CN111589320A - 一种全混流高剪切混合器 - Google Patents

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郭俊恒
张鹏
李韡
周鸣亮
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Abstract

本发明公开了一种全混流高剪切混合器，包括电机1和主转动轴4，主转动轴4贯穿固定盘2和连接盘5设置，使固定盘2位于主转动轴4的上端，使连接盘5位于主转动轴4的下部；主转动轴4的下端部连接有转子7，固定盘2通过固定杆3与连接盘5连接；连接盘5与法兰8连接，法兰8通过支撑杆9与定子6连接，所述定子包括上、下端部呈喇叭口状的筒状侧壁11和底壁10，侧壁设置有孔列，所述底壁为1‑3层网板。本发明的全混流高剪切混合器用于混合、溶解和分散操作，具有效果好、效率高、节能、工艺投资费用低和易于操作的优点，可降低生产成本、提高产品质量、满足节能减排和绿色生产的要求。

Description

一种全混流高剪切混合器
技术领域
本发明为一种全混流高剪切混合器，可用于增强混合、分散和溶解速率。
背景技术
高剪切混合器作为一种新型的过程强化设备，其核心部件高剪切混合头由可高速旋转的 转子(100-25000rpm)和固定不动的定子构成。转子较高的末端线速度(10-50m/s)和定转子 之间剪狭窄的剪切间隙(0.1-2mm)决定了其具有较强的剪切速率和较大的局部能量耗散率， 这能有效的促进能量和质量传递，因此被广泛的用于强化混合、溶解、乳化、均质、解聚和 反应过程。
混合、分散与溶解操作广泛的存在于工业生产过程中，其效率和效果往往对工艺的设计 和操作成本、产品的质量和整体的效益具有重要影响。对于在混合釜内进行的典型的外力做 功式混合、分散与溶解操作，其效果和效率取决于多个方面：1)不同物料在混合设备的作用 下具有较强的运动能力，在混合釜内不存在流动的死区；2)流体物料具有较大的湍动程度， 以保证流体内部存在一定的剪切应力和湍动能耗散率；3)固体颗粒存在良好的分散状态，不 存在堆积情况。4)混合设备对固体物料具有一定的破碎能力。全混流高剪切混合器不但具有 转子末端线速度高，对流体的推动力强，局部剪切速率和湍动能耗散率强的优点；而且通过 特殊的定转子构型设计使其工作时能形成可控的较强的多向射流，进而消除混合釜内流体流 动的死区，这使其更适合于强化传统的溶解、分散与混合操作。
在已公开的专利中，已有多种混合器用于混合、溶解与分散操作。专利CN209034175U 公开了一种高剪切乳化机，该乳化机将普通搅拌桨与高剪切同轴组合以改善物料的循环和分 散状态。专利CN202366705U公开了一种具有三叶推进式转子的捷流式分散混合机，该混合 机通过三叶推进式转子和侧面开有圆孔和长方形斜孔的定子配合以增强物料的循环、分散能 力，提高混合效果。专利CN205760694U公开了一种高剪切分散乳化机，该乳化机配有长方 形开孔的定子和多种形式的转子。专利CN202398316U公开了一种具有四刀片的捷流式高效 分散混合机，该混合机与同轴反转叶轮配合增强粉液物料的的分散效果。
上述专利技术用于混合、分散和溶解操作时能起到较好的强化效果，但是上述专利中的 高剪切混合器转子为平直叶片或直立叶片，定子侧壁上开孔孔道不具有倾角；因此，物料经 转子推动从定子底壁开孔或者侧壁开孔以射流形式排出，两股射流方向垂直，这就使得两股 射流之间区域的流体缺乏足够的推动力，流动能力较弱，容易形成滞留区，使得混合与分散 效果不尽理想。另一方面，还有部分专利采用高剪切混合器与搅拌桨同轴组合的形式，这样 虽然能适当的增强物料流动的推动力，提高物料的循环能力；但缺少了流体与定子底壁的剪 切，且同时存在低转速导致的定子外部侧面上下流动死区，不能发挥高剪切对物料的剪切、 破碎、混合能力，只能提高转子转速来强化剪切、破碎、混合，导致了功耗过高。
因此，综上考虑以上两个方面，为了即要提高对物料的流动推动力，增强物料循环能力； 又要保证定转子相互作用的高剪切效果，提高对物料的剪切、破碎能力；还要调整优化流体 流动的流形结构，消除流体流动形成的滞留区或死区，迫切的需要设计一种满足上述要求的 全混流高剪切混合器。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于增强混合、分散和溶解速率的全混 流高剪切混合器。
