CN203842535U - 一种自吸式混合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种自吸式混合器及其应用，包括腔体、混合器盖和物料输送管，所述物料输送管具有物料导入段、中间段和至少一个物料导出段，物料导出段位于混合器的混合区内并通过中间段与物料导入段连通，其中，每个物料导出段内各自设置有旋转轴以及至少一个物料传送元件和至少一个导流元件，物料传送元件和导流元件设置在旋转轴上并由旋转轴驱动旋转，导流元件用于引导填充在物料导出段内的物料进入混合区中，物料传送元件设置在导流元件的上游。该自吸式混合器能够将物料贮存装置内的物料抽吸进入物料输送管并及时送入混合器的混合区中，实现清洁、平稳和定量进料。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种自吸式混合器。
背景技术
在粉煤灰提铝生产工艺中，粉煤灰首先需要与氢氧化钠溶液进行预脱硅反应。目前常规的预脱硅反应器为连续操作的搅拌釜式反应器，粉煤灰进料采用直接投料法、预混合法和压缩空气进料法。
直接投料法是利用人工或定量给料机，直接将粉煤灰原料由反应釜上方敞口区域投入到反应釜内进行反应。直接投料法存在粉尘飞扬、工作环境恶劣、对人体健康危害大等缺点；且投入灰料在坠入液相后，易结块、分散不均；此外，在天气干燥地区，投送粉料易与反应釜上方机械部件摩擦产生静电，导致爆炸隐患。
为避免上述问题，可在预脱硅反应器前设置一预混合器，将粉煤灰与氢氧化钠溶液迅速混合后，再通过排料管送入预脱硅反应器内进行反应。但采用预混合搅拌釜仍存在如何将粉煤灰送入预混合搅拌釜的问题；此外，物料在预混合搅拌釜内已开始反应，导致预脱硅反应时间控制不准确等问题；最后从投资角度来看，由于需增设预混合搅拌釜，将带来设备投资增加和运行费用增多的问题。
压缩空气进料法采用压缩空气，通过进料管将粉煤灰输送到反应器内，由于进料系统密闭，能很好避免粉尘飞扬等问题，但由于操作中进料管内易存在粉体节涌流，导致管路内压降不均，系统压力波动频繁，使得粉体进料不均，最终导致反应器操作不稳定，反应转化率降低。
在矿山浮选行业中，常采用气体自吸式浮选机进行选矿。这些浮选机一般采用主搅拌桨作为自吸桨，并在主搅拌桨外安装一空心套管作为吸气管。例如，董干国等（BF-T型浮选机在铁精矿提铁降杂工艺中的应用，矿冶，14（4）：20-22）公开了一种BF-T型浮选机，该浮选机（如图1所示）的工作原理为：当电机1驱动主轴2带动叶轮3旋转时，叶轮腔内的矿浆受离心力的作用向四周甩出，叶轮腔内产生负压，空气通过吸气管4吸入上叶轮腔；与此同时，叶轮下部的矿浆通过叶轮下锥盘中心孔吸入下叶轮腔内与空气混合，然后通过盖板5与叶轮之间的通道向四周甩出，其中一部分气液固混合物在离开盖板通道后，向浮选槽上部运动参与浮选过程。
但是，在矿山浮选行业中广泛使用的浮选机由于主搅拌桨直径大，浸没深度高、搅拌轴长、主搅拌桨与空心套管末端的混合齿间距小，导致主搅拌桨只能低速运转，以避免长轴晃动、搅拌桨与混合齿碰击和扭矩过大等情况发生。但是，搅拌转速低又必然导致产生的负压小，吸力有限，操作液位不能过高。因此，在矿山浮选行业中使用的浮选机不适用于粉煤灰的预脱硅反应。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有的粉煤灰预脱硅方法存在的粉煤灰难以清洁、定量且稳定地进料的技术问题，提供一种自吸式混合器，该自吸式混合器无需额外的混合装置即可清洁、顺畅地将粉煤灰与碱液定量混合并进行反应。
本实用新型提供了一种自吸式混合器，该自吸式混合器包括腔体、混合器盖和至少一个物料输送管，所述物料输送管用于将物料由物料贮存装置送入所述腔体的混合区中，所述物料输送管具有物料导入段、中间段和至少一个物料导出段，所述物料导入段用于连接物料贮存装置，所述中间段固定于所述混合器盖或腔体的内壁，所述物料导出段位于所述混合区内并通过所述中间段与所述物料导入段连通，其中，每个物料导出段内各自设置有旋转轴以及至少一个物料传送元件和至少一个导流元件，所述物料传送元件和所述导流元件设置在所述旋转轴上并由所述旋转轴驱动旋转，所述导流元件用于引导填充在所述物料导出段内的物料进入所述混合区中，以物料在物料导出段内的流动方向为基准，所述物料传送元件设置在所述导流元件的上游。
本实用新型提供的自吸式混合器，使物料导入段的入口与物料贮存装置中的物料接触，在将液体物料置于该反应器的混合区内时，液体物料浸没物料导出段并进入物料输送管中与混合区内的液位高度平齐，此时开启导流元件，在导流元件的作用下，物料导出段中的液体物料向外流动，从而在物料导出段中形成负压，在该负压的作用下，物料贮存装置中的物料被抽吸进入导入段，进而通过中间段进入导出段，进入导出段的物料在物料传送元件和导流元件的作用下进入混合区中。
本实用新型的自吸式混合器具有如下优点。
（1）物料贮存装置、混合器的进料管以及混合器可以形成一个封闭结构，能够有效地避免物料外泄，实现清洁进料。
（2）与在矿山浮选行业中使用的浮选机相比，本实用新型的自吸式混合器通过设置在物料导出段中的导流元件在物料导出段中形成驱动物流流动的负压，该导流元件旋转半径小，即使在高速下也能平稳运转，一方面能够稳定地产生更高的负压，获得足以将粉状固体物料送入混合器中的抽吸力，实现平稳进料；另一方面通过调节导流元件的运行状态能够获得预期的进料速率，实现定量进料。
