CN109569360A - 一种弹性搅拌反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性搅拌反应器，包括电机、搅拌轴、搅拌槽和搅拌桨；所述电机的输出轴上安装有所述搅拌轴；所述搅拌轴为圆柱体结构；所述搅拌轴上设有呈辐射状分布的螺孔；所述螺孔至少有两层；所述搅拌桨包括弹簧和螺栓；所述弹簧的端部固定在所述螺栓的螺帽上；所述螺栓通过所述螺孔固定在所述搅拌轴上；若干个所述搅拌桨均布在所述搅拌轴上，形成至少两个搅拌层；所述搅拌轴和所述搅拌桨均位于所述搅拌槽内；本发明的搅拌桨桨叶能耗减小，能够不断地作收缩运动并储存能量，强化桨叶能量传递过程，使桨叶对流体的剪切作用将大大提高，增大了桨叶能量利用率，提高了流体的混合效率。同时本发明结构简单，节约了搅拌装置成本。

Description

一种弹性搅拌反应器

技术领域

本发明涉及搅拌桨领域，具体涉及一种弹性搅拌反应器。

背景技术

机械搅拌反应器广泛应用于化工、石化、轻工、医药、冶金、水处理等行业中，其工作原理是通过搅拌桨的旋转向搅拌槽内混合体系输入机械能，强化反应过程的传热和传质，提高生产效率。搅拌桨作为搅拌反应器的重要核心部件之一，它能够向流体给予所需的适宜能量，从而促使流场多尺度结构的演化、形成、位移及多尺度流场结构间能量和物质的传递，但搅拌反应器通过搅拌桨向流场输入的总机械量真正用于流体内部混合的不到5％，经常需要通过增大搅拌转速来达到所需的混合状态。

研究发现，柔性体在流场中可形成明显不同于刚性桨的涡结构，其多尺度流场结构不稳定性增强，可强化流体混沌混合行为。

因此，现有技术中需要新型的一种新型的搅拌反应器。

发明内容

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种弹性搅拌反应器，其特征在于：包括电机、搅拌轴、搅拌槽和搅拌桨。

所述电机的输出轴上安装有所述搅拌轴。

所述搅拌轴为圆柱体结构。所述搅拌轴上设有呈辐射状分布的螺孔。所述螺孔至少有两层。

所述搅拌桨包括弹簧和螺栓。

所述弹簧的端部固定在所述螺栓的螺帽上。所述螺栓通过所述螺孔固定在所述搅拌轴上。

若干个所述搅拌桨均布在所述搅拌轴上，形成至少两个搅拌层。

所述搅拌槽为圆柱槽或方形槽。所述搅拌槽的开口朝向电机方向。

所述搅拌轴和所述搅拌桨均位于所述搅拌槽内。

在搅拌时，所述电机驱动所述搅拌轴转动，所述搅拌轴带动所述搅拌桨在所述搅拌槽内搅动。

进一步，所述搅拌轴上每一层的螺孔数量相等且位置对应。

所述搅拌桨与所述螺孔的数量相同。

进一步，记相邻的两个搅拌层之间的中心间距为X。X为5～20cm。

记最底层的搅拌层距离搅拌槽底面的间距为D。D为3～10cm。

进一步，记所述弹簧的长度为L。L＝(0.2～1)X。

记所述螺栓的直径为Φ。Φ＝(1/30～1/10)X。

当所述搅拌槽为圆柱槽时，记所述搅拌槽底面半径为R。R＝(3～5)L。

当所述搅拌槽为方形槽时，记所述搅拌槽底面边长为Y。Y＝(3～5)L。

进一步，所述弹簧的外径为3～50mm。

所述弹簧的节距为2～10mm。

所述弹簧的线径为0.1～3mm。

进一步，所述弹簧的外径是所述搅拌轴直径的0.5～10倍。

进一步，所述弹簧的材质包括碳素弹簧钢丝、热轧弹簧钢、硅锰弹簧钢丝、铬钒弹簧钢丝和弹簧不锈钢丝。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明的搅拌桨在旋转过程中，在旋转方向上的截面积由于弹簧的特殊结构而减小，桨叶能耗减小，弹簧在搅拌轴和流体的相互作用下，能够不断地作收缩运动并储存能量，进而使得弹簧在运动过程中能够在弹簧周围产生许多的高速射流，增大流体的速度梯度，提高流体的湍动程度，使桨叶能量以“波涡”耦合的方式在流场中进行传递，强化桨叶能量传递过程，使桨叶对流体的剪切作用将大大提高，且搅拌桨的抽吸作用也有所增强，增大了桨叶能量利用率，提高了流体的混合效率。同时本发明结构简单，节约了搅拌装置成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明搅拌桨和搅拌轴的结构示意图；

