一種多葉片組合式攪拌器的製作方法

2023-07-24 09:48:52

本發明涉及一種攪拌裝置，具體來說，本發明所涉及的攪拌裝置可應用於化工、石油化工、生化製藥和冶金等領域的單相或者多相流體的攪拌、混合過程，適用於較大黏度範圍內的均相體系混合和非均相體系的分散過程(如液-液不互溶兩相分散，氣-液分散，液-固分散，或者氣-液-固三相分散)。本發明所涉及的攪拌裝置，不僅可用於常規高徑比例(H/T在1左右，液位高為H，槽內徑為T)的攪拌釜內的混合過程，還可以用於高徑比(H/T)較大的混合過程，如高徑比在1.5～3的混合過程。

背景技術：

隨著工業過程的不斷發展，石油、化工、製藥等行業同時面臨著「高汙染、高能耗、事故高發」的嚴重挑戰，因此，開發新型的化工設備或裝置，提高生產過程效率、降低生產過程能耗等具有重要的意義。攪拌器是釜式反應器的核心部件之一，其主要作用是實現釜內流體的均勻混合或者多相流體之間的均勻分散，因此也是影響攪拌釜反應器能耗高低的主要因素，所以對新型攪拌器的開發一直是過程裝備研究領域的熱點之一，其對於提高生產過程效率、節約生產過程能源、提高產品收率、降低副產物等方面均具有十分重要的意義。

根據流體粘度的不同，攪拌器的選型有所差別，如針對低粘度流體，常採用推進式螺旋槳、六葉片渦輪攪拌槳等；針對中高粘度的流體混合過程，常採用框式、錨式、螺帶式等攪拌器；為滿足較寬粘度範圍內的流體混合過程，許多設計者開發出了最大葉片式、泛能式等形式的攪拌槳。

渦輪式攪拌槳是工業上最常見的用於低粘度流體混合的攪拌器，當攪拌釜的高徑比較大時，通常採用多個渦輪槳串聯的方式，如對於高徑比在2～3範圍內的攪拌槽，一般沿軸向布置兩到四個渦輪槳。渦輪槳屬於典型的徑流式攪拌槳，軸向混合作用較弱，且多個渦輪槳共同作用於立式攪拌槽時會產生區域效應，即相鄰攪拌槳之間產生的液體循環流之間相對獨立、流體交換作用較弱，同時存在流動抵消作用，因此槽內整體流動差，混合效果不佳，尤其對於待混合兩相密度相差較大的體系或者含有懸浮顆粒的液固體系時，由於其存在的區域效應，使得物料由一區域擴散到另一區域極為困難，無法達到預期的混合效果。

框式、錨式等攪拌器在用於中、高粘度液體的攪拌及混合時，物料主要以徑向運動為主，軸向交換作用較差，且在容器內沒有擋板的情況下，中心容易形成漩渦。由於漩渦的存在，槳葉內外難以互相交替，其混合、傳熱、傳至效果非常差，中心處的湍動能和湍動能耗散極小，而且容易出現釜壁附近的物料局部過熱、焦化等問題。螺帶式攪拌器雖然在攪拌過程中是以軸線物料提升作用為主，但徑向的交換作用較差，尤其當攪拌的物料粘度較高時，物料的流動性差，整體流場不均勻，影響了非均相的傳質、傳熱及結晶等。

目前有很多研究者對框式、錨式、螺帶式攪拌器進行了改進，以解決其流動方向單一的問題，如專利CN 203591753 U公開了一種帶框式攪拌器，其在傳動軸上設有螺帶式攪拌槳和多層橫向葉片，所述的橫向葉片上設有豎向葉片。該攪拌器整體結構類似於框式和螺帶式攪拌器的組合，將框式攪拌器產生的徑向流動作用和螺帶式攪拌器產生的軸向流動作用相結合，流場呈現軸向和徑向互相交叉，從而使物料能被充分地均勻混合。但該攪拌器結構複雜、不易加工，且在傳動軸上設有橫向多層葉片，其旋轉後會對攪拌槽內的整體軸向流動產生切斷作用，使得流場在軸向分割為數個區域，減弱了軸向物料的交換作用。