（3）本实用新型的自吸式混合器在物料导出段内设置导流元件的同时，还设置物料传送元件，在进料为粉状固体物料时，能够将粉状固体物料及时送出物料输送管，避免物料堵塞物料输送管。
（4）本实用新型的自吸式混合器的结构灵活，可以根据具体进料量以及进料的种类，设置多个物料输送管或在一个物料输送管上设置多个物料导出段。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。
图1是在矿山浮选行业中使用的BF-T型浮选机的结构示意图。
图2是本实用新型的自吸式混合器的一种实施方式的结构示意图。
图3是图2所示的本实用新型的自吸式混合器的俯视图。
图4a用于说明本实用新型的自吸式混合器中，设置在物料输送管的物料导出段的侧壁上的开口。
图4b用于说明本实用新型的自吸式混合器中，设置在所述中间段位于混合区内的侧壁上的开口。
图5为本实用新型的自吸式混合器中的物料输送管的物料导出段的一种实施方式的剖面示意图。
图6为本实用新型的自吸式混合器中的物料输送管的物料导出段的另一种实施方式的剖面示意图。
图7用于说明的本实用新型的自吸式混合器中的物料导出段的一种设置方式，在该图中，物料导出段为多个，且多个物料导出段分成至少两组，以物料在中间段内的运动方向为基准，各组沿中间段由下至上间隔设置。
图8用于说明本实用新型的自吸式混合器中的物料导出段的另一种设置方式，在该图中，物料导出段为多个，多个物料导出段分成一组，设置在中间段的底部，且各物料导出段以中间段为对称中心为对称设置。
图9是本实用新型的自吸式混合器的一种优选实施方式的结构示意图，在该优选实施方式中，物料导出段的轴线与中间段的轴线之间的夹角为大于90°且小于180°。
图10用于说明本实用新型的自吸式混合器中的物料导出段以中间段为对称中心为对称设置时的一种实施方式。
图11用于说明本实用新型的自吸式混合器中的物料导出段以中间段为对称中心为对称设置时的另一种实施方式。
图12用于说明本实用新型的自吸式混合器中的物料导出段以中间段为对称中心为对称设置时的又一种实施方式。
图13用于说明本实用新型的自吸式混合器中的物料输送管在腔体中的一种布置方式，在该图中，自吸式混合器设置有一根物料输送管。
图14用于说明本实用新型的自吸式混合器中的物料输送管在腔体中的另一种布置方式，在该图中，自吸式混合器设置有两根物料输送管。
附图标记说明
1：电机 2：主轴
3：叶轮 4：吸气管
5：盖板 6：腔体
7：混合器盖 81：物料导入段
82：中间段 83：物料导出段
831：缩径区 832：强化混合区
9：导流元件 10：旋转轴
11：电机 12：开口
13：冲洗机构 14：主轴
15：搅拌元件 16：用于强化混合的元件
17：物料传送元件 18：减缩喉管
具体实施方式
以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
如图2和图3所示，根据本实用新型的自吸式混合器包括腔体6、混合器盖7和至少一个物料输送管。物料输送管用于将物料由物料贮存装置送入腔体的混合区中。
本文中，所述混合区是指物料进行混合的区域，在还需要使物料进一步进行反应时，该区域也可以被称为反应区。本文中，出于清楚的目的，即使物料还需要进一步进行反应，也将该区域称为混合区。
如图2所示，物料输送管具有物料导入段81、中间段82和至少一个物料导出段83。物料导入段81用于连接物料贮存装置（未示出），中间段82固定于混合器盖7或者固定于腔体6的内壁，物料导出段83位于混合区内并通过中间段82与物料导入段81连通。
如图5和图6所示，每个物料导出段83内设置有旋转轴以及至少一个物料传送元件和至少一个导流元件，所述物料传送元件和所述导流元件设置在所述旋转轴上并由所述旋转轴驱动旋转。
所述导流元件用于引导填充在物料导出段83内的物料进入混合区。由于所述导流元件能够引导填充在物料导出段内的物料进入混合区，这样在将液体物料置于混合区中，并使物料导入段81的出口与置于物料贮存装置中的另一种物料（可以为粉状固体物料、液体物料和气体物料中的至少一种）接触时，处于混合区内的部分液体物料进入物料输送管中并与混合区中的液位高度相同，此时如果启动导流元件，填充在物料导出段中的液体物料向混合区内运动，从而在物料导出段中形成负压（也就是形成压力降），在该负压的作用下，处于物料贮存装置中的物料被抽吸进入物料输送管继而进入混合区中。
所述导流元件可以为各种能够实现上述功能的元件，优选地，所述导流元件为轴流型推进元件，如轴流型搅拌元件和/或轴流型叶轮。作为导流元件的轴流型搅拌元件的具体形式可以包括但不限于：轴流型桨式搅拌元件、轴流型涡轮式搅拌元件和轴流型螺带式搅拌元件中的一种或至少两种的组合。
如图5和6所示，物料导出段83内还设置有至少一个物料传送元件17，以物料在物料导出段83内的流动方向为基准，物料传送元件17设置在导流元件9的上游。物料传送元件能够辅助导流元件将抽吸进入物料导出段内的物料及时输送出物料导出段，提高物料输送的通畅性和输送效率。如图5和图6所示，以物料在物料导出段83内的流动方向为基准，物料传送元件17和导流元件9先后设置在同一旋转轴10上。
所述物料传送元件可以为常见的各种能够输送物料的元件。在本实用新型的一种实施方式中，如图5和图6所示，所述物料传送元件为螺旋传送元件。
如图5和图6所示，导流元件9和物料传送元件17先后设置在同一旋转轴10上，旋转轴10的一端密封穿过腔体6的侧壁并延伸至自吸式混合器的外部，与驱动装置（如电机11）相连，以驱动旋转轴10旋转并带动导流元件9和物料传送元件17运转，从而实现引导填充在物料导出段83内的物料向混合区运动。
