CN110614059A - 一种顶吹搅拌反应器及搅拌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种顶吹搅拌反应器及搅拌方法，属于冶金熔池搅拌技术领域。本发明顶吹搅拌反应器包括搅拌器主体、进气管、旋转接头、空心转轴、从动齿轮、保温盖、渐缩喷嘴、电动机，进气管通过旋转接头与空心转轴的空心腔体连通，搅拌器主体的顶端设置保温盖，保温盖的中心开设有转轴通孔，空心转轴垂直向下穿过转轴通孔并延伸至搅拌器主体的底部，渐缩喷嘴设置在空心转轴底端，空心转轴的顶部外壁固定设置有齿轮，电动机的传动轴端头固定设置有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合传动，空心转轴的底部设置有双层搅拌桨；保温盖上开设有气体出口，搅拌器主体底部设有排液管。本发明可同时对工质进行吹气搅拌和桨叶旋转搅拌，提高搅拌效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种顶吹搅拌反应器及搅拌方法，属于冶金熔池搅拌技术领域。
背景技术
搅拌混合是许多研究过程和工艺技术的关键步骤，涉及冶金、化工等多个领域。冶金熔池熔炼过程中内部温度超过1000℃，因此，目前对熔池内部气液固多相混合行为的研究主要是采用物理模型法和数值模拟法，其中物理模型法主要有顶吹、侧吹、底吹搅拌三种不同方式。以水模型法研究顶吹为例，目前国内外学者大多从改变进气量以及改变喷枪插入深度来研究搅拌效果。在湿法冶金搅拌浸出过程中，为了强化混合效果，通常需要对工质进行搅拌，目前为了强化搅拌效果，很多学者对搅拌桨的形状做了较多研究，目前常见的搅拌桨形状主要是弧形，弧形搅拌桨可以增强被搅拌工质的扰动，但在一定程度上增加了搅拌的阻力，即提高了搅拌过程的能耗。在化工领域，汽液固两相或多相混合过程更为常见，一个搅拌效率高的搅拌器，可以大大减少混匀时间，进而提高经济效益。
现有的顶吹搅拌器主要是注重搅拌桨的设计，但是搅拌桨直径越大，转动阻力越大，即能耗越高；相反，若搅拌器直径过小，又会致使靠近搅拌器壁面的工质搅拌不均匀。
发明内容
本发明针对现有技术中顶吹搅拌器存在的问题，提供一种顶吹搅拌反应器及搅拌方法，本发明顶吹气体搅拌与桨叶机械传动搅拌联合作用，既可对工质进行吹气搅拌，也可对工质进行桨叶旋转搅拌，搅拌过程中，桨叶通过旋转对上升的气泡进行破碎，增强扰动，同时，搅拌器内壁的螺纹对扰动的工质进行二次旋转扰动以混合工质，大大提高搅拌效率。
一种顶吹搅拌反应器，包括搅拌器主体8、进气管1、旋转接头2、空心转轴3、从动齿轮4、保温盖7、渐缩喷嘴13、电动机16，
进气管1外接气泵，进气管1通过旋转接头2与空心转轴3的空心腔体连通，搅拌器主体8的顶端设置保温盖7，保温盖7的中心开设有转轴通孔，空心转轴3垂直向下穿过转轴通孔并延伸至搅拌器主体8的底部，渐缩喷嘴13设置在空心转轴3底端，空心转轴3的顶部外壁固定设置有齿轮4，电动机16的传动轴端头固定设置有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮4啮合传动，空心转轴3的底部设置有交错的双层搅拌桨；保温盖7上开设有气体出口6，搅拌器主体8底部设有与搅拌器主体8的内腔连通的排液管14。
所述顶吹搅拌反应器还包括铁架台15，搅拌器主体8放置在铁架台15的底板上，进气管1水平设置在铁架台15支撑杆的顶端。
进一步的，所述铁架台15的支撑杆上部固定设置有水平支撑杆，水平支撑杆的中部开设有轴承孔，轴承孔内固定设置有轴承Ⅰ5，空心转轴3穿过轴承Ⅰ5的内圈并与轴承Ⅰ5的内圈壁贴合。
所述搅拌器主体8的内壁设置有螺纹9，螺纹深度为25.98~26.00mm，宽度为30~31mm，间距为69~70mm。
所述从动齿轮4为从动锥齿轮，主动齿轮为主动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮的传动比为3~5:1。