為克服上述單個攪拌器單獨使用或者多種攪拌器組合使用時對混合過程造成的不利影響，開發具有結構簡單、可同時實現軸向和徑向流動、釜內整個區域之間的物料交換作用明顯的複合式攪拌器成為攪拌設備研發領域的熱點。如專利CN 103768980 A披露了一種長槳短葉片複合攪拌器，其結構主要由下部短葉片和上部長槳組成。該攪拌器通過兩種徑流式槳的互相作用，使釜內流體同時產生了整體軸流動，軸向流動與徑向流動相互作用，解決了一般徑流式槳流向單一問題，強化了混合過程。但該攪拌器由於短葉片對流體產生的向上提升作用有限，在用於高徑比過大的物料混合過程時，混合效果有所下降，且在液面處易出現混合死區。

技術實現要素：

技術問題：本發明的目的在於提供一種多葉片組合式攪拌裝置，用於化工、石油化工、生化製藥和冶金等領域的單相或者多相流體的攪拌、混合過程。本發明提供的攪拌裝置，可適用於較大黏度範圍內的均相體系混合和非均相體系的分散過程，在具體用於攪拌釜時，不僅可用於常規高徑比例(H/T在1左右，液位高為H，槽內徑為T)的攪拌釜內的混合過程，還可以用於高徑比(H/T)較大的混合過程，如高徑比在1.5～3的混合過程。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供了一種多葉片組合式攪拌器，該攪拌器包括固定環、與固定環連接且自固定環延伸的複合葉片，複合葉片包括連接葉片、上部長葉片、上部寬葉片、下部長葉片、下部寬葉片，其中，複合葉片有n組，且連接葉片垂直於固定環，上部長葉片、上部寬葉片、下部長葉片、下部寬葉片依次連接且其中心線平行於固定環的軸線；

所述上部長葉片下段和下部長葉片上端分別與連接葉片的上端部和下端部相連接，所述上部寬葉片連接在上部長葉片的上端，所述下部寬葉片連接在下部長葉片的下段。

優選的，複合葉片的數量n≥2，或2≤n≤8，或4≤n≤6。

優選的，所述的連接葉片與軸線之間的角度為0～70度，或0～45度。

優選的，所述上部寬葉片、下部寬葉片的形狀為平板、斜葉片或彎曲面。

優選的，所述上部長葉片的一端與所述上部寬葉片水平邊沿的任意位置連接。

優選的，所述下部長葉片的一端與所述下部寬葉片水平邊沿的任意位置連接。

有益效果：本發明提供的多葉片組合式攪拌器極大地強化了高徑比較大的立式攪拌槽內流體的流動，如圖1所示，使釜內同時產生相對均一的軸向流動和徑向流動，且軸向流動的流體與徑向流動的流體相互作用、有效進行流體交換，解決了多槳組合式攪拌器容易產生區域效應、湍動能與湍動能耗散分布不均勻等問題，大大提高了混合效率、減少了混合時間、降低了攪拌槳的功率消耗；同時該攪拌器的結構簡單，易於加工，降低了製造成本。

總體而言，本發明相較於其他技術，具有以下突出優勢：

(1)通過長葉片在攪拌過程中產生的沿徑向排液功能，寬葉片和連接葉片在攪拌過程中產生的局部渦流被軸向拉長，且多股渦流產生較強的相互作用並匯聚成一股較大的渦流，這使連接葉片和寬葉片間的區域效應極大的減弱，甚至完全消失。

(2)該多葉片組合式攪拌器在立式攪拌槽內的上下部分別產生了水平對稱的大渦流，且對稱線位於連接葉片附近，通過控制連接葉片的角度進一步控制連接葉片的排液方向，其使得攪拌槽上下部的對稱渦流的相互交換作用得到加強，這樣有效的增強了立式攪拌器的整體軸向混合效果。

(3)該多葉片組合式攪拌器通過長葉片將寬葉片、連接葉片連成整體，其可看做無數個徑流式攪拌槳在軸向的組合，進而在攪拌過程中能夠使整個槽內的湍動能及湍動能耗散分布均一，減少局部湍動能及湍動能耗散過小的區域。

附圖說明

圖1a是本發明所述多葉片組合式攪拌器。

圖1b是標準六葉片圓盤渦輪槳組合攪拌器攪拌槽內產生的流體流動模式對比示意圖。

圖2是實施例1中的攪拌器構型圖。

圖3是實施例2中的攪拌器構型圖。

圖4是實施例3中的攪拌器構型圖。

圖5是實施例4中的攪拌器構型圖。

圖6是實施例5中的攪拌器構型圖。

圖7是實施例6中的攪拌器構型圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。

下面結合附圖對本發明提供的多葉片組合式攪拌器作出進一步的說明，但本發明不因此受到限制。

一種多葉片組合式攪拌器，該攪拌器包括固定環1、與固定環1連接且自固定環1延伸的複合葉片，複合葉片包括連接葉片2、上部長葉片3、上部寬葉片4、下部長葉片5、下部寬葉片6，其中，複合葉片有n組，且連接葉片2垂直於固定環1，上部長葉片3、上部寬葉片4、下部長葉片5、下部寬葉片6依次連接且其中心線平行於固定環1的軸線；

