CN1741843A - 用于稀浆反应器和罐的辅助搅拌器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于搅拌的稀浆反应器和存放在罐内的辅助搅拌器叶轮和搅拌系统。当叶轮被安装在轴上时，对辅助搅拌器叶轮对于在稀浆介质中提供一向内和向下的蜗流是有效的，该蜗流将悬浮在稀浆中的固体物质引向罐底部和引向其上安装该叶轮的轴。将悬浮在稀浆中的固体物质引向下和朝向罐的中央，而不是将那些固体物质推离中央使固体物质沉淀在罐侧面上，这便于罐排放，并减少喷嘴喷射不足和泵送不足的现象。

Description

用于稀浆反应器和罐的辅助搅拌器
交叉参考的陈述
本申请要求于2003年1月24日提交的美国专利申请10/350,786的权益。
本发明涉及一种用在稀浆反应器和存放罐内的辅助搅拌器(tickler)叶轮和搅拌系统。更具体地说，辅助搅拌器叶轮包括许多叶片，这些叶片是以一方式弯曲的、向上形成角度的和倾斜的，该方式在罐内的稀浆介质中提供向内和向下涡流，在稀浆排放期间该涡流使悬浮在稀浆中的固体物质引向罐的底部和中央。
                         技术背景
在搅拌的稀浆反应器和存放罐中的搅拌系统通常包括作为搅拌系统的一部分的辅助搅拌器叶轮。辅助搅拌器叶轮安装在搅拌器轴上和很靠近罐的底部。该辅助搅拌器的目的是保持固体物质的悬浮和消除固体物质在罐底部的的沉淀。辅助搅拌器通常为倾斜叶片涡轮(PBTs)或平叶片涡轮，分别如图1和2所示。
与在液体介质中搅拌固体物质的主叶轮有关，该辅助搅拌器是以分开关系位于主叶轮之下的较小的搅拌器。当罐排放时，尤其在稀浆液面退落到主叶轮之下后，用于固体悬浮的辅助搅拌器的效率对于避免固体物质沉淀、泵送不足和由于泵抽吸管道阻塞而产生的流动中断是很关键的。通常在罐底部附近的PBT和FBT辅助搅拌器功能是径向叶轮的作用，它趋于朝罐抛出稀浆，即离开中央喷嘴或排放管。因此，固体物质会粘附于壁和需要在对它们压力喷射以从壁去除它们付出额外劳动。泵送不足和较长的排放时间也能够是由于在从罐排放稀浆的终了附近排放喷嘴排放不足所产生的。
                            发明概要
本发明涉及一种用在搅拌的稀浆反应器和存放罐中的辅助搅拌器叶轮和搅拌系统。本发明还包括一种用于从含有本发明的辅助搅拌器叶轮的罐进行排放的方法。当安装在垂直轴上时辅助搅拌器叶轮是用于在稀浆介质内提供向内和向下涡流，将悬浮在稀浆中的固体物质引向罐的底部和朝向其上装有该叶轮的轴。将悬浮在稀浆中的固体物质朝下和朝向罐的中央引导，而不是将那些固体物推离中心，减少固体物质沉淀在罐的底部和侧部，便于罐的排放，以及减少喷嘴阻塞和泵送不足。
本发明的辅助搅拌器叶轮的叶片离开水平面的角度、叶片曲率和叶片表面的角度或叶片倾斜对于将浮在稀浆中的固体物质朝下和朝罐的中央引导是有效的，这改进了叶轮排放效率。叶片倾斜还有利于减小叶轮阻力和功率数。本发明的辅助搅拌器叶轮通过(1)减少在罐底部的作为残留物的材料数量和(2)提供较短的排放时间改进了叶轮排放效率。本发明的辅助搅拌器叶轮与在相同浮物中以相同的特定的功率值转动的、相同尺寸的向下泵送的PBT比较，对于缩短排放时间和减少残留物质是有效的。本发明的辅助搅拌器叶轮的几何尺寸和形状是这样：如果在尺寸和使用环境方面对辅助搅拌器叶轮标准化，这样，它具有11英寸直径，和用在具有离开垂直中心线为75°角度的锥形底部的30英寸直径的一罐内，与在相同系统中的向下泵送的11英寸(0.28米)直径PBT辅助搅拌器叶轮比较，该辅助搅拌器叶轮对于减少在罐内的浮残留物的数量是有效的，可减少至少10％，一般在15至90％；以及，与在相同系统中的向下泵送的11英寸(0.28米)直径的PBT辅助搅拌器叶轮比较，对于缩短排放时间也是有效的，可缩短10％，通常在30至45％。