图3为现有技术中搅拌桨的结构示意图。

图中：电机1、搅拌轴2、螺孔201、搅拌槽3、搅拌桨4、弹簧401和螺栓402。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1至图2，一种弹性搅拌反应器，其特征在于：包括电机1、搅拌轴2、搅拌槽3和搅拌桨4。

所述电机1的输出轴上安装有所述搅拌轴2。

所述搅拌轴2为圆柱体结构。所述搅拌轴2上设有呈辐射状分布的螺孔201。所述螺孔201有两层。所述搅拌轴2上每一层的螺孔201数量相等且位置对应。

所述搅拌桨4包括弹簧401和螺栓402。

所述弹簧401的端部固定在所述螺栓402的螺帽上。所述螺栓402通过所述螺孔201固定在所述搅拌轴2上。

所述搅拌桨4与所述螺孔201的数量相同。所述搅拌桨4均布在所述搅拌轴2上，形成两个搅拌层。将相邻的两个搅拌层之间的中心间距记为X。本实施例中，X为5cm。

所述搅拌槽3为方形槽。所述搅拌槽3的开口朝向电机1方向。记最底层的搅拌层距离搅拌槽3底面的间距为D。本实施例中，D为3cm。

所述搅拌轴2和所述搅拌桨4均位于所述搅拌槽3内。

在搅拌时，所述电机1驱动所述搅拌轴2转动，所述搅拌轴2带动所述搅拌桨4在所述搅拌槽3内搅动。

所述弹簧401材质包括碳素弹簧钢丝、热轧弹簧钢、硅锰弹簧钢丝、铬钒弹簧钢丝和弹簧不锈钢丝。

本实施例中，所述弹簧401的外径为3mm。所述弹簧401的节距为2mm。所述弹簧401的线径为0.1mm。

所述弹簧401的外径是所述搅拌轴2直径的0.5倍，即搅拌轴2直径为6mm。

值得说明的是，当弹簧401的线径过小，有利于弹簧401发生扭转或抖动，但传递能量的能力较差。当弹簧401的线径过大，不利于弹簧发生扭转或抖动，但传递能量的能力较强。

进一步讲，弹簧401的线径不能太小，这需根据混合体系的不同进行选择，例如，对于单相或气液两相，线径可选用稍薄一些。对于固液两相，线径可选用稍厚一些。当弹簧401的线径过小，它的抖动能力增强，但它对桨叶附近流体的分散能力减弱，混合效果变差。当弹簧401的线径过大，它对桨叶附近流体的分散能力增强，但它的抖动能力减弱，转动阻力增加。

所以，弹簧401的线径的选择应当保证弹簧能够出现抖动但分散能力又不会太弱。

搅拌桨4在旋转过程中，在旋转方向上的截面积由于弹簧的特殊结构而减小，桨叶能耗减小，弹簧401在搅拌轴4和流体的相互作用下，能够不断地作收缩运动并储存能量，进而使得弹簧401在运动过程中能够在弹簧401周围产生许多的高速射流，增大流体的速度梯度，提高流体的湍动程度，使桨叶能量以“波涡”耦合的方式在流场中进行传递，强化桨叶能量传递过程，使桨叶对流体的剪切作用将大大提高，且搅拌桨4的抽吸作用也有所增强，增大了桨叶能量利用率，提高了流体的混合效率。