所述上部長葉片3下段和下部長葉片5上端分別與連接葉片2的上端部和下端部相連接，所述上部寬葉片4連接在上部長葉片3的上端，所述下部寬葉片6連接在下部長葉片5的下段。

複合葉片的數量n≥2，或2≤n≤8，或4≤n≤6。

所述的連接葉片2與軸線之間的角度為0～70度，或0～45度。

所述上部寬葉片4、下部寬葉片6的形狀為平板、斜葉片或彎曲面。

所述上部長葉片3的一端與所述上部寬葉片4水平邊沿的任意位置連接。

所述下部長葉片5的一端與所述下部寬葉片6水平邊沿的任意位置連接。

實施例1：

攪拌釜內直徑1m，高2m，壁面均勻分布四塊寬0.1m擋板，攪拌體積約1.2m3，液位高1.6m，多葉片組合式攪拌器通過固定環安裝在直徑65mm的中軸上。如圖2所示，該攪拌器直徑0.58m，共4片複合葉片，距釜底0.2m，其複合葉片上的連接葉片高12cm，與軸線夾角0度，上下短葉片為寬12cm，高12cm的直葉片，短葉片中心與長葉片中心連接，長葉片寬4cm，高42cm。

實施例2：

攪拌釜內直徑0.6m，高1.5m，壁面均勻分布四塊寬0.06m擋板，攪拌體積約0.34m3，液位高1.2m，多葉片組合式攪拌器通過固定環安裝在直徑40mm的中軸上。如圖3所示，該攪拌器共5片複合葉片，直徑0.3m，距釜底0.15m，其複合葉片的連接葉片高9cm，與軸線夾角0度，上下短葉片為寬9cm，高9cm的直葉片，短葉片外沿與長葉片連接，長葉片寬3cm，高31.5cm。

實施例3：

攪拌釜內直徑1m，高2m，壁面均勻分布四塊寬0.1m擋板,攪拌體積約1.35m3，液位高1.8m，多葉片組合式攪拌器通過固定環安裝在直徑65mm的中軸上。如圖4所示，該攪拌器共6片複合葉片，直徑0.7m，距釜底0.25m，其複合葉片的連接葉片高15cm，與軸線夾角0度，上下短葉片為寬15cm，高12.5的直葉片，短葉片內沿與長葉片連接，長葉片寬5cm，高45cm。

實施例4：

攪拌釜內直徑1.2m，高3m，壁面均勻分布四塊寬0.12m擋板,攪拌體積約2.8m3，液位高2.6m，多葉片組合式攪拌器通過固定環安裝在70mm的中軸上。如圖5所示，該攪拌器直徑共4片複合葉片，直徑0.6cm，距釜底40cm，其複合葉片的連接葉片高18cm，與軸線夾角45度，上下短葉片為高16cm，寬18cm的直葉片，短葉片外沿與長葉片連接，長葉片寬6cm，高63cm。

實施例5：

攪拌釜內直徑0.6m，高1.8m，壁面均勻分布四塊寬0.06m擋板，攪拌體積約0.44m3，液位高1.6m，多葉片組合式攪拌器通過固定環安裝在直徑45mm的中軸上。如圖6所示，該攪拌器共4片複合葉片，直徑0.3m，距釜底0.2m，其複合葉片的連接葉片高9cm，與軸線夾角0度，上下短葉片為寬9cm，高9cm，弧線直徑9cm的彎葉片，短葉片外沿與長葉片連接，長葉片寬3cm，高46cm。

實施例6：

攪拌釜內直徑1.6m，高3m，壁面均勻分布四塊0.16m擋板，攪拌體積約4.8m3，液位高2.4m，多葉片組合式攪拌器通過固定環安裝在直徑105mm的中軸上。如圖7所示，該攪拌器共4片複合葉片，直徑0.8m，距離釜底0.26m，其複合葉片的連接葉片高20cm，與軸線夾角45度，上下短葉片為寬24cm，高20cm，與軸線夾角45度的斜葉片，短葉片外沿與長葉片連接，長葉片寬8cn，高64cm。

以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護範圍並不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護範圍內。