所述旋转轴的一端与驱动装置相接，另一端则位于物料导出段83内。位于物料导出段内的一端可以为自由端，也可以为固定端。从进一步提高导流元件以及物料传送元件的运转稳定性的角度出发，所述旋转轴的位于物料导出段内的一端优选为固定端。一般地，如图5和图6所示，可以将旋转轴10的位于物料导出段83内的一端固定于物料导出段83的侧壁。
可以通过常用的各种方法使旋转轴密封穿过腔体的侧壁。具体地，可以在腔体的内壁和外壁各设置至少一道密封，从而防止渗漏和腐蚀。所述密封可以为机械密封，也可以为密封垫密封，还可以为二者的组合。所述机械密封可以通过设置密封环而实现，所述密封环可以为静环和/或动环。所述密封垫可以为各种由耐化学腐蚀的橡胶制成的密封垫。
优选地，所述物料导出段的侧壁上和/或所述中间段位于混合区内的侧壁上设置有至少一个开口，以物料在所述物料导出段内的流动方向为基准，所述开口的下游设置有至少一个所述导流元件。由于导流元件的作用，物料导出段内为负压状态，处于混合区内的部分液体物料可以通过开口进入物料导出管并与物料导出管中的物料共同进入混合区，在导流元件产生的剪切力的作用下，进入物料导出管的液体物料与物料导出管内的物料能够均匀地混合，特别是在物料导出管内的物料为粉状固体物料时，能够使粉体聚团破碎，促进粉体物料在液体物料中的均匀混合。
在所述中间段位于混合区内的侧壁上设置有所述开口时，所述开口优选设置为靠近中间段与物料导出段的结合部。
在本实用新型的一种实施方式中，如图3、图4a和图4b所示，物料导出段83的侧壁上和/或中间段82位于混合区内的侧壁上设置有至少一个开口12，以物料在物料输送管内的流动方向为基准，开口12的下游设置有至少一个导流元件9。
所述开口与所述物料传送元件之间的位置关系没有特别限定，以物料在物料导出段内的流动方向为基准，所述开口可以设置在所述物料传送元件的下游，也可以设置在所述物料传送元件的上游，还可以设置在所述物料传送元件所处部位的侧壁上（如图5和图6所示），或者上述三个部位的组合。优选地，所述开口设置在所述物料传送元件所处部位的侧壁上和/或设置在所述物料传送元件的上游。
如图4a所示，开口12设置在物料导出段83的侧壁上时，开口12的开口方向与物料导出段83的轴线方向之间的夹角α优选为小于90°，如15°-75°；相应地，在中间段82位于混合区的侧壁上设置有开口12时，如图4b所示，开口12的开口方向与中间段82的轴线之间的夹角优选为小于90°，如15°-75°。这样能够确保混合区内的液体物料以与物料导出段和/或中间段内的物料流动方向一致的方向进入物料导出段和/或中间段中，从而更好地将二者混合。
所述开口的大小和数量可以根据物料导出段和/或中间段的内径以及物料输送管的进料速度进行适当的选择，以既能够使得混合区内的液体物料进入物料导出段，又不会对物料导出段的力学性能产生不利影响为准。
优选地，所述开口设置在所述物料导出段的侧壁上时，所述开口的内径为所述物料导出段的内径的至所述开口设置在所述中间段位于混合区内的侧壁上时，所述开口的内径为所述中间段的内径的至
一般地，所述开口的数量可以为一个或多个，更优选为2-12个。在所述开口的数量为多个时，如图4a所示，多个开口12优选沿物料导出段83的周向间隔设置，优选沿物料导出段83的周向均匀设置；相应地，如图4b所示，在所述中间段位于混合区的侧壁上设置有多个开口时，多个开口优选沿所述中间段的周向间隔设置。在所述开口的数量为多个时，也可以将开口分成至少两组，每组内有一个或至少两个开口，各组沿物料导出段和/或中间段的轴向间隔设置，每组内的开口优选沿物料导出段和/或中间段的周向均匀设置。
优选地，在物料导出段的侧壁上和/或中间段位于混合区内的侧壁上设置有前文所述的开口12时，如图5和图6所示，在每个物料导出段83内设置缩径区831，以物料在物料导出段83内的流动方向为基准，缩径区831的上游设置有至少一个导流元件9。通过在物料导出段内设置缩径区能够在物料导出段内形成物料流动加速区，一方面能够促进由所述开口进入的液体物料与物料导出段内的物料的混合，另一方面还能够进一步提高物料流动的顺畅性，进一步降低物料堵塞物料导出段的几率。从进一步提高物料流动的顺畅性的角度出发，如图6所示，以物料在物料导出段内的流动方向为基准，缩径区831的下游优选还设置有至少一个导流元件9。
所述缩径区的径缩比可以根据物料导出段的内径进行选择。一般地，所述缩径区的径缩比可以为2-10，优选为2-4。所述径缩比是指以物料在物料导出段内的流动方向为基准，位于缩径区的上游且与缩径区相接的区域的内径与所述缩径区的最小内径的比值。
在本实用新型的一种优选实施方式中，如图5和图6所示，缩径区831的轴向截面的轮廓线呈弓形，这样以物料在物料导出段内的流动方向为基准，缩径区的内径变化趋势为逐渐变小再逐渐变大，从而能够使物料平稳变速。在实际操作过程中，如图5和6所示，可以在物料导出段内设置减缩喉管18，以形成缩径区。
缩径区的长度可以根据物料导出段的长度进行选择，没有特别限定。
优选地，在所述物料导出段的侧壁上和/或所述中间段位于混合区的侧壁上还设置有前文所述的开口时，如图5和图6所示，物料导出段83内还设置有强化混合区832，强化混合区832内设置有用于强化混合的元件16，以物料在物料导出段83内的流动方向为基准，强化混合区832位于导流元件9的下游（在物料导出段内还设置有缩径区831时，强化混合区832位于缩径区831的下游，并优选与缩径区831相接）。所述强化混合区优选延伸至所述物料导出段的出口。通过设置强化混合区能强化由所述开口进入的液体物料与物料导出段内的物料的混合效果，在至少部分物料为固体物料时还能使可能存在的团聚块粉碎。特别是在物料导出段内还设置有前文所述的缩径区时，能够对由所述缩径区输出的以较高的速度流动的物料的流动状态进行扰动，强化物料流动的湍急程度，获得更好的混合效果。
