CN114699963B - 搅拌装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搅拌装置及其应用。该装置包括壳体、套筒部和转动部，套筒部固定在壳体内；转动部包括转轴和搅拌桨；套筒部内设置有隔板，隔板上开设有可容纳转轴的安装孔；隔板将套筒部沿轴向分隔为第一套筒部和第二套筒部，第二套筒部的周壁开设有多个通孔，搅拌桨设置于套筒部内。流体在转动部的带动下旋转，沿第二套筒部向下排出，由于套筒部内部设置的隔板，使套筒部内部形成负压区域，套筒部***的流体在压差作用下，经第二套筒部表面的通孔进入内部，通孔可以增强溶液和颗粒与通孔内壁的剪切作用，促进颗粒的分散以及颗粒与溶液的整体混合。同时隔板的设置阻断了斜叶搅拌桨上方旋涡的传递，进而保证了液面的稳定。

Description

搅拌装置及其应用

技术领域

本发明涉及化工设备制造技术领域，具体而言，涉及一种搅拌装置及其应用。

背景技术

传统的搅拌混合装置主要是通过电机带动桨叶旋转对流体进行剪切，并在搅拌槽内形成宏观的流场结构，进而实现不同物质的混合。当转速较低时，通过桨叶传递给流体的能量较少，不能保证整个搅拌槽内物质的均匀混合；增大搅拌器转速可以提高混合效果，但在固液混合过程中，由于存在较大的密度差，固体颗粒则会在搅拌器***区域堆积，混合效果差。另一方面，转速较大时，流体会在桨叶上方形成较深的旋涡，进而卷入和夹杂空气，降低熔体质量；并且经搅拌器流出的流体撞击搅拌槽侧壁后会沿壁面甩出，不仅会带来混合物的损失，对于高温冶金过程还会带来安全隐患；因此，通过对搅拌器结构进行优化设计进而调控混合过程、提高混合质量具有重要意义。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搅拌装置及其应用。

本发明是这样实现的：

目前混合搅拌装置在固液混合过程中难以混合均匀。当装置的转速较低时，通过桨叶传递给流体的能量较少，固液无法均匀混合；当装置的转速增加，由于固液存在较大的密度差，固体颗粒容易在搅拌装置***区域堆积，仍然无法将固液混合均匀。同时，较高的转速也会在桨叶上方形成较深的旋涡，不仅容易卷入和夹杂空气，降低流体质量，而且经搅拌装置流出的流体撞击搅拌槽侧壁后会沿壁面甩出，不仅会带来混合物的损失，对于高温冶金过程还会带来安全隐患，因此需要对现有的搅拌装置进行改进。

第一方面，本发明提供一种搅拌装置，包括壳体、套筒部和转动部，套筒部固定在壳体内。转动部包括转轴和搅拌桨，搅拌桨安装于转轴的一端；套筒部内设置有隔板，隔板上开设有容纳转轴的安装孔，安装孔的大小与转轴的大小互相配合；隔板将套筒部沿轴向分隔为第一套筒部和第二套筒部，第二套筒部的周壁开设有多个通孔，搅拌桨设置于第二套筒部内。

可以理解的是，套筒部是一个空心套筒结构，转轴远离搅拌桨的一端穿过隔板上的安装孔，使转轴和搅拌桨安装在套筒部内，且搅拌桨不穿过隔板，容置于第二套筒部内，套筒部固定在壳体内。

在一些实施方式中，套筒部的第一套筒部和第二套筒部的直径可以相等也可以不等，较佳地，第一套筒部和第二套筒部的直径相等。

当搅拌装置处于工作状态时，搅拌桨旋转，带动壳体内部的流体旋转，第二套筒部内的流体首先在搅拌桨的旋转作用下向下排出，同时由于套筒部内设置有隔板，隔板上开设有容纳转轴的安装孔，安装孔的大小与转轴的大小互相配合，使第二套筒部内形成负压区域，第二套筒部***的流体在压差的作用下经第二套筒部表面的通孔进入内部，设置多个通孔可以增强颗粒和溶液与通孔孔壁的剪切作用，促进颗粒的分散以及颗粒和溶液的整体混合。此外，套筒部内的隔板隔绝了搅拌桨在搅拌过程中向上传递的旋涡，使得流体液面更稳定，减少液体外溅，能够较佳地提高固液混合质量，避免搅拌过程中产生的安全隐患。