本发明的技术方案如下：
一种全混流高剪切混合器，包括电机1和主转动轴4，主转动轴4贯穿固定盘2和连接 盘5设置，使固定盘2位于主转动轴4的上端，使连接盘5位于主转动轴4的下部；主转动轴4的下端部连接有转子7，固定盘2通过固定杆3与连接盘5连接；连接盘5与法兰8连 接，法兰8通过支撑杆9与定子6连接，所述定子包括上、下端部呈喇叭口状的筒状侧壁11 和底壁10，侧壁设置有调节喷射流动方向的孔列，所述底壁为1-3层网板。
调节喷射流动方向的孔列为竖直排列的n个和m个孔交替排列，所述n＝3～21中的奇数 个，所述m＝n-1个；具有n个孔的孔列中的居中的孔为水平直孔，水平直孔以上、下的孔 呈镜面对称设置，所述水平直孔以上的孔的中心线与侧壁内表面的夹角为β角，所述β角为 15-85°；具有m个孔的孔列中上、下半部的孔呈镜面对称设置，下半部的孔的中心线与侧壁 内表面的夹角为β角，所述β角为15-85°，所述孔为圆孔、方孔或菱形孔。
转子7优选为折叶桨式，叶片个数为2-4个，叶片的叶面呈圆弧形，叶片与轴向夹角为θ 角，所述θ角为15-75°。
本发明的优点：
本发明的全混流高剪切混合器用于混合、溶解和分散操作，通过调节喷射流动方向的孔 列，可以有效地消除现有高剪切混合器在定子侧壁上下边轴线上的径向流动迟滞区；通过定 子底壁增加网板，与折叶桨配合，增加了流体的混合及对固体的破碎作用，更有利在低转速 下实现更快的混合、分散与溶解；具有效果好、效率高、节能、工艺投资费用低和易于操作 的优点，可降低生产成本、提高产品质量、满足节能减排和绿色生产的要求。
附图说明
图1为全混流高剪切混合器结构示意图。
图2为定子结构示意图。
图3为筒状侧壁剖面示意图，其中(a)为过n个孔的孔列处剖面示意图；(b)为过m个孔的 孔列处剖面示意图。
图4为定子底壁单层网板结构示意图。
图5为转子结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
一种全混流高剪切混合器(见图1)，包括电机1和主转动轴4，主转动轴4贯穿固定盘 2和连接盘5设置，使固定盘2位于主转动轴4的上端，使连接盘5位于主转动轴4的下部；主转动轴4的下端部连接有转子7，固定盘2通过固定杆3与连接盘5连接；连接盘5与法 兰8(见图2)连接，法兰8通过支撑杆9与定子6连接，所述定子包括上、下端部呈喇叭口 状的筒状侧壁11和底壁10(图3和图4)，侧壁设置有调节喷射流动方向的孔列，所述底壁 为3层网板，也可以是1层或2层。
调节喷射流动方向的孔列为竖直排列的n个和m个孔交替排列，所述n＝3个(也可以 是3～21中的奇数个(如5、7、9、11、13、15、17、19、21)，所述m＝2个，(也可以是6、 8、10、12、14、16、8、20个)；具有3个孔的孔列中的居中的孔为水平直孔(见图3中 的(a))，水平直孔以上、下的孔呈镜面对称设置，所述水平直孔以上的孔的中心线与侧壁内 表面的夹角为β角，所述β角为60°(也可以是15°-85°中任意值，如15°、20°、35°、 45°、50°、75°、85°)；具有m个孔的孔列中上、下半部的孔呈镜面对称设置，下半部 的孔的中心线与侧壁内表面的夹角为β角，所述β角为60°(也可以是15°-85°中任意值， 如15°、20°、35°、45°、50°、75°、85°)，所述孔为圆孔，也可以是方孔或菱形孔。
转子7优选为折叶桨式，叶片个数为3个(见图5)(也可以是2个或4个)，叶片的叶面呈圆弧形，叶片与轴向夹角为θ角，所述θ角为30°(也可以是15°-75°的任意数，如15°、20°、45°、60°或75°)。
使用本发明的全混流高剪切混合器，工作时置于混合槽内，定子和转子被槽内物料浸没， 槽内物料在转子和定子的作用下以强劲的射流形式经定子底壁和侧壁排出，在定子底壁网板 和定子的侧壁的约束下形成的强劲的射流能有效的推动混合槽底附近物料的充分分散，特别 是易下沉的固体颗粒或团聚体物料；在定子侧壁孔列的导流下，定子侧面射流在轴向区域覆 盖更宽的范围，充分的消除定子上下方的流动死区；在定子附近形成强湍动、高剪切、高耗 散的区域，这有效的增强了湍流混合效果；同时，物料在定转子间隙和转子与网板间隙受到 多次强烈剪切；促进物料之间的混合，固体颗粒或团聚体的破碎与解聚，加速混合、分散与 溶解。此外，得益于上述优势使得本发明的全混流高剪切混合器相比于以往的径流和普通捷 流式高剪切混合器，在低转速下也能实现良好的混合、分散与溶解性能。

