CN114917793B - 自吸式搅拌器及搅拌设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自吸式搅拌器及搅拌设备，其包括与驱动机构联动设置的空心搅拌轴，空心搅拌轴的上侧设有吸气口，其下端与搅拌组件固定连接，搅拌组件包括轮毂，轮毂周向设有主桨叶及副桨叶，所述主桨叶由变径圆弧空心管组成，变径圆弧空心管的横截面积沿周向向外逐渐变小，并在每个叶片中形成圆弧状的喇叭口式空腔体，且所述喇叭口式空腔体与所述空心搅拌轴连通，所述主桨叶的变径圆弧空心管前端封口，且在封口处设置若干出气孔，所述副桨叶为圆弧形的叶片。借助CFD流体模拟分析，与传统的自吸式搅拌桨相比，功率可以降低约31%，混合能力提高了40%。与轴流桨同自吸式搅拌组合式搅拌设备相比，功率可以降低约44%，气含率提高了33%。

Description

自吸式搅拌器及搅拌设备
技术领域
本发明具体涉及一种自吸式搅拌器及搅拌设备。
背景技术
搅拌设备大量应用于化工、医药、食品、冶金和造纸等行业。搅拌设备常常被作为反应器用来完成传热、传质和混合等功能，自吸式搅拌设备常常被用于有气体参与的气-液和气-液-固等非均相化学反应过程。现有自吸式搅拌器的主要缺点在于，采用圆盘式桨叶型式、搅拌功耗大、气体吸入的临界转速较高、自吸效率低；采用单一自吸式桨叶、二次分散过程弱化、气泡尺寸较大、且整体介质混合效果不足；搅拌介质中含有固相颗粒时，固体悬浮效果差，固体颗粒易于沉积在反应釜底部；需要借助辅助搅拌桨才能达到很好的混合效果。循环进气孔开设在空心轴上，削弱了空心轴的刚度和强度，高速运行时有一定的安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自吸式搅拌器及搅拌设备。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种自吸式搅拌器，其包括与驱动机构联动设置的空心搅拌轴，所述空心搅拌轴的上侧设有吸气口，其下端与搅拌组件固定连接，所述搅拌组件包括与空心搅拌轴固定连接的轮毂，所述轮毂周向设有主桨叶及副桨叶，所述主桨叶分上下两层设置在轮毂周向，且每一层相邻的主桨叶之间交错设置，所述主桨叶由变径圆弧空心管组成，变径圆弧空心管的横截面积沿周向向外逐渐变小，并在每个叶片中形成圆弧状的喇叭口式空腔体，且所述喇叭口式空腔体与所述空心搅拌轴连通，所述主桨叶的变径圆弧空心管前端封口，且在封口处设置若干出气孔，所述副桨叶为圆弧形的叶片，且所述副桨叶沿所述主桨叶上表面延伸设置。
所述主桨叶及副桨叶的根部与所述轮毂之间具有一定的角度，所述角度的范围为30°-50°。
所述空心搅拌轴与轮毂焊接固定。
所述封口处设置10-15 个呈发散性分布的出气孔，出气孔的直径0.5-1mm。
所述主桨叶的叶片头部的变径圆弧空心管的出口端面与搅拌切线方向呈45°，出口朝向背液面。
所述轮毂与空心搅拌轴之间通过导气孔连通。
一种采用上述自吸式搅拌器的搅拌设备，其包括罐体，所述罐体内设有上述自吸式搅拌器，所述罐体上端设有机架，所述机架上设有驱动机构，所述驱动机构与自吸式搅拌器的空心搅拌轴联动设置。
本发明的有益效果：利用封口处设置的若干出气孔，使得气泡尺寸更小，从而提高了气液相间的接触面积，增大了气液传质系数，加快了反应速度，减小了气体不经分散而逸出的几率。上层的副桨叶可以二次分散下层搅拌器分散的气体，使得气泡尺寸进一步减小，增大气液相间的接触面积，提高气液传质系数，加快反应速度。同理，下层的副桨叶也可以二次分散上层搅拌器分散的气体，借助CFD流体模拟分析，与传统的自吸式搅拌桨相比，功率可以降低约31%，混合能力提高了40%。与轴流桨同自吸式搅拌组合式搅拌设备相比，功率可以降低约44%，气含率提高了33%。