在一些实施方式中，第二套筒部周壁开设的多个通孔可以按一定顺序排列，也可以随意排列。较佳地，在可选的实施方式中，多个通孔在第二套筒部周壁的轴向和径向呈阵列排布。

优选地，多个通孔在第二套筒部周壁的轴向和径向均匀间隔排布，保证套筒部内的压力均衡。

优选地，为保证较佳的剪切效果，沿轴向相邻的两个通孔之间的间隔为5～20mm，沿径向相邻的两个通孔之间的间隔为5～20mm。

优选地，每个通孔的孔径为4～20mm。当每个通孔的孔径超过上述范围时，流体的流动阻力减小，流体流过通孔的速度增大，第二套筒部内部的负压区域减少，第二套筒部内部对底部溶液的吸力也会减小，流体中颗粒和溶液的剪切作用降低。当每个通孔的孔径小于上述范围时，颗粒容易堵塞在通孔内，导致搅拌装置出现故障。

在可选的实施方式中，套筒部的直径需与壳体直径相匹配，套筒部的直径为壳体直径的0.25～0.5倍。当套筒部的直径超过上述范围，第二套筒部内部颗粒和溶液的混合质量会降低；当套筒部的直径小于上述范围，则会降低第二套筒部外部的流体混合质量。

在可选的实施方式中，套筒部的高度需与壳体的高度相匹配，套筒部的高度为壳体高度的0.25～0.75倍。当套筒部的高度超过上述范围时，第二套筒部内部的负压区变小，第二套筒部内部和外部的流动均减弱，颗粒分布不均匀，混合效果差。当套筒部的高度低于上述范围时，颗粒和溶液的混合区域变小，容易导致颗粒排出不及时，堵塞通孔，造成搅拌装置出现故障，搅拌效率降低。

在可选的实施方式中，套筒部的筒壁厚度为2～10mm。当套筒部的筒壁厚度低于上述范围时，壁面对流体的剪切作用减小，流体的流动阻力减小，流体流过通孔的速度增大，套筒部外部流速增大，颗粒在套筒部外部分布的均匀性降低。当套筒部的筒壁厚度超过上述范围时，壁面对流体的剪切作用增大，流体的流动阻力增大，流体流过通孔的速度降低，套筒部内部流速增大，颗粒容易在套筒部内部堵塞。

在可选的实施方式中，为了充分搅拌壳体内容置的流体，达到较佳的混合效果，同时在第二套筒部内形成负压区域，搅拌桨的位置与第二套筒部远离隔板的一端平齐。

在可选的实施方式中，搅拌桨的桨叶长度随第二套筒部的直径改变，搅拌桨远离转轴的边缘与套筒部之间的间隙为3～20mm。当搅拌桨与第二套筒部之间的间隙超过上述范围时，第二套筒部内部的负压减小，第二套筒部对底部流体的吸力减小，第二套筒部内部和外部的流速都明显降低，颗粒在第二套筒部内部和壳体对应第二套筒部的底部堆积严重。

在可选的实施方式中，搅拌桨可以为传统的倾斜叶片式搅拌桨或者其他结构的搅拌桨，例如，搅拌桨包括三斜叶式搅拌桨、A310、A200和Rushton的任一种，本发明对搅拌桨的选择不做限定。

在可选的实施方式中，为了保证负压的形成，防止漏气，转轴与隔板在安装孔处通过密封圈连接。

第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的搅拌装置在化工、冶金、医药、食品加工、废水处理和生物工程领域的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种搅拌装置及其应用，通过在转动部***设置套筒部，套筒部内的流体首先在转动部的旋转下向下排出，由于套筒部内部设置的隔板，使套筒部内部形成一定的负压区域，套筒部***的流体在压差作用下，经第二套筒部表面的通孔进入内部，通孔可以增强溶液和颗粒与通孔内壁的剪切作用，促进颗粒的分散以及颗粒与溶液的整体混合。同时隔板的设置阻断了斜叶搅拌桨上方旋涡的传递，进而保证了液面的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的搅拌装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的转动部结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的套筒部结构示意图；

图4为本发明第一实施例提供的搅拌装置工作状态的流体流速示意图；

图5为本发明第一实施例提供的搅拌装置工作状态的内部压力示意图。

图标：100-搅拌装置；110-壳体；120-套筒部；121-隔板；1211-安装孔；122-第一套筒部；123-第二套筒部；124-通孔；130-转动部；131-转轴；132-搅拌桨。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供了一种搅拌装置100，包括壳体110、套筒部120和转动部130，套筒部120固定在壳体110内。