所述旋转接头2包括弯头18、轴承Ⅱ19、C型卡环20、密封套21、连接管22、螺母23，弯头18与轴承Ⅱ19内圈的内壁固定连接，连接管22的顶端通过C型卡环20卡接固定设置在轴承Ⅱ19外圈的外壁，密封套21套设在C型卡环20的外侧，连接管22为T型结构，连接管22的底端设置有外螺纹，空心转轴3的顶端设置有外螺纹，连接管22的底端通过螺母23与空心转轴3的顶端固定连接，连接管22的内部空腔直径与空心转轴3的内径相同。
所述双层搅拌桨的上层桨叶10与下层桨叶11的夹角为90°，上层桨叶10与下层桨叶11的截面均为矩形，上层桨叶10与空心转轴3的夹角为80°~90°，下层桨叶11与空心转轴3的夹角为80°~90°。
进一步地，所述搅拌器主体8的厚度为2~ 3mm，内径为500~505 mm，高度为1000~1005mm；空心转轴3的内径为20~21mm，外径为25~26mm，上层桨叶10与下层桨叶11的宽度均为20~21 mm，上层桨叶10与下层桨叶11的旋转区域直径均为300~305mm，排液管14的内径为50~55 mm。。
所述排液管14上设置有排液阀，保温盖7上设置有把手。
顶吹搅拌方法，采用顶吹搅拌反应器，具体步骤如下：
（1）气泵将气体通过进气管和空心转轴送至搅拌器主体底部，气体通过空心转轴底部的渐缩喷嘴喷出形成扰动气泡，气泡在浮力作用下自由上升对工质进行扰动；
（2）空心转轴通过旋转接头与进气管连接，电动机通过输出轴上的主动齿轮带动空心转轴的从动齿轮转动，从而带动空心转轴转动和空心转轴底部双层搅拌桨转动，空心转轴底部双层搅拌桨的下层桨叶对气泡进行破碎扰动，上排桨叶对工质进行搅拌混合使得工质剧烈扰动；
（3）剧烈扰动的工质撞击到搅拌器主体内壁的内螺纹再次旋转扰动以混合工质。
本发明的有益效果是：
（1）本发明顶吹气体搅拌与桨叶机械传动搅拌联合作用，既可对工质进行吹气搅拌，也可对工质进行桨叶旋转搅拌，搅拌过程中，桨叶通过旋转对上升的气泡进行破碎，增强扰动，同时，搅拌器内壁的螺纹对扰动的工质进行二次旋转扰动以混合工质，大大提高搅拌效率；
（2）本发明顶吹搅拌反应器材质可根据工质进行选择，可耐腐蚀、耐高温；
（3）本发明顶吹搅拌反应器可以用于研究湿法冶金的浸出搅拌过程，也可以用于研究火法冶金的物理模型研究；
（4）本发明顶吹搅拌反应器解决了搅拌桨直径太大增加能耗以及搅拌桨过小搅拌范围不均衡的问题；
（5）本发明顶吹搅拌反应器可以应用到化工领域等工质混合领域。
附图说明
图1为顶吹搅拌反应器的结构示意图；
图2为旋转接头结构示意图；
图3为旋转接头的连接管结构示意图；
图4为空心转轴与双层搅拌桨配合示意图；
图5为空心转轴与双层搅拌桨配合俯视图；
图6为搅拌器主体内壁螺纹示意图；
图7为搅拌器主体结构示意图；
图8为电动机、主动齿轮与从动齿轮配合示意图；
图中，1-进气管、2-旋转接头、3-空心转轴、4-从动齿轮、5-轴承Ⅰ、6- 出气口、7-保温盖、8-搅拌器主体、9-螺纹、10-上层桨叶、11-下层桨叶、12-气泡、13-渐缩喷嘴、14-排液管、15-铁质支架、16-电动机、17-轴套、18-弯头、19-轴承Ⅱ、20-C型卡环、21-密封套、22-连接管、23-螺母。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：如图1所示，一种顶吹搅拌反应器，包括搅拌器主体8、进气管1、旋转接头2、空心转轴3、从动齿轮4、保温盖7、渐缩喷嘴13、电动机16，
进气管1外接气泵，进气管1通过旋转接头2与空心转轴3的空心腔体连通，搅拌器主体8的顶端设置保温盖7，保温盖7的中心开设有转轴通孔，空心转轴3垂直向下穿过转轴通孔并延伸至搅拌器主体8的底部，渐缩喷嘴13设置在空心转轴3底端，空心转轴3的顶部外壁固定设置有齿轮4，电动机16的传动轴端头固定设置有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮4啮合传动，空心转轴3的底部设置有交错的双层搅拌桨；保温盖7上开设有气体出口6，搅拌器主体8底部设有与搅拌器主体8的内腔连通的排液管14；还包括铁架台15，搅拌器主体8放置在铁架台15的底板上，进气管1水平设置在铁架台15支撑杆的顶端。