实施例2：

参见图1至图2，一种弹性搅拌反应器，其特征在于：包括电机1、搅拌轴2、搅拌槽3和搅拌桨4。

所述电机1的输出轴上安装有所述搅拌轴2。

所述搅拌轴2为圆柱体结构。所述搅拌轴2上设有呈辐射状分布的螺孔201。所述螺孔201有两层。所述搅拌轴2上每一层的螺孔201数量相等且位置对应。

所述搅拌桨4包括弹簧401和螺栓402。

所述弹簧401的端部固定在所述螺栓402的螺帽上。所述螺栓402通过所述螺孔201固定在所述搅拌轴2上。

所述搅拌桨4与所述螺孔201的数量相同。所述搅拌桨4均布在所述搅拌轴2上，形成两个搅拌层。将相邻的两个搅拌层之间的中心间距记为X。本实施例中，X为20cm。

所述搅拌槽3为圆柱槽。所述搅拌槽3的开口朝向电机1方向。记最底层的搅拌层距离搅拌槽3底面的间距为D。本实施例中，D为10cm。

所述搅拌轴2和所述搅拌桨4均位于所述搅拌槽3内。

在搅拌时，所述电机1驱动所述搅拌轴2转动，所述搅拌轴2带动所述搅拌桨4在所述搅拌槽3内搅动。

所述弹簧401材质包括碳素弹簧钢丝、热轧弹簧钢、硅锰弹簧钢丝、铬钒弹簧钢丝和弹簧不锈钢丝。

本实施例中，所述弹簧401的外径为50mm。所述弹簧401的节距为10mm。所述弹簧401的线径为3mm。

所述弹簧401的外径是所述搅拌轴2直径的2倍，即搅拌轴2直径为25mm。

实施例3：

如实施例1所述的一种弹性搅拌反应器，其数值如下：

所述弹簧401的长度为L。L＝(0.2～1)X。

所述螺栓402的直径为Φ。Φ＝(1/30～1/10)X。

所述搅拌槽3底面边长为Y。Y＝(3～5)L。

当弹簧401长度过短，桨叶对流体剪切范围减小，弹簧的抖动行为减弱，难以将桨叶能量传递到流场远处。

当弹簧401长度过长，桨叶剪切范围增大，弹簧401的抖动行为增加，但桨叶转动阻力增大。

当弹簧401长度L＝(0.2～1)X时，效果最好。

实施例4：

如实施例2所述的一种弹性搅拌反应器，其数值如下：

所述弹簧401的长度为L。L＝(0.2～1)X。

所述螺栓402的直径为Φ。Φ＝(1/30～1/10)X。

所述搅拌槽3底面半径为R。R＝(3～5)L。

当弹簧401长度过短，桨叶对流体剪切范围减小，弹簧的抖动行为减弱，难以将桨叶能量传递到流场远处。

当弹簧401长度过长，桨叶剪切范围增大，弹簧401的抖动行为增加，但桨叶转动阻力增大。

当弹簧401长度L＝(0.2～1)X时，效果最好。

实施例5：

将实施例1中的搅拌桨4进行性能测试。

所述搅拌轴2由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。所用搅拌槽3为0.2*0.2m的方形搅拌槽，槽高为0.3m，溶液为2％的羧甲基纤维素钠溶液，液体高度0.17m，搅拌转速分别为100rpm、120rpm，通过酸碱脱色实验测定混合时间，以此表征搅拌桨4的混合性能。

参见图3，图3为现有的刚柔组合式搅拌桨，将现有的刚柔组合式搅拌桨与本发明的搅拌桨4作对比实验，实验结果见表1。

从表1实验结果可以看出，在相同搅拌转速条件下，本发明公开的搅拌桨4与现有的刚柔组合式搅拌桨相比，体系的混合时间有所减少。

表1

Claims (7)

1.一种弹性搅拌反应器，其特征在于：包括所述电机(1)、搅拌轴(2)、搅拌槽(3)和搅拌桨(4)；

所述电机(1)的输出轴上安装有所述搅拌轴(2)；

所述搅拌轴(2)为圆柱体结构；所述搅拌轴(2)上设有呈辐射状分布的螺孔(201)；所述螺孔(201)至少有两层；

所述搅拌桨(4)包括弹簧(401)和螺栓(402)；

所述弹簧(401)的端部固定在所述螺栓(402)的螺帽上；所述螺栓(402)通过所述螺孔(201)固定在所述搅拌轴(2)上；

若干个所述搅拌桨(4)均布在所述搅拌轴(2)上，形成至少两个搅拌层；

所述搅拌槽(3)为圆柱槽或方形槽；所述搅拌槽(3)的开口朝向电机(1)方向。

所述搅拌轴(2)和所述搅拌桨(4)均位于所述搅拌槽(3)内；在搅拌时，所述电机(1)驱动所述搅拌轴(2)转动，所述搅拌轴(2)带动所述搅拌桨(4)在所述搅拌槽(3)内搅动。

2.根据权利要求1或2所述的一种弹性搅拌反应器，其特征在于：所述搅拌轴(2)上每一层的螺孔(201)数量相等且位置对应；

所述搅拌桨(4)与所述螺孔(201)的数量相同。

3.根据权利要求1所述的一种弹性搅拌反应器，其特征在于：记相邻的两个搅拌层之间的中心间距为X；X为5～20cm；

记最底层的搅拌层距离搅拌槽(3)底面的间距为D；D为3～10cm。

4.根据权利要求1或3所述的一种弹性搅拌反应器，其特征在于：记所述弹簧(401)的长度为L；L＝(0.2～1)X；

记所述螺栓(402)的直径为Φ；Φ＝(1/30～1/10)X；

当所述搅拌槽(3)为圆柱槽时，记所述搅拌槽(3)底面半径为R；R＝(3～5)L；

当所述搅拌槽(3)为方形槽时，记所述搅拌槽(3)底面边长为Y；Y＝(3～5)L。

5.根据权利要求1所述的一种弹性搅拌反应器，其特征在于：所述弹簧(401)的外径为3～50mm；

所述弹簧(401)的节距为2～10mm；

所述弹簧(401)的线径为0.1～3mm。

6.根据权利要求1所述的一种弹性搅拌反应器，其特征在于：所述弹簧(401)的外径是所述搅拌轴(2)直径的0.5～10倍。

7.根据权利要求1所述的一种弹性搅拌反应器，其特征在于：所述弹簧(401)的材质包括碳素弹簧钢丝、热轧弹簧钢、硅锰弹簧钢丝、铬钒弹簧钢丝和弹簧不锈钢丝。