用于强化混合的元件16可以为常见的各种能够实现上述功能的元件。在本实用新型的一种实施方式中，用于强化混合的元件16为折流板。所述折流板可以为常见的各种能够改变物流流动方向的元件。具体地，所述折流板的截面形状可以为方形或弓形。如图5和图6所示，用于强化混合的元件16一般固定在强化混合区832的侧壁上。
在物料导出段内还设置有强化混合区且缩径区的下游还设置有至少一个导流元件时，位于所述缩径区的下游的导流元件优选设置在所述缩径区与所述强化混合区相接的部位。
根据本实用新型的自吸式混合器，在一种优选的实施方式中，所述导流元件至所述物料导出段的出口的距离为Dd，所述缩径区的长度为Ls，所述强化混合区的长度为Lq，所述强化混合区与所述缩径区相接并延伸至物料导出段的出口，其中，Dd：Ls：Lq＝1：0.2-0.5：0.2-0.5。优选地，Dd：Ls：Lq＝1：0.4-0.5：0.4-0.5。
根据本实用新型的自吸式混合器，所述物料导出段的数量为至少一个，优选为多个，这样能够将物料送入混合区内的不同位置，避免物料在混合区内局部区域发生累积结块，从而能够获得更好的分散混合效果。
在所述物料导出段的数量为多个时，多个物料导出段可以分成一组或至少两组，每组有至少一个、优选至少两个物料导出段。
在将多个物料导出段分成至少两组时，如图7所示，以物料在中间段82中的流动方向为基准，各组可以沿中间段82的长度方向由下至上间隔设置。
在每组内有两个以上物料导出段时，如图7和图8所示，每组内的物料导出段83的出口优选以中间段82为对称中心对称设置，这样能够进一步扩大物料导出段出口的覆盖区域，获得更好的分散混合效果。
在物料导出段为多个时，无论是将多个物料导出段分成一组，还是分成至少两组，优选地，如图10、图11和图12所示，以所述中间段为对称中心，各物料导出段的出口为对称设置。
所述物料导出段在腔体中的深度以能够确保各物料导出段的出口处于混合区为准。
所述物料导出段的根部固定在中间段上，并通过中间段与所述物料导入段连通。如图9所示，物料导出段83的轴线方向与中间段82的轴线方向的夹角β各自可以处于90°至小于180°的范围内。优选地，物料导出段83的轴线方向与中间段82的轴线方向的夹角β各自为大于90°，这样能够避免物料导出段与中间段的结合部出现应力集中。更优选地，物料导出段83的轴线方向与中间段82的轴线方向的夹角β各自处于105°-135°的范围内。
根据本实用新型的自吸式混合器，所述中间段固定于混合器盖或者固定于腔体内壁，用于连通物料导入段和物料导出段。所述中间段优选垂直设置。可以采用各种方法将物料输送管固定在混合器盖上或固定在腔体的内壁上。具体地，在将物料输送管固定在混合器盖上时，可以使物料输送管的中间段密封穿过混合器盖；在将物料输送管固定在腔体的内壁上时，可以在腔体的内壁上设置固定臂，通过该固定臂将物料输送管固定。
在本实用新型的一种优选的实施方式中，如图2和图9所示，中间段82的上部设置有冲洗机构13，冲洗机构13用于向中间段82中送入冲洗液，以对中间段82的侧壁进行冲洗。由于将液体物料置于腔体中时，液体物料通过物料导出段也会进入中间段，这样中间段的部分内壁被液体物料所浸湿，在随后进入中间段的物料为粉状固体物料时，部分粉状固体物料可能附着在被浸湿的内壁上，随时间的延长，可能在内壁上结块，减少了物料输送管的物料输送量。另外，粉状固体物料在输送过程中也易于附着在中间段的内壁上。通过在中间段的上部设置冲洗机构，按一定的时间间隔向中间段送入冲洗液对侧壁进行冲洗，能够及时将附着在中间段侧壁上的粉状固体物料冲洗下来，避免物料在中间段的内壁上结块和堵塞，影响物料输送效率。
在腔体的混合区中充满液体物料时，在液体压力的作用下，液体物料进入物料输送管并且在物料输送管中的液位与混合区外的液位平齐，因此，所述冲洗机构优选设置为在至少与混合区的高度一致的位置。一般地，可以将所述冲洗机构设置在中间段与物料导入段相接的部位，并优选使冲洗机构的冲洗液出口方向与中间段的轴线方向一致。
所述冲洗机构可以为常见的各种能够输送冲洗液并能够使冲洗液冲洗中间段的侧壁的机构。具体地，所述冲洗机构可以具有用于输送液体物料的管道，该管道的一端开口与冲洗液贮存装置连通，另一端开口位于中间段内。可以采用常用的各种液体输送装置（例如：泵）将液体物料送入该管道中。从进一步提高冲洗效果的角度出发，位于中间段内的开口优选形成为喷嘴，这样能够将冲洗液分散成向四周喷洒的液滴，一方面能够获得较好的冲洗效果，另一方面能够降低冲洗液的使用量。
根据本实用新型的自吸式混合器，可以设置一根或多根物料输送管。优选设置多根物料输送管，这样一方面能够将物料输送至混合器的不同区域，另一方面能够将多种物料同时输送至混合区中。在设置多根物料输送管时，如图14所示，优选将物料输送管设置成以腔体的轴线为中心对称设置。
根据本实用新型的自吸式混合器，根据具体需要还可以包括用于对所述混合区内的物料进行搅拌的至少一个搅拌元件。所述搅拌元件可以为常见的各种能够实现搅拌功能的元件。具体地，如图2和图9所示，搅拌元件15设置在主轴14上，主轴14一端位于该自吸式混合器的外部并与驱动装置（未示出）相连。搅拌元件15的数量可以为一个或多个。在搅拌元件15的数量为多个时，如图2和图9所示，多个搅拌元件15优选沿主轴14的长度方向间隔设置，这样能够获得更好的搅拌效果。