实施例2：如图1~8所示，一种顶吹搅拌反应器，包括搅拌器主体8、进气管1、旋转接头2、空心转轴3、从动齿轮4、保温盖7、渐缩喷嘴13、电动机16，
进气管1外接气泵，进气管1通过旋转接头2与空心转轴3的空心腔体连通，搅拌器主体8的顶端设置保温盖7，保温盖7的中心开设有转轴通孔，空心转轴3垂直向下穿过转轴通孔并延伸至搅拌器主体8的底部，渐缩喷嘴13设置在空心转轴3底端，空心转轴3的顶部外壁固定设置有齿轮4，电动机16的传动轴端头固定设置有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮4啮合传动，空心转轴3的底部设置有交错的双层搅拌桨；保温盖7上开设有气体出口6，搅拌器主体8底部设有与搅拌器主体8的内腔连通的排液管14；还包括铁架台15，搅拌器主体8放置在铁架台15的底板上，进气管1水平设置在铁架台15支撑杆的顶端；
铁架台15的支撑杆上部固定设置有水平支撑杆，水平支撑杆的中部开设有轴承孔，轴承孔内固定设置有轴承Ⅰ5，空心转轴3穿过轴承Ⅰ5的内圈并与轴承Ⅰ5的内圈壁贴合；
搅拌器主体8的内壁设置有螺纹9，螺纹深度为25.98~26.00mm，宽度为30~31 mm，间距为69~70 mm；
从动齿轮4为从动锥齿轮，主动齿轮为主动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮的传动比为3~5:1；
旋转接头2包括弯头18、轴承Ⅱ19、C型卡环20、密封套21、连接管22、螺母23，弯头18与轴承Ⅱ19内圈的内壁固定连接，连接管22的顶端通过C型卡环20卡接固定设置在轴承Ⅱ19外圈的外壁，密封套21套设在C型卡环20的外侧，连接管22为T型结构，连接管22的底端设置有外螺纹，空心转轴3的顶端设置有外螺纹，连接管22的底端通过螺母23与空心转轴3的顶端固定连接，连接管22的内部空腔直径与空心转轴3的内径相同；
双层搅拌桨的上层桨叶10与下层桨叶11的夹角为90°，上层桨叶10与下层桨叶11的截面均为矩形，上层桨叶10与空心转轴3的夹角为80°~90°，下层桨叶11与空心转轴3的夹角为80°~90°；
上层桨叶10与下层桨叶11均通过轴套17固定设置在空心转轴3的底部；
搅拌器主体8的厚度为2~3 mm，内径为500~505 mm，高度为1000~1005 mm；空心转轴3的内径为20~21 mm，外径为25~26 mm，上层桨叶10与下层桨叶11的宽度均为20~21 mm，上层桨叶10与下层桨叶11的旋转区域直径均为300~305 mm，排液管14的内径为50~ 55mm；
排液管14上设置有排液阀，保温盖7上设置有把手；
搅拌器主体8为不锈钢材质，搅拌器主体8内壁的螺纹为不锈钢或者耐高温耐腐蚀的复合材料，空心转轴3为耐腐蚀的不锈钢材料；双层搅拌桨的上层桨叶10与下层桨叶11为耐高温耐腐蚀轻质塑料材料；
顶吹搅拌方法，采用顶吹搅拌反应器，具体步骤如下：
（1）气泵将气体通过进气管和空心转轴送至搅拌器主体底部，气体通过空心转轴底部的渐缩喷嘴喷出形成扰动气泡，气泡在浮力作用下自由上升对工质进行扰动；
（2）空心转轴通过旋转接头与进气管连接，电动机通过输出轴上的主动齿轮带动空心转轴的从动齿轮转动，从而带动空心转轴转动和空心转轴底部双层搅拌桨转动，空心转轴底部双层搅拌桨的下层桨叶对气泡进行破碎扰动，上排桨叶对工质进行搅拌混合使得工质剧烈扰动；
（3）剧烈扰动的工质撞击到搅拌器主体内壁的内螺纹再次旋转扰动以混合工质。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种顶吹搅拌反应器，其特征在于：包括搅拌器主体（8）、进气管（1）、旋转接头（2）、空心转轴（3）、从动齿轮（4）、保温盖（7）、渐缩喷嘴（13）、电动机（16），