附图说明
图1为搅拌设备的结构示意图。
图2为自吸式搅拌器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图所示，一种自吸式搅拌器，其包括与驱动机构联动设置的空心搅拌轴7，所述空心搅拌轴的上侧设有吸气口，其下端与搅拌组件固定连接，所述搅拌组件8包括与空心搅拌轴固定连接的轮毂8-1，轮毂具有一插入口，其底部封闭设置，空心搅拌轴由该插入口插入轮毂，并且焊接固定，一方面增加了搅拌器与空心轴连接的强度，不会发生搅拌器掉落的问题；另一方面整个叶轮与轴之间没有间隙，从而不会有压力损失，可以提高自吸的效率。空心搅拌轴与轮毂连接处不用开孔，将空心搅拌轴最底部作为通气孔不用封死，不会因为开孔而降低空心搅拌轴的强度。
所述轮毂周向设有主桨叶及副桨叶，所述主桨叶8-2上下分层设置，且每一个主桨叶8-2的上侧设有副桨叶8-3，且上下两层的主桨叶交错设置在所述轮毂的周向，即两层的主桨叶交错设置，所述主桨叶8-2与副桨叶8-3与轮毂成一定角度，角度范围30°-50°，以45°效果最佳。主桨叶和副桨叶的根部与轮毂成一定角度，提高了搅拌的混合能力，副桨叶为圆弧桨，一方面可以降低功率消耗，另一方面可以形成强烈的轴向流，提高搅拌的混合效果，有利于固体悬浮。可以广泛的应用到气-固-液三相混合反应的场合。同时可以通过一个搅拌器实现轴向混合、吸气和气体分散等功能，不需要借助辅助搅拌器实现轴流混合。
通过两种方法提高自吸效率，一是主桨叶由变径圆弧空心管组成，轮毂端的管子直径大，叶片头部的管子直径小，在每个叶片中形成圆弧状的喇叭口式空腔体，从而减小气体流动阻力，可以在高速旋转下产生大的离心力，可以有效的形成自吸真空，因此大大提高了搅拌器的自吸效率；二是空心搅拌轴与轮毂是焊接的，整个叶轮与轴之间没有间隙，从而不会有压力损失，可以提高自吸的效率。
每层主桨叶8-2与副桨叶8-3的数量为3-6片，以3片效果最佳。上层的副桨叶可以二次分散下层搅拌器分散的气体，使得气泡尺寸进一步减小，增大气液相间的接触面积，提高气液传质系数，加快反应速度。同理，下层的副桨叶也可以二次分散上层搅拌器分散的气体。
同时主桨叶与副桨叶设置在同一个轮毂上，可以形成强烈的轴向流，提高搅拌的混合效果，有利于固体悬浮，解决了自吸式搅拌叶轮不能实现固体悬浮的问题，可以广泛的应用到气-固-液三相混合反应的场合。
所述主桨叶由变径圆弧空心管组成，变径圆弧空心管的横截面积沿周向向外逐渐变小，并在每个叶片中形成圆弧状的喇叭口式空腔体，且所述喇叭口式空腔体与所述空心搅拌轴连通，所述主桨叶的变径圆弧空心管前端封口，且在封口处设置若干出气孔。
为了提高气液传质系数，主桨叶叶片头部的管子用椭圆板封死，椭圆板中间开有10-15 个呈发散性分布的出气孔，出气孔的直径0.5-1mm。此种结构使得气泡尺寸更小，从而提高了气液相间的接触面积，增大了气液传质系数，加快了反应速度。
所述轮毂与空心轴之间通过导气孔连通。从而利用所述叶片高速旋转时有效形成的真空将使气体通过所述空心轴的吸气孔及所述导气孔进入叶片中间的腔体，进而散发到搅拌的液体中。
所述主桨叶的叶片头部的变径圆弧空心管的出口端面与搅拌切线方向呈45°，出口朝向背液面。
一种采用上述自吸式搅拌器的搅拌设备，其包括罐体，所述罐体内设有上述自吸式搅拌器，所述罐体上端设有机架4，所述机架4上设有驱动机构，所述驱动机构与自吸式搅拌器的空心搅拌轴联动设置。
