果，其能够节省25％的絮凝剂消耗量。
应用例2
在污水处理过程中需要用臭氧对污水进行氧化，现有技术是通过微孔扩散器将臭氧化气扩散到污水中，气体通过微孔扩散器鼓出来的为毫米级气泡，气泡直径约0.5～3毫米。而采用本发明中的流体动态混合器，如实施例2中气体与液体混合的处理步骤，可将臭氧化气在污水中进行良好的混合分散，在污水中形成的气泡直径约0.05～0.1毫米。与现有技术相比，其产生气泡的直径更小，分散性更好，气泡与水的接触面积更大，从而使臭氧与污水的氧化反应更快，臭氧的利用效率提高了30％。
综上所述，本发明提供的一种流体动态混合器，可应用于化工、医药、环保等技术领域，使两种流体实现快速均匀混合。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种流体动态混合器，其特征在于，包括有壳体(1)，所述壳体(1)中空形成混合腔(12)，所述混合腔(12)内设有叶轮(3)及中心管(8)，所述叶轮(3)中空形成分配腔(10)，所述中心管(8)的出口段设于分配腔(10)内，所述中心管(8)的出口段的侧壁上设有多排第一分配孔(9)，所述分配腔(10)的侧壁上设有多排第二分配孔(11)，所述壳体(1)上分别设有第一流体进口(5)和混合流体出口(7)，所述中心管(8)的进口设有第二流体进口(6)。
2.根据权利要求1所述的一种流体动态混合器，其特征在于，所述叶轮(3)包括有转动轴(4)，所述转动轴(4)的一端与所述分配腔(10)相连接，所述分配腔(10)的侧壁上外接有多个叶片(2)。
3.根据权利要求2所述的一种流体动态混合器，其特征在于，所述转动轴(4)与中心管(8)分别接入所述壳体(1)的左右相对两侧侧壁；所述第一流体进口(5)与混合流体出口(7)分别设于所述壳体(1)的前后相对两侧侧壁。
4.根据权利要求1所述的一种流体动态混合器，其特征在于，所述中心管(8)的出口段位于所述分配腔(10)内的中心轴线位置。
5.根据权利要求1所述的一种流体动态混合器，其特征在于，所述第一分配孔(9)在中心管(8)的侧壁上沿进液方向排列成排，多排所述第一分配孔(9)在中心管(8)的侧壁上等弧度分布。
6.根据权利要求1所述的一种流体动态混合器，其特征在于，所述第二分配孔(11)在分配腔(10)的侧壁上沿转动轴(4)接入方向排列成排，多排所述第二分配孔(11)在分配腔(10)的侧壁上等弧度分布。
7.根据权利要求2所述的一种流体动态混合器，其特征在于，所述叶片(2)的数量与所述第二分配孔(11)的排数相同；每一个所述叶片(2)与每排所述第二分配孔(11)之间，在分配腔(10)的侧壁上保持相间隔。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种流体动态混合器的使用方法，包括以下步骤：
1)将第一流体经第一流体进口进入混合腔；
2)将第二流体经第二流体进口进入中心管，并经第一分配孔进入分配腔；
3)启动转动轴旋转叶轮，并通过叶轮带动叶片旋转产生离心力，从而使位于分配腔内的第二流体通过第二分配孔进入混合腔；
4)在混合腔内通过叶轮及叶片旋转产生的搅拌作用下，第二流体与第一流体快速混合，
混合后的流体通过混合流体出口排出。
9.根据权利要求8所述的一种流体动态混合器的使用方法，其特征在于，步骤4)中，所述第二流体与第一流体混合的时间为0.01～10s。
10.根据权利要求1-7任一所述的一种流体动态混合器在液体与液体混合、气体与液体混合、气体与气体混合中的用途。
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