搅拌元件15可以为常规选择，其具体形式可以包括但不限于：桨式搅拌元件、涡轮式搅拌元件和螺带式搅拌元件中的一种或至少两种的组合。优选地，搅拌元件15为轴流式搅拌元件。
根据本实用新型的自吸式混合器，如图3、图13和图14所示，用于设置搅拌元件15的主轴14设置在腔体6的轴线上，物料输送管8的中间段82设置在偏离腔体6的轴线的位置处，其中，中间段82偏离腔体6的轴线的距离能够确保搅拌器15不触及物料输送管8。
根据本实用新型的自吸式混合器中的各部件的材质可以根据混合器的具体应用场合进行选择。一般地，混合器中需要与混合物料接触的部件，如物料输送管、导流元件和导流元件的旋转轴、搅拌装置以及腔体内壁，由耐化学腐蚀的材料（如聚四氟乙烯和/或不锈钢）制成。
本实用新型的自吸式混合器适用于将其中至少一种物料为液体物料的多种物料混合并任选进行反应的场合。在使用时，将至少一种液体物料置于混合器的混合区中，将物料输送管的物料导入段与置于物料贮存装置中的另外一种或多种物料（如粉状固体物料、液体物料和气体物料中的一种或多种）接触，在液体压力的作用下，混合区中的部分液体物料进入物料输送管的物料导出段和中间段中，并与混合区中的液位高度平齐；接着开启设置在物料导出段内的导流元件以及物料传送元件，使得物料导出段内的液体物料被排出，从而在物料导出段内形成负压，在该负压的作用下，物料贮存装置中的物料被抽吸进入物料导入段中，继而进入中间段和物料导出段，最终进入混合区中，实现混合以及任选的反应。
本实用新型的自吸式混合器特别适用于需要将粉状固体物料与液体物料混合并任选进行反应的场合。
具体地，可以将液体物料置于本实用新型的自吸式混合器的混合区中，使物料导入段的入口与置于物料贮存装置中的粉状固体物料接触，并启动设置在物料导出段中的导流元件，从而将所述粉状固体物质送入混合区中与液体物质混合。在需要将所述粉状固体物料与所述液体物料进行反应时，本实用新型的自吸式混合器还可以作为反应器使用。
在需要将多种粉状固体物料与液体物料混合时，可以在本实用新型的自吸式混合器上设置多个物料输送管，从而将多种粉状固体物料送入混合器中。
本实用新型提供的自吸式混合器可以用作硅铝质物料预脱硅的混合器和反应器。具体地，可以将为粉状的硅铝质物料与碱的水溶液混合并使所述硅铝质物料中的硅元素与所述碱反应。
具体操作时，将所述碱的水溶液置于腔体的混合区内并至少浸没所述物料导出段的出口，同时使物料导入段的入口与置于物料贮存装置内的所述粉状硅铝质物料接触，接着启动所述导流元件，在物料导出段中形成负压，从而将粉状硅铝质物料抽吸进入混合器中与碱的水溶液混合并反应。
碱的水溶液在物料输送管内的液位高度以能够确保产生的负压足以将粉状硅铝质物料抽吸进入物料导入段为准。一般地，以所述碱的水溶液在所述腔体内的深度为H3，所述物料导出段的出口的最小浸没深度为H4，H4/H3可以处于0.1-0.8的范围之内，优选处于0.15-0.6的范围之内，如处于0.4-0.5的范围之内。
所述硅铝质物料可以为各种以硅和/或铝作为主体材料的物料，其具体实例可以包括但不限于粉煤灰、炉灰、矿渣和赤泥中的一种或多种。所述粉状硅铝质物料还可以为由硅铝分子筛形成的粉末状物料。优选地，所述粉状硅铝质物料为粉煤灰。
所述碱可以为各种能够与粉状硅铝质物料中的硅反应，从而将粉状硅铝质物料中的硅溶出的碱，如氢氧化钠和/或氢氧化钾，优选为氢氧化钠。
所述碱的水溶液的浓度可以为常规选择，一般可以为50-200g/L。
将粉状硅铝质物料与碱的水溶液接触的条件可以根据硅铝质物料的种类以及所选用的碱的种类进行适当的选择。一般地，温度可以为333.15-383.15K。
以下结合实验例和实施例详细说明本实用新型。
以下实验例采用冷模试验装置验证本实用新型的自吸式混合器在粉体自吸、液固分散和混合方面的优势。具体实验方法如下：
采样固定量粉体的完全进料时间t1作为衡量装置自吸效果的参数；
采用液固混合时间t2作为衡量装置混合效果的参数。
固定量粉体的完全进料时间t1的具体试验方法如下：
首先向混合器的腔体中填充实验所需液体，并到达指定刻度；在与物料导入段的入口相连的物料贮存装置中，装入10kg粉煤灰，并使所述物料导入段的入口与粉煤灰接触；开启分别驱动主轴和旋转轴的电机，并开始计时，粉煤灰开始经物料导入段自吸进入装置；当10kg粉煤灰完全被吸入混合器时，计时终止，得到粉体的完全进料时间t1。
液固混合时间t2的具体试验方法如下：
在与混合器腔体的主轴的水平距离为100mm的位置上沿轴向竖直布置3个测量点，3个测量点距离腔体底部的距离分别为130mm、510mm和890mm，分别实时测量3个位置处的固相浓度随时间的变化。当混合器开始运转后，连续测量上述3个测量点处的固相浓度（以g/mL计），将各点处的固相浓度值由零逐渐增大并稳定为某一值所需的时间作为该点的混合时间；将上述3点所测混合时间的平均值，作为装置的混合时间。其中，稳定为某一值是指在10分钟内固相浓度的变化范围在±5%的范围内。
固相浓度测量采用中国科学院过程工程研究所研制的PC-6A型粉体浓度测量仪进行，该测量仪采用光导纤维传感器作测量探头对装置内颗粒的局部浓度进行测量，测量系统包括发射和接收两部分，先由发射光源发射一定强度的红外光，红外光遇到颗粒后反射，反射信号由接收系统接收，然后处理系统根据反射光的强弱得到测量体系的局部浓度。由于使用了直径仅为3mm的光纤探针，测量设备对流场的影响可忽略不计。