罐体上端设有凸缘底盖6，机架4固定设置在凸缘底盖6上，所述驱动机构包括电机1、减速机2、联轴器3，空心搅拌轴与罐体之间设有轴封5。
实施例1
有效容积为2m3的气液两相化学物质化学反应的搅拌反应装置，采用常规设计时，搅拌器采用单层自吸式圆盘桨，用于气体吸收及分散。当搅拌转速为200rpm，搅拌器直径为450mm时，搅拌所消耗的轴功率为1.5kW。由于仅有径向流，反应釜内的流体宏观混合效果差，有效容积内流体的翻转次数为2.73次/min。采用本发明的搅拌器直径为450mm时，搅拌所消耗的轴功率为1.03kW,由于此种搅拌器的副桨叶有轴流混合效果，有效容积内流体的翻转次数为3.82次/min。从以上数据可以对比得到，本发明的搅拌器在功率消耗降低31%的基础上，混合能力提高了40%。
实施例2
有效容积为2m3的气液固三相化学物质化学反应的搅拌反应装置，采用常规设计时，底层采用推进式搅拌器，用于固体悬浮和物料的宏观混合，上层搅拌器采用自吸式圆盘桨，用于气体吸收及分散。当搅拌转速为200rpm，上下层搅拌器直径均为450mm时，搅拌所消耗的轴功率为1.84kW,气含率为0.605%。采用本发明的搅拌器只需要采用一层直径为450mm的搅拌器就可以既达到固体悬浮和物料的宏观混合，又可以吸收和分散气体的目的。搅拌所消耗的轴功率为1.03kW,气含率为0.807%。从以上数据可以对比得到，本发明的搅拌器在功率消耗降低44%的基础上，气含率提高了33%。
实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自吸式搅拌器，其特征在于：其包括与驱动机构联动设置的空心搅拌轴（7），所述空心搅拌轴（7）的上侧设有吸气口，其下端与搅拌组件（8）固定连接，所述搅拌组件（8）包括与空心搅拌轴（7）固定连接的轮毂（8-1），所述轮毂周向设有主桨叶（8-2）及副桨叶（8-3），所述主桨叶分上下两层设置在轮毂周向，且每一层相邻的主桨叶之间交错设置，所述主桨叶（8-2）由变径圆弧空心管组成，变径圆弧空心管的横截面积沿周向向外逐渐变小，并在每个叶片中形成圆弧状的喇叭口式空腔体，且所述喇叭口式空腔体与所述空心搅拌轴连通，所述主桨叶（8-2）的变径圆弧空心管前端封口，且在封口处设置若干出气孔，所述副桨叶（8-3）为圆弧形的叶片，且所述副桨叶沿所述主桨叶上表面延伸设置。
2.根据权利要求1所述的自吸式搅拌器，其特征在于：所述主桨叶（8-2）及副桨叶（8-3）的根部与所述轮毂之间具有一定的角度，所述角度的范围为30°-50°。
3.根据权利要求1所述的自吸式搅拌器，其特征在于：所述空心搅拌轴（7）与轮毂（8-1）焊接固定。
4.根据权利要求1所述的自吸式搅拌器，其特征在于：所述封口处设置10-15 个呈发散性分布的出气孔，出气孔的直径0.5-1mm。
5.根据权利要求1所述的自吸式搅拌器，其特征在于：所述主桨叶（8-2）的叶片头部的变径圆弧空心管的出口端面与搅拌切线方向呈45°，出口朝向背液面。
6.根据权利要求1所述的自吸式搅拌器，其特征在于：所述轮毂（8-1）与空心搅拌轴（7）之间通过导气孔连通。
7.一种采用上述权利要求1至6任意一项所述的自吸式搅拌器的搅拌设备，其特征在于：其包括罐体，所述罐体内设有上述自吸式搅拌器，所述罐体上端设有机架（4），所述机架（4）上设有驱动机构，所述驱动机构与自吸式搅拌器的空心搅拌轴联动设置。
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