该辅助搅拌器叶轮的叶片安装在轮毂上，用于在一根轴上转动，该轴基本上垂直于水平面，用于混和罐的内含物。本发明的辅助搅拌器叶轮包括至少两个和多至十二个弯曲叶片，叶片在它们的与轮毂相对的端部或末端是弄圆的。较佳地，该辅助搅拌器叶轮有三至四个叶片。弄圆的叶片末端有利于减小末端剪切作用。另一方面，可以弄圆叶片的边缘。从轮毂和轴延伸至被弄圆的端部或末端的叶片的被弄圆的上边缘，在减少辅助搅拌器叶轮对在整个罐内分布固体物质的主叶轮的流动图形的干扰方面是有效的。随着稀浆液面高度退到叶片末端之下，从轮毂和轴到被弄圆的端部或末端延伸的、与上边缘相对的叶片的被弄圆的下边缘对于减少叶轮使稀浆沿径向流动的特性是有效的。随着罐内的悬浮体的液面高度的下降，促使稀浆液体更向内和向下流动。并且，对于某些混合/反应的应用场合，具有被弄圆的边缘的叶片会被光滑地包复一层(glasscoated)。
一方面，辅助搅拌器叶轮的诸弯曲叶片安装在垂直轴上，较佳地相互等距离分开。这对叶片提供了平衡并使给予的液压力均匀。叶片在罐底部上延伸和离开水平面为一角度，该角度等于或大于罐底部的角度。通常，叶片是向上倾斜的，以配合底部的形状和角度(在存放罐中通常是圆锥形)，从而与各叶片的下方边缘相切的一直线平行于罐底部。叶片从水平面向上以0°至小于一直角90°、较佳地离开水平面从5°至75°的一角度延伸，在15°锥形底部的罐中较佳地向上倾斜15°。因为叶片的倾斜对于允许将叶片放置成尽可能靠近罐底部是有效的，所以在具有圆锥形底部的罐中倾斜的叶片尤其重要。在这方面，叶片离开罐底部可以是从1/2至4英寸(1.3×10-2至0.1米)(根据微粒和罐的尺寸)。
本发明的辅助搅拌器叶轮的叶片是弯曲的，以在被搅拌的液体中产生一沿叶片的转动方向为敞开的杯状表面。沿这一方向的转动意味着辅助搅拌器叶轮被转动成叶片的凹入侧引导在前和凸起侧尾随在后。各弯曲叶片的弯曲表面的半径为0.1-10倍的辅助搅拌器叶轮的直径。还应该认识到：较佳的是叶片呈光滑地弯曲，但是叶片的曲线能够以诸增量或诸小面的方式得到。在操作中，辅助搅拌器叶轮的转动叶片引导浮在稀浆中的固体物质向下并朝向罐的中央流动。
辅助搅拌器叶轮的叶片的弯曲表面具有离开垂直线75°以上或更小的平均斜度或角度，在重要的情况下30°至60°的平均斜度，以及在很重要的情况下45°的平均斜度。在叶片长度上的斜度可以从10°变化至90°，较佳地为45°。在另一方面，叶片高度对叶轮直径的比值是0.05至0.75，在重要的情况下是0.2。
                    附图简要说明
图1示出了现有技术的倾斜叶片蜗轮。
图2示出了现有技术的平叶片蜗轮。
图3示出了本发明的辅助搅拌叶轮的一方面。
图4示出了包含了两个PBTs和一个辅助搅拌叶轮的罐的示意图。
图5a-b示出了本发明的辅助搅拌器叶轮的一叶片的侧视图和叶片的倾斜。
图5b示出了图5a的叶片的立体图。
图6a和6b示出了本发明的辅助搅拌器叶轮的轮毂的一方面。
                           详细描述
如本文所使用的，“弯曲叶片”和“叶片弯曲”意味着当从顶部观察时叶片具有大体的月牙形，月牙形的凹入侧面向叶片要沿着其转动的方向，当转动叶片时叶片的凸起侧尾部跟随着叶片的凹入侧。叶片的弯曲表面的半径在图3中标注为2。
如在本文所使用的，“叶片离开水平面的角度”意味着叶片底边的切线离开水平面的角度，以致旋转的叶片不与罐的底部干扰或接触，罐的底部可以是从水平倾斜的或弯曲的以形成圆锥状或弯曲的底部。这角度在图4中示为标号102。
如在本文所使用的，“叶片的斜度”意味着叶片的表面离开垂直轴线的角度，如在图5b中示为4。
在图3中示出了本发明的辅助搅拌器叶轮10。辅助搅拌器叶轮10可以包括安装在轮毂30上的三个弯曲的叶片20。在所示的实施例中，轮毂30包括一轴套圈32、固定螺钉34和轴孔35，该轴孔允许辅助搅拌器叶轮10安装和连接于轴(例如图4中所示的轴120)。
如图6a-b所示，轮毂30包括一轴孔35，该轴孔允许辅助搅拌器叶轮10定位在例如图4中所示的轴120的一根轴上。轴孔35可以装配一可拆卸的轴套圈32(如图3所示)。