实验例1-6用于说明本实用新型的自吸式混合器。
实验例1
本实验例中使用的自吸式混合器如图9所示，其中，物料导出段如图5所示，该自吸式混合器的结构参数如下。
（1）腔体6的内径为380mm，高度为1.5m。
（2）主轴14上共设置三层搅拌桨，各层搅拌桨之间的距离为380mm，最底层的搅拌桨至腔体底部的距离为130mm，所使用的搅拌桨为轴流式下推型搅拌桨，搅拌桨的外径为130mm。
（3）物料输送管的内径为50mm，物料输送管的中间段固定在混合器盖上，物料导出段的数量为1个，固定在中间段的底部，物料导出段的轴线与中间段的轴线之间的夹角β为105°，物料导出段的长度为180mm；中间段至腔体的主轴14的距离为100mm。
（4）设置在物料导出段内的旋转轴上的导流元件为搅拌桨（数量为1个），其外径为40mm，该搅拌桨为轴流式搅拌桨。导流元件至物料导出段的出口的距离为105mm。设置导流元件的主轴还设置有物料传送螺旋，其长度为80mm，大径为46mm，小径为30mm。旋转轴位于物料导出段内的一端固定于物料导出段的侧壁。
（5）如图4a所示，在物料导出段的侧壁上沿圆周对称设置两个开口，开口的直径为物料输送管内径的开口的开口方向与该开口所处的物料导出段的截面的轴线之间的夹角α为15°。开口至物料导出段的出口的距离为140mm。
（6）物料导出段内的缩径区的径缩比为2，长度为50mm；强化混合区（长度为50mm）与缩径区相接并延伸至物料导出段的出口，用于强化混合的元件为折流板，且截面形状为方形（3mm×3mm×5mm）。
（7）在物料输送管的中间段上端设置冲洗机构。
本实验例将粉煤灰与自来水进行混合，并测量固定量粉煤灰的完全进料时间和液固混合时间。具体操作如下。
首先将自来水引入腔体中，使腔体中水的深度为1.2m，物料输送管的浸没深度（即，物料导出段的出口至液面的高度）为510mm，并将混合器内的水温控制为298K。在与物料导入段入口相连的物料贮存装置中，装入10kg粉煤灰。使物料导入段的入口与置于物料贮存装置中的粉煤灰接触。启动电机驱动主轴14转动并带动设置在主轴14上的搅拌器15转动，调节电机使得主轴14的转速为300rpm。接着启动导流元件，并使导流元件的转速为806rpm，装置开始将粉煤灰抽吸进入混合器中。
测试结果为：粉体的完全进料时间t1=50min；混合过程中，每隔5s对固液浓度进行测量和数据采样，经数据采样及软件分析，确定固液混合时间t2=52min。实验过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
实验例2
本实验例使用的混合器与实验例1所述混合器的区别在于：物料导出段内未设置强化混合区。
测试结果为：粉体的完全进料时间t1=50min；固液混合时间t2=57min。实验过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
实验例3
本实验例中使用的混合器与实验例2所述混合器的区别在于：物料导出段内未设置缩径区。
测试结果为：完全进料时间t1=53min；固液混合时间t2=62min。实验过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
实验例4
本实验例中使用的混合器与实验例1所述混合器的区别在于：物料导出段内未设置缩径区。
测试结果为：粉体的完全进料时间t1=52min；固液混合时间t2=56min。实验过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
实验例5
本实验例中使用的混合器与实验例1所述混合器的区别在于：物料导出段如图6所示，即在缩径区与强化混合区相接的部位还设置有一个导流元件。
测试结果为：粉体的完全进料时间t1=47min；固液混合时间t2=50min。实验过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
对比实验例1
本对比实验例中使用的混合器与实验例1所述混合器的区别在于：物料导出段内未设置物料传送元件。
测试结果为：粉体的完全进料时间t1=68min；固液混合时间t2=70min。实验过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。但是，实验过程中，物料输送管的导入段与中间段出现局部堵塞现象，需人工振打消除堵塞。
对比实验例2
本对比实验例中使用的混合器与实验例1所述混合器的区别在于：物料导出段内未设置导流元件。
实验开始后，发现装置无法吸入固体粉体，装置无法正常运行。
实验例6
本实验例中使用的混合器与实验例1所述混合器的区别如下。
（1）如图14所示，以混合器的腔体的轴线为基准，对称设置有两个物料输送管，每个物料输送管上各设置有一个物料导出段，物料导出段的轴线与中间段的轴线之间的夹角β为135°。
（2）如图4b所示，在中间段位于混合区内的侧壁上沿圆周对称设置两个开口，开口的直径为物料输送管内径的开口的开口方向与该开口所处的中间段的截面的轴线之间的夹角α为60°，开口至中间段与物料导出段的结合部的距离为50mm。
测试结果为：粉体的完全进料时间t1=25min；固液混合时间t2=30min。
反应过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
以下实施例和对比例中，采用动物胶凝聚质量法（详见国家标准：GB/T1574-2007煤灰成分分析方法）测定粉煤灰中硅的含量，通过以下公式计算脱硅率：
