CN103877891A - 一种错位六弯叶组合桨高效搅拌装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种错位六弯叶组合桨高效搅拌装置，包括一搅拌轴，在搅拌轴上安装错位六弯叶桨和三斜叶桨。与传统组合搅拌桨相比，其特征在于：搅拌轴下部安装有错位六弯叶桨、上层采用40°～60°斜叶桨的组合形式，错位六弯叶组合桨在混合速率和混合效率方面均高于传统组合搅拌桨。本发明的目的是提供一种错位六弯叶组合桨高效搅拌装置，该装置用于假塑性流体搅拌时能够降低能耗、缩短混合时间，提高搅拌效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种错位六弯叶组合桨高效搅拌装置，特别适用于聚合物、生物化工、石油化工以及医药工业等假塑性流体搅拌混合。
背景技术
机械式搅拌装置是一种典型的过程设备，其工作原理是将旋转着的叶轮直接与被搅拌混合的介质相接触，带动介质运动以加强单相或多相流体的扩散、混合和反应。许多工业搅拌过程都会涉及到非牛顿流体的混合，特别是对于具有屈服应力的假塑性流体搅拌混合而言，更是搅拌技术的难点之一。假塑性流体广泛应用于聚合物、生物化工、石油化工以及医药工业等领域中，提高假塑性流体的搅拌效率对于降低其生产能耗具有重要意义。
目前，对高粘度流体混合装置方面的研究比较多，但能具体使用在工程上的，寥寥无几。在粘度较高(如表观粘度大于50Pa·s)的流体中普遍采用锚式、螺带及框式桨等，而在粘度较低(表观粘度小于10Pa·s)的流体中多采用传统的开式桨，如涡轮桨，斜叶桨等。但普通组合桨使用在假塑性流体流体搅拌中存在搅拌效率低下的问题。
中国发明专利(申请号为201110186528.9)主要用于气-液、液-固、气-液-固多相体系得分散、混合过程，不适用于假塑性流体搅拌混合过程中。
发明内容
本发明的目的是提供一种错位六弯叶组合桨高效搅拌装置，该装置用于假塑性流体搅拌中能降低能耗、缩短混合时间，提高混合效率。
本发明涉及一种错位六弯叶组合桨高效搅拌装置，包括一搅拌轴，在搅拌轴上安装错位六弯叶桨和三斜叶桨。与传统搅拌桨相比，其特征在于：搅拌轴下部安装有错位六弯叶桨、上层采用40°～60°斜叶桨的组合形式，错位六弯叶桨在混合速率和混合效率方面均高于普通六弯叶桨，其中错位六弯叶桨的单位体积混合能只有普通六弯叶桨的52％，体现出它的优越性。本发明用于假塑性流体搅拌混合过程具有明显优势，中试实验证明能降低约20％的能耗。
错位六弯叶桨在假塑性流体的搅拌过程中应用较为广泛，它属于径流剪切型搅拌器，桨叶后弯使得排出性能得到较大提高，有利于液体的快速循环流动，而剪切性能高能使流体间的速度梯度增大，这都是搅拌过程所需要的。当流体粘度较大或者对剪切力敏感时，搅拌通常只能处于层流状态或较低雷诺数的过渡流状态，此时在叶片的上下方附近会形成环形的混合隔离区，隔离区内的流体以切向旋转为主，轴向和径向速度都几乎为零，内部介质只能依靠分子的扩散运动与外部实现传质过程。根据混沌混合理论，搅拌槽内流体处于非周期的运动状态时，可以形成整体混沌流，消除隔离区。目前在搅拌槽内诱发混沌混合研究的主要方法有变速搅拌、偏心搅拌、往复搅拌等，这些方法都是从搅拌器的运动方式着手，通过对流体的动力学扰动来破坏流体颗粒运动轨迹的周期性，在流体内部引发混沌，从而提高混合效率，但其混合效果受周期性转速的变化和搅拌器偏心位置的影响。为此，从搅拌器的结构考虑，提出对六弯叶涡轮改进的方法，将六个叶片交错上下错位，不同位置的叶片可以不停的持续扰动流体，在搅拌槽内产生周期性变化的流场，使得流体处于非周期的运动状态，从而达到消除隔离区，诱发假塑性流体混沌搅拌的目的。