如图6a-b所示，轮毂30包括围绕轮毂30等距离分开的和有效地接纳诸弯曲叶片20的多个叶片接纳凹入部分140。用定位在如图6a所示的紧固螺孔150内的至少一紧固螺钉34将轮毂30固定于轴。但是，如熟悉该领域的普通技术人员会理解的那样，叶片可以安装在轮毂上，可以通过紧固螺钉、键、剪切销钉将轮毂安装在轴上或可以在轮毂上成为一体，例如焊接的、模制的或铸造的构件。
辅助搅拌器叶轮10的弯曲叶片20朝着弯曲方向转动，以致弯曲叶片20的凹入侧70在前方引导和凸起侧80尾随在后，如图3中的箭头22所示。弯曲的叶片20可以包括被弄圆的端部或末端40和被弄圆的上边缘50和下边缘60。
图4示出了在反应罐100内的辅助搅拌器叶轮10。在本发明的这方面中，辅助搅拌器叶轮10位于主叶轮110之下和安装在与一第二叶轮110相同的轴120上。如图4所示，反应罐100具有一圆锥形底部130，辅助搅拌器叶轮10的诸弯曲叶片20平行于锥形底部130。该叶轮上部大体位于切线140上，该切线是在罐的垂直侧连接于锥形底部130的倾斜的基底146的位置处于垂直于垂直侧142的一直线。辅助搅拌器叶轮大体位于该切线之下。
该叶轮可以由与罐的内装物相容的任何材料制成，例如不起反应的塑料或不锈钢。
                           实例
例1：稀浆混和
在30英寸(0.76米)外径的Plexiglass混和罐内在两个15英寸(0.38米)外径的4叶片PBTs之下安装了三个不同类型的辅助搅拌器叶轮。该三个辅助搅拌器叶轮如下：
1.带有四个人字形叶片的上泵送(up-pumping)11英寸(0.28米)外径的PBT(45°斜度、带有水平面之上的15°角度)。
2.带有四个人字形叶片的下泵送(down-pumping)11英寸(0.28米)外径的PBT(45°斜度、带有水平面之上的15°角度)。
3.带有月牙形叶片的下泵送11英寸(0.28米)外径的辅助搅拌器叶轮(大体45°斜度、带有在水平线之上的15°角度)。该辅助搅拌器叶轮代表了本发明的辅助搅拌器叶轮的一方面。
在用这些辅助搅拌器的每一个所进行的试验中，用水中有40％重量的SaranTM聚偏二氯乙烯树脂的稀浆注入该罐，浆面到达该切线之上约16英寸(0.41米)处。叶轮的转速被设定成使在与各辅助搅拌器类型相结合的15英寸(0.38米)的PBTs要求相同数量的电动机转矩(26.1英寸-磅)(2.9牛顿米)。当所有稀浆微粒完全悬浮了至少20分钟(1200秒)后使罐排放。排放的过程被记录在数字摄像机上，同时测量整个排放时间和留在罐底部内树脂剩余物的磅数。试验结果如下。
Saran TM 聚偏二氯乙烯树脂A(可从Dow化学公司得到)
Sauter平均微粒直径是350微米(350×10-6米)和悬浮密度是1.4克/厘米3
  辅助搅拌器号   排放时间(分钟)   秒   罐残留物(克)
  1   8.5   510   91
  2   7.75   465   727
  3   5.0   300   45
Saran TM 聚偏二氯乙烯树脂B(可从Dow化学公有限司得到)
Sauter平均微粒直径是350微米(350×10-6米)和悬浮密度是1.4克/厘米3
，但与树脂A不同的是微粒表面是被包复的，以引起团聚。
  辅助搅拌器号   排放时间(分钟)   秒   罐残留物(克)
  1   8.72   525   527
  2   8.5   510   636
  3   6.5   390   436
在考虑了本发明的以上详细叙述后，对于熟悉该领域的普通技术人员来说，在本发明的实践中期待着产生许多修改和变化。当然，这些修改和变化都应被包含在以下权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种辅助搅拌器叶轮，它包括安装在一垂直轴上的至少两个弯曲叶片，用于在一罐内转动，这些弯曲叶片以从水平面倾斜0°至小于90°的一角度延伸，当放置在罐中时各叶片具有面向下朝向罐底部的一表面，以及，各叶片具有一在辅助搅拌器叶轮朝着要转动的方向的弯曲，当辅助搅拌器叶轮沿着叶片的弯曲方向转动时，离开水平面的角度、该朝向罐底部的表面的向下角度和叶片的弯曲对于产生朝向罐底部的向内涡流是有效的。