k＝[(S0－S1)／S0]×100%
其中：k—脱硅率，
S0—脱硅前粉煤灰中硅的含量，
S1—脱硅后粉煤灰中硅的含量。
实施例1-4用于说明本实用新型的自吸式混合器。
实施例1
本实施例采用实验例1所述混合器将粉煤灰与氢氧化钠水溶液混合均匀并进行预脱硅反应，具体操作如下。
将136L氢氧化钠水溶液（浓度为150g/L）泵入腔体中，并开启加热装置，将混合器内的溶液温度控制为368K。其中，氢氧化钠水溶液在腔体中的深度为1.2m，物料输送管的浸没深度（即，物料导出段的出口至液面的高度）为510mm。使物料导入段的入口与置于物料贮存装置中的粉煤灰接触。
启动电机驱动主轴14转动并带动设置在主轴14上的搅拌器15转动，调节电机使得主轴14的转速为300rpm。接着启动导流元件，并使导流元件的转速为806rpm，将粉煤灰抽吸进入混合器中。
反应过程中，通过冲洗机构按2次/h的频率向中间段中送入氢氧化钠水溶液（浓度为150g/L），对中间段的内壁进行冲洗。
反应过程中，每隔20min对反应器内的物料组成进行监测，发现反应过程中，混合器中的固体含量平稳增加，液固质量比逐渐增大。经计算，确定粉煤灰的平均进料速率为12±0.2kg/h。
反应进行到2小时时，取样进行分析，确定预脱硅率为43%。
反应过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
物料输送管能够顺畅并定量的输送物料的周期为300小时。
实施例2
采用与实施例1相同的方法将粉煤灰与氢氧化钠水溶液接触反应，不同的是，使用实验例2所述混合器。
反应过程中，每隔20min对反应器内的物料组成进行监测，发现反应过程中，混合器中固体含量平稳增加，液固质量比逐渐增大。经计算，确定粉煤灰的平均进料速率为12±0.2kg/h。
反应进行到2小时时，取样进行分析，确定预脱硅率为39%。
反应过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
物料输送管能够顺畅并定量的输送物料的周期为300小时。
实施例3
采用与实施例2相同的方法将粉煤灰与氢氧化钠水溶液接触反应，不同的是，使用实验例3所述混合器。
反应过程中，每隔20min对反应器内的物料组成进行监测，发现反应过程中，混合器中固体含量平稳增加，液固质量比逐渐增大。经计算，确定粉煤灰的平均进料速率为11.5±0.2kg/h。
反应进行到2小时时，取样进行分析，确定预脱硅率为36%。
反应过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
物料输送管能够顺畅并定量的输送物料的周期为300小时。
对比例1
在与实施例1相同的条件下将粉煤灰与氢氧化钠水溶液接触反应，不同的是，将实施例1所使用的混合器中物料输送管摘除，将粉煤灰按使混合器内的液固质量比为4：1的量由混合器的上方直接投加到混合器中。
结果反应过程中，粉尘飞扬；粉煤灰投入混合器后，容易在液面上方局部区域短暂漂浮，形成聚团，分散效果差，混合器底部悬浮状况一般，存在一些固体结块。
反应进行到2小时时，取样进行分析，确定预脱硅率为31%。
实施例4
采用与实施例1相同的方法将粉煤灰与氢氧化钠水溶液混合均匀并进行预脱硅反应，不同的是，采用实验例6所述混合器。同时使主轴16的转速为300rpm，使导流元件的转速为530rpm。
反应过程中，每隔20min对反应器内的物料组成进行监测，发现反应过程中，混合器中的固体含量平稳增加，液固质量比逐渐增大。经计算，确定每根物料输送管的粉煤灰的平均进料速率为6±0.2kg/h。
反应进行到2小时时，取样进行分析，确定预脱硅率为45%。
反应过程中对混合器底部的固相悬浮状况进行观察，发现：混合器底部固相悬浮状况良好，在混合器底部基本没有沉积的粉煤灰结块。
每根物料输送管能够顺畅并定量的输送物料的周期为500小时。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (19)
1.一种自吸式混合器，该自吸式混合器包括腔体、混合器盖和至少一个物料输送管，所述物料输送管用于将物料由物料贮存装置送入所述腔体的混合区中，所述物料输送管具有物料导入段、中间段和至少一个物料导出段，所述物料导入段用于连接物料贮存装置，所述中间段固定于所述混合器盖或腔体的内壁，所述物料导出段位于所述混合区内并通过所述中间段与所述物料导入段连通，其特征在于，每个物料导出段内各自设置有旋转轴以及至少一个物料传送元件和至少一个导流元件，所述物料传送元件和所述导流元件设置在所述旋转轴上并由所述旋转轴驱动旋转，所述导流元件用于引导填充在所述物料导出段内的物料进入所述混合区中，以物料在物料导出段内的流动方向为基准，所述物料传送元件设置在所述导流元件的上游。
2.根据权利要求1所述的自吸式混合器，其特征在于，所述物料导出段的侧壁上和/或所述中间段位于混合区内的侧壁上设置有至少一个开口，以物料在所述物料导出段内的流动方向为基准，所述开口的下游设置有至少一个所述导流元件，所述开口优选设置在所述物料传送元件所处的物料导出段的侧壁上和/或设置在所述中间段位于混合区内的侧壁上。
3.根据权利要求2所述的自吸式混合器，其特征在于，所述开口设置在所述物料导出段的侧壁上，所述开口的开口方向与所述物料导出段的轴线之间的夹角为小于90°，优选为15°-75°；和/或
所述开口设置在所述中间段位于混合区内的侧壁上，所述开口的开口方向与所述中间段的轴线之间的夹角为小于90°，优选为15°-75°。