Claims (3)

1.一种全混流高剪切混合器，包括电机(1)和主转动轴(4)，其特征是主转动轴(4)贯穿固定盘(2)和连接盘(5)设置，使固定盘(2)位于主转动轴(4)的上端，使连接盘(5)位于主转动轴(4)的下部；主转动轴(4)的下端部连接有转子(7)，固定盘(2)通过固定杆(3)与连接盘(5)连接；连接盘(5)与法兰(8)连接，法兰(8)通过支撑杆(9)与定子(6)连接，所述定子包括上、下端部呈喇叭口状的筒状侧壁(11)和底壁(10)，所述侧壁设置有调节喷射流动方向的孔列，所述底壁为1-3层网板。
2.根据权利要求1所述的一种全混流高剪切混合器，其特征是所述调节喷射流动方向的孔列为竖直排列的n个和m个孔交替排列，所述n＝3～21中的奇数个，所述m＝n-1个；具有n个孔的孔列中的居中的孔为水平直孔，水平直孔以上、下的孔呈镜面对称设置，所述水平直孔以上的孔的中心线与侧壁内表面的夹角为β角，所述β角为15-85°；具有m个孔的孔列中上、下半部的孔呈镜面对称设置，下半部的孔的中心线与侧壁内表面的夹角为β角，所述β角为15-85°，所述孔为圆孔、方孔或菱形孔。
3.根据权利要求1所述的一种全混流高剪切混合器，其特征在于，所述转子(7)为折叶桨式，叶片个数为2-4个，叶片的叶面呈圆弧形，叶片与轴向夹角为θ角，所述θ角为15-75°。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112426951A (zh) * 2020-11-20 2021-03-02 北洋国家精馏技术工程发展有限公司 一种粘稠物料乳化装置及其乳化方法
CN113107431A (zh) * 2021-04-14 2021-07-13 王达胜 一种低压含硫天然气增压回收分离方法

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