进气管（1）外接气泵，进气管（1）通过旋转接头（2）与空心转轴（3）的空心腔体连通，搅拌器主体（8）的顶端设置保温盖（7），保温盖（7）的中心开设有转轴通孔，空心转轴（3）垂直向下穿过转轴通孔并延伸至搅拌器主体（8）的底部，渐缩喷嘴（13）设置在空心转轴（3）底端，空心转轴（3）的顶部外壁固定设置有齿轮（4），电动机（16）的传动轴端头固定设置有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮（4）啮合传动，空心转轴（3）的底部设置有交错的双层搅拌桨；保温盖（7）上开设有气体出口（6），搅拌器主体（8）底部设有与搅拌器主体（8）的内腔连通的排液管（14）。
2.根据权利要求1所述顶吹搅拌反应器，其特征在于：还包括铁架台（15），搅拌器主体（8）放置在铁架台（15）的底板上，进气管（1）水平设置在铁架台（15）支撑杆的顶端。
3.根据权利要求2所述顶吹搅拌反应器，其特征在于：铁架台（15）的支撑杆上部固定设置有水平支撑杆，水平支撑杆的中部开设有轴承孔，轴承孔内固定设置有轴承Ⅰ（5），空心转轴（3）穿过轴承Ⅰ（5）的内圈并与轴承Ⅰ（5）的内圈壁贴合。
4.根据权利要求1所述顶吹搅拌反应器，其特征在于：搅拌器主体（8）的内壁设置有螺纹（9），螺纹深度为25.98~26.00mm，宽度为30~31mm，间距为69~71mm。
5.根据权利要求1所述顶吹搅拌反应器，其特征在于：从动齿轮（4）为从动锥齿轮，主动齿轮为主动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮的传动比为3~5:1。
6.根据权利要求1所述顶吹搅拌反应器，其特征在于：旋转接头（2）包括弯头（18）、轴承Ⅱ（19）、C型卡环（20）、密封套（21）、连接管（22）、螺母（23），弯头（18）与轴承Ⅱ（19）内圈的内壁固定连接，连接管（22）的顶端通过C型卡环（20）卡接固定设置在轴承Ⅱ（19）外圈的外壁，密封套（21）套设在C型卡环（20）的外侧，连接管（22）为T型结构，连接管（22）的底端设置有外螺纹，空心转轴（3）的顶端设置有外螺纹，连接管（22）的底端通过螺母（23）与空心转轴（3）的顶端固定连接，连接管（22）的内部空腔直径与空心转轴（3）的内径相同。
7.根据权利要求1所述顶吹搅拌反应器，其特征在于：双层搅拌桨的上层桨叶（10）与下层桨叶（11）的夹角为90°，上层桨叶（10）与下层桨叶（11）的截面均为矩形，上层桨叶（10）与空心转轴（3）的夹角为80°~90°，下层桨叶（11）与空心转轴（3）的夹角为80°~90 °。
8.根据权利要求7所述顶吹搅拌反应器，其特征在于：搅拌器主体（8）的厚度为2~3 mm，内径为500~ 505mm，高度为1000~1005 mm；空心转轴（3）的内径为20~21 mm，外径为25~26mm，上层桨叶（10）与下层桨叶（11）的宽度均为20~21 mm，上层桨叶（10）与下层桨叶（11）的旋转区域直径均为300~305mm，排液管（14）的内径为50~55 mm。
9.根据权利要求1所述顶吹搅拌反应器，其特征在于：排液管（14）上设置有排液阀，保温盖（7）上设置有把手。
10.顶吹搅拌方法，其特征在于，采用顶吹搅拌反应器，具体步骤如下：
（1）气泵将气体通过进气管和空心转轴送至搅拌器主体底部，气体通过空心转轴底部的渐缩喷嘴喷出形成扰动气泡，气泡在浮力作用下自由上升对工质进行扰动；
（2）空心转轴通过旋转接头与进气管连接，电动机通过输出轴上的主动齿轮带动空心转轴的从动齿轮转动，从而带动空心转轴转动和空心转轴底部双层搅拌桨转动，空心转轴底部双层搅拌桨的下层桨叶对气泡进行破碎扰动，上排桨叶对工质进行搅拌混合使得工质剧烈扰动；
（3）剧烈扰动的工质撞击到搅拌器主体内壁的内螺纹再次旋转扰动以混合工质。
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