请参照图2，转动部130包括转轴131和搅拌桨132，搅拌桨132安装于转轴131的一端。

请参照图3并配合图1，套筒部120内设置有隔板121，隔板121上开设有容纳转轴131的安装孔1211，安装孔1211的大小与转轴131的大小互相配合；隔板121将套筒部120沿轴向分隔为第一套筒部122和第二套筒部123，第二套筒部123的周壁开设有多个通孔124，搅拌桨132设置于第二套筒部123内。

请参照图1，并配合图2和3，转轴131远离搅拌桨132的一端穿过隔板121上的安装孔1211，使转轴131和搅拌桨132安装在套筒部120内，且搅拌桨132不穿过隔板121，容置于第二套筒部123内，套筒部120固定在壳体110内。

在本实施例中，为了保证负压的形成，防止漏气，转轴131与隔板121在安装孔1211处通过密封圈(图未示)连接。

在本实施例中，套筒部120是一个空心套筒结构，套筒部120中的第一套筒部122和第二套筒部123直径相等。套筒部120的直径为壳体110直径的0.42倍；套筒部120的高度为壳体110高度的0.75倍，套筒部120的筒壁厚度为4mm。

例如，在本实施例中，壳体110的直径为240mm，高度为200mm，转动部130的搅拌直径为72mm；对应地，套筒部120的直径为100mm，高度为150mm。

请参照图3，在本实施例中，多个通孔124在第二套筒部123周壁的轴向和径向呈阵列排布，且均匀间隔分布，保证套筒部120内的压力均衡。在其他实施方式中，第二套筒部123周壁开设的多个通孔124也可以随意排列，本发明对通孔124的排列方式不做限定。

优选地，每个通孔124的孔径为12mm。

优选地，为保证较佳的剪切效果，沿轴向相邻的两个通孔124之间的间隔为16mm，沿径向相邻的两个通孔124之间的间隔为16mm。

在本实施例中，为了充分搅拌壳体110内容置的流体，达到较佳的混合效果，同时在第二套筒部123内形成负压区域，搅拌桨132的位置与第二套筒部123远离隔板121的一端平齐。

优选地，搅拌桨132的桨叶长度随第二套筒部123的直径改变，搅拌桨132远离转轴131的边缘与套筒部120之间的间隙为10mm。

在本实施例中，搅拌桨132为三斜叶式搅拌桨，在其他实施例中，搅拌桨132也可以为A310、A200和Rushton等的任一种，本发明对搅拌桨132的选择不做限定。

本实施例提供的搅拌装置100，其工作原理如下：

当搅拌装置100处于工作状态时，搅拌桨132旋转，带动壳体110内部的流体旋转，第二套筒部123内的流体首先在搅拌桨132的旋转作用下向下排出，流体流动速度如图4所示，流体在第二套筒部123内的流动速度最大可达到2.25m·s^－1。同时由于套筒部120内设置有隔板121，隔板121上开设有容纳转轴131的安装孔1211，安装孔1211的大小与转轴131的大小互相配合，使第二套筒部123内形成负压区域，如图5所示，第二套筒部123内的压力大多处于－4.0×10³～－4.0×10²之间。第二套筒部123***的流体在压差的作用下经第二套筒部123表面的通孔124进入内部，设置多个通孔124可以增强颗粒和溶液与通孔124孔壁的剪切作用，促进颗粒的分散以及颗粒和溶液的整体混合。此外，套筒部120内的隔板121隔绝了搅拌桨132在搅拌过程中向上传递的旋涡，使得流体液面更稳定，减少液体外溅，能够较佳地提高固液混合质量，避免搅拌过程中产生的安全隐患。