2.如权利要求1所述的辅助搅拌器叶轮，其特征在于：该辅助搅拌器叶轮具有两个至十二个叶片，与具有相同叶片数量、相同尺寸的叶片和相同斜度的叶片的向下泵送的倾斜叶片涡轮比较，该辅助搅拌器叶轮的离开水平面的角度、该朝向罐底部的表面的朝下角度和叶片的弯曲对于缩短罐的排放时间是有效的。
3.如权利要求1所述的辅助搅拌器叶轮，其特征在于：它包括安装在垂直轴上的至少三个弯曲叶片，用于在具有底部的罐内转动，诸弯曲叶片具有诸最下方的边缘和与最下方边缘相切的、以一角度延伸的一直线，当放置在罐中时该直线是至少平行于罐的底部，各叶片具有以至少一角度朝向罐底部的面向下的表面，以及，各叶片具有朝着辅助搅拌器叶轮沿其要转动的方向的弯曲，当辅助搅拌器叶轮沿叶片的弯曲方向转动时，离开水平面角度、该朝向罐底部的表面的角度和叶片的弯曲对于产生朝向底部的向内涡流是有效的，与具有相同叶片数量、相同尺寸的叶片和相同斜度的叶片的向下泵送的倾斜叶片比较，缩短了罐的排放时间。
4.如权利要求1所述的辅助搅拌器叶轮，其特征在于：弯曲叶片具有与轮毂相对的被弄圆的末端，叶片以离开水平面0°至75°的一角度延伸，叶片具有30°至60°的平均斜度和以辅助搅拌器叶轮沿其要转动的方向的弯曲，当辅助搅拌器叶轮沿着叶轮的弯曲方向转动时，角度、倾斜和弯曲对于产生朝罐底部的向内涡流是有效的。
5.一混合的叶轮系统包括：
至少一叶轮；
至少一辅助搅拌器叶轮；以及
一垂直设置的轴，该至少一叶轮和至少一辅助搅拌器叶轮安装在该轴上，辅助搅拌器叶轮安装在该至少一叶轮之下，辅助搅拌器叶轮包括安装在一根轴上的至少两弯曲叶片，用于在具有一底部的一罐内转动，弯曲叶片具有最下方边缘和与该最下方边缘相切的一直线，当叶片被放置在罐内时该直线是以至少与罐底部平行的一角度延伸，当放在罐内时各叶片具有以至少一角度面向下朝向罐底部的一表面，以及，各叶片具有朝着辅助搅拌器的沿其要转动的方向的弯曲，离开水平面的角度、该朝向罐底部的表面的角度和叶片的弯曲对于当辅助搅拌器叶轮沿叶片的弯曲方向转动时产生向内的、朝向罐底部的涡流是有效的，与具有相同数量的叶片、相同尺寸的叶片和相同斜度的叶片的向下泵送的倾斜叶片蜗轮比较，缩短了罐的排放时间。
6.一种用于罐排放的方法包括：
在罐内转动一辅助搅拌器叶轮，该辅助搅拌器叶轮包括安装在一根轴上用于在罐内转动的至少两个弯曲叶片，弯曲叶片从水平面以0°至小于90°的一角度延伸，各叶片具有面向下朝向罐底部的一表面，各叶片具有朝着辅助搅拌器叶轮沿其要转动的方向中的弯曲，当辅助搅拌器叶轮沿叶片弯曲方向转动时，离开水平面的角度、该朝向罐底部的表面的向下角度和叶片的弯曲对于产生向内朝向罐底部的涡流是有效的。
7.如权利要求1、2、3或4的辅助搅拌器叶轮，权利要求5的混和的叶轮系统，或权利要求6的罐排放方法，其特征在于：弯曲叶片具有45°的平均斜度。
8.如权利要求1、2、3或4所述的辅助搅拌器叶轮，权利要求5的混和的叶轮系统，或权利要求6的罐排放方法，其特征在于：辅助搅拌器叶轮具有两至十二个弯曲叶片和诸弯曲叶片相互等距离分开。
9.如权利要求1、2、3或4所述的辅助搅拌器叶轮，权利要求5的混和的叶轮系统，或权利要求6的罐排放方法，其特征在于：弯曲叶片具有最下方边缘和与这最下方边缘相切的一直线，该直线以至少平行于罐底部的一角度延伸。
10.如权利要求1、2、3或4所述的辅助搅拌器叶轮，权利要求5的混和的叶轮系统，或权利要求6的罐排放方法，其特征在于：叶片以离开水平面向上15°的角度延伸，其中叶片具有被弄圆的边缘，以及，其中叶片高度对叶轮直径的比值为0.05至0.75。
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