4.根据权利要求2或3所述的自吸式混合器，其特征在于，所述开口设置在所述物料导出段的侧壁上，所述开口的内径为所述物料导出段的内径的至和/或
所述开口设置在所述中间段位于混合区内的侧壁上，所述开口的内径为所述中间段的内径的至
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述开口的数量优选为多个，更优选为2-12个，多个所述开口优选沿所述物料导出段和/或所述中间段的周向间隔设置。
6.根据权利要求2-5中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述物料导出段内还设置有缩径区，以物料在所述物料导出段内的流动方向为基准，所述缩径区的上游设置有至少一个导流元件。
7.根据权利要求6所述的自吸式混合器，其特征在于，所述缩径区的径缩比为2-10。
8.根据权利要求2-7中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述物料导出段内还设置有强化混合区，所述强化混合区内设置有用于强化混合的元件，以物料在所述物料导出段内的流动方向为基准，所述强化混合区位于所述导流元件的下游；在物料导出段内设置有缩径区时，所述强化混合区位于所述缩径区的下游并优选与所述缩径区相接；所述强化混合区优选延伸至所述物料导出段的出口。
9.根据权利要求8所述的自吸式混合器，其特征在于，所述用于强化混合的元件为折流板。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，以物料在物料导出段内的流动方向为基准，所述缩径区的下游还设置有至少一个导流元件；在物料导出段内设置有强化混合区时，位于所述缩径区的下游的导流元件优选设置在所述缩径区与所述强化混合区相接的部位。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述旋转轴的一端密封穿过所述腔体的侧壁并延伸至自吸式混合器的外部，以与驱动装置相连。
12.根据权利要求1-11中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述旋转轴的位于所述物料导出段内的一端固定于所述物料导出段的侧壁。
13.根据权利要求1所述的自吸式混合器，其特征在于，所述物料传送元件为螺旋传送元件。
14.根据权利要求1-13中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述导流元件为轴流型推进元件，优选为轴流型搅拌元件。
15.根据权利要求1-14中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述物料导出段的轴线与所述中间段的轴线的夹角各自处于90°至小于180°的范围内，优选各自处于105°-135°的范围内。
16.根据权利要求1-15中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述腔体的深度为H1，所述物料导出段与所述中间段的结合部至所述腔体的底部的距离各自为H2，H2/H1处于0.1-0.8的范围内。
17.根据权利要求1-16中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述物料导出段为多个，多个所述物料导出段分成一组或至少两组，每组有至少一个、优选至少两个物料导出段，以物料在中间段中的流动方向为基准，各组沿所述中间段的长度方向由下至上间隔设置。
18.根据权利要求1-17中任意一项所述的自吸式混合器，其特征在于，所述中间段的上部设置有冲洗机构，所述冲洗机构用于向所述中间段中送入冲洗液，以对所述中间段的侧壁进行冲洗。
19.根据权利要求1所述的自吸式混合器，其特征在于，该自吸式混合器还包括用于对所述混合区内的物料进行搅拌的至少一个搅拌元件，所述搅拌元件设置在一主轴上，所述主轴的一端位于该自吸式混合器的外部并与驱动装置相连，所述搅拌元件优选为多个，多个所述搅拌元件沿所述主轴的长度方向间隔设置。
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|---|---|---|---|---|
| CN104525088A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-22 | 重庆康乐制药有限公司 | 带有锁紧装置的反应罐 |
| CN104801229A (zh) * | 2014-01-29 | 2015-07-29 | 神华集团有限责任公司 | 一种自吸式混合器及其应用和一种硅铝质物料预脱硅方法 |
| CN112625558A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-09 | 湖北万邦新材料股份有限公司 | 一种新型点花涂料及混合装置 |
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2014
- 2014-01-29 CN CN201420057394.XU patent/CN203842535U/zh not_active Expired - Lifetime
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