第一对比例

本对比例为常规A200型搅拌器，搅拌直径与实施例1中转动部130的搅拌直径相同。

第二对比例

本对比例为常规Rushton型搅拌器，搅拌直径与实施例1中转动部130的搅拌直径相同。

第三对比例

本对比例提供了一种搅拌装置，其结构与实施例1相同，区别仅在于套筒部的直径为150mm，超过壳体直径的0.5倍。

第四对比例

本对比例提供了一种搅拌装置，其结构与实施例1相同，区别仅在于套筒部的直径为50mm，小于壳体直径的0.25倍。

第五对比例

本对比例提供了一种搅拌装置，其结构与实施例1相同，区别仅在于套筒部的高度为160mm，超过壳体高度的0.75倍。

第六对比例

本对比例提供了一种搅拌装置，其结构与实施例1相同，区别仅在于通孔的孔径为25mm。

第七对比例

本对比例提供了一种搅拌装置，其结构与实施例1相同，区别仅在于套筒部的筒壁厚度为15mm。

第八对比例

本对比例提供了一种搅拌装置，其结构与实施例1相同，区别仅在于搅拌桨远离转轴的边缘与套筒部之间的间隙为25mm。

第九对比例

本对比例提供了一种搅拌装置，其结构与实施例1相同，区别仅在于在第二套筒部远离隔板的一端还安装有端盖，端盖上设置有小孔。

第一试验例

将实施例1和对比例1～8的搅拌装置用于搅拌固体颗粒和液体组成的混合流体，该混合流体的具体性质如表1所示。

表1混合流体的性质

通过评价不同搅拌装置搅拌后的颗粒浓度的相对标准差σ来检测搅拌装置的固液混合效果。颗粒浓度的相对标准差σ越小则混合质量越高，得到如表2所示结果。

其中，颗粒浓度的相对标准差σ通过如下公式计算。

σ-颗粒浓度的相对标准差；n-计算单元的总数；α_i-计算单元内的颗粒浓度；α_avg-搅拌槽内的平均颗粒浓度。

表2不同搅拌装置的颗粒浓度的相对标准差

搅拌装置	颗粒浓度的相对标准差σ
		第一实施例	0.11
第一对比例	0.18
		第二对比例	0.23
第三对比例	0.17
		第四对比例	0.46
第五对比例	0.19
		第六对比例	0.18
第七对比例	0.31
		第八对比例	0.48
第九对比例	0.33

通过上述数据可以发现，本发明实施例提供的搅拌装置能够将固体颗粒较佳地分散在溶液中，与现有的固液混合装置比较，第二对比例提供的搅拌装置搅拌后的颗粒浓度的相对标准差σ为本发明第一实施例的2倍之多，说明本发明提供的搅拌装置相较于现有技术固液混合效果显著提高。另外，通过第三至第八对比例可以发现，调整搅拌装置结构的尺寸也会对搅拌装置的混合效果产生影响，例如第四对比例，第四对比例将套筒部的直径缩小至壳体直径的0.25倍以下，颗粒浓度的相对标准差σ高达0.46，为第一实施例的4倍之多，进一步说明了本申请提供的搅拌装置及其结构尺寸能够显著提高固液混合效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种搅拌装置，其特征在于，包括壳体、套筒部和转动部，所述套筒部固定在所述壳体内，所述套筒部的直径为所述壳体直径的0.25~0.5倍，所述套筒部的高度为所述壳体高度的0.25~0.75倍，所述套筒部的筒壁厚度为2~10 mm；

所述转动部包括转轴和搅拌桨，所述搅拌桨安装于所述转轴的一端；

所述套筒部内设置有隔板，所述隔板上开设有容纳所述转轴的安装孔，所述安装孔的大小与所述转轴的大小互相配合；

所述隔板将所述套筒部沿轴向分隔为第一套筒部和第二套筒部，所述第二套筒部的周壁开设有多个通孔，每个所述通孔的孔径为4~20 mm，所述搅拌桨设置于所述第二套筒部内，所述搅拌桨远离所述转轴的边缘与所述套筒部之间的间隙为3~20 mm。

2.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，多个所述通孔在所述第二套筒部周壁的轴向和径向呈阵列排布。

3.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，多个所述通孔在所述第二套筒部周壁的轴向和径向均匀间隔排布。

4.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，沿轴向相邻的两个通孔之间的间隔为5~20 mm，沿径向相邻的两个通孔之间的间隔为5~20 mm。

5.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌桨的位置与所述第二套筒部远离所述隔板的一端平齐。

6.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌桨包括三斜叶式搅拌桨、A310、A200和Rushton的任一种。

7.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述转轴与所述隔板在所述安装孔处通过密封圈连接。

8.一种如权利要求1~7任一项所述的搅拌装置在化工、冶金、医药、食品加工、废水处理和生物工程领域的应用。

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