以错位六弯叶桨组合形式的上下桨轮不同层间距进行实验，得到不同层间距下的流场速度矢量分布图，可以清晰地看出不同层间距对搅拌槽内流型的影响。这主要是因为下层搅拌器为径向流桨，旋转时在桨叶附近产生负压，使流体从上层斜桨的下边缘被吸入下层桨的上边缘，层间的轴向速度得到较大增强，径向速度很小，此时两桨之间的流动为连接流，流体在槽内形成一个整体大循环；合适的层间距应确保层间涡环完全消失，消除分区现象，呈现出连接流的趋势，整个流场为两涡环流动模式。
总之，本发明所提供的错位六弯叶桨组合高效搅拌装置，相对于传统的组合搅拌桨，能提高整体循环效果，降低能耗，缩短搅拌混合时间。
附图说明
附图1为本发明的一种错位六弯叶组合高效搅拌装置示意图。
其中：搅拌轴1 挡板2、3 搅拌槽4 错位六弯叶桨5 三斜叶桨6
附图2为本发明的一种错位六弯叶组合高效搅拌装置尺寸符号示意图
实施方式
附图1为本发明的一种错位六弯叶组合高效搅拌装置示意图，包括搅拌轴1，挡板2、3，搅拌槽4，错位六弯叶桨5和三斜叶桨6。与传统组合搅拌桨相比，其特征在于：搅拌轴1下部安装错位六弯叶桨5，上部安装三斜叶桨6，错位六弯叶桨径与槽径T的比值为T/2，错位六弯叶桨叶高度T/5，桨叶中心线离槽底距离T/3，层间距为T/3～T/2。
实施例1：
针对黄原胶水溶液(一种典型的假塑性流体)体系，黄原胶水溶液密度为998Kg/m3，溶液的质量浓度1.25％，在槽内径210mm，槽高400mm的圆柱形敞口搅拌槽内，槽液高度为320mm，搅拌速率为1080rpm，加入示踪剂来测定混合时间，以此表征搅拌器的混合性能和搅拌功耗。实验结果见表1。
表1：错位六弯叶组合桨与标准六弯叶组合桨搅拌功耗和混合时间对比
实施例2：
错位六弯叶组合桨高效搅拌装置中试在催化剂齐鲁分公司的中试车间现场进行。中试设备采用现场的2台1m3中型成胶釜进行对比实验，其设备直径均为1m，本次中试只改进搅拌桨形式，不涉及其它部分的改进。搅拌物料按厂方提供的催化剂生产物料配比，搅拌工艺过程也完全符合催化剂成胶生产的工艺要求。
将底部为错位六弯叶桨、上层为三斜叶桨的组合形式用于中型成胶釜搅拌技术改进的中试过程，分别同现有中试成胶釜的搅拌装置进行对比实验，原装置为底部为标准六弯叶桨、上层为二斜叶桨式搅拌器组合形式，电机转速均设定为910r/min。
在加入分子筛、铝溶胶及高岭土进行混合搅拌后，液体高度已超过上层搅拌器，此时二层搅拌器均以发挥作用。现场观察可以看到，标准六弯叶组合桨搅拌效果较差，周边流体基本处于停滞状态，存在大片的流动死区，混合及酸化效果很差，测得搅拌所需电流为26A。最后进行错位六弯叶组合桨的实验，可以观察到液体翻滚效果很好，整个釜内均处于循环状态，液体粘度显著降低，不同位置的流体粘度基本相同，测得搅拌所需电流为21.5A。
混合效果检验：搅拌完毕后，催化剂胶体送去喷雾干燥，然后测试颗粒耐磨指数，用于表征混合及反应的效果。标准六弯叶组合桨颗粒耐磨指数为2.6，质量等级较差；错位六弯叶组合桨颗粒耐磨指数为1.9，产品质量进一步提高，证明该组合形式可以满足催化剂成胶搅拌的需求。
FCC催化剂的重油裂化能力强，磨损强度高，一方面是由于加入的各组分分散均匀，另一方面是由于拟薄水铝石适度胶溶后形成的一次粒子粒径小；两方面共同作用，保证了催化剂既有较好的重油裂化能力又有较高的强度。错位六弯叶桨能够提高剪切性能，具有较好的循环能力，保证各组分混合均匀，使得拟薄水铝石适度酸化后形成的一次胶溶粒子粒径小，而且又节能降耗，两种组合搅拌器的性能比较见表2。
表2错位六弯叶组合桨与标准六弯叶组合桨搅拌功耗电流和磨损指数对比表
Claims (5)
1.一种错位六弯叶组合桨高效搅拌装置，包括搅拌轴1，其特征在于：搅拌轴1下部安装错位六弯叶桨5，上部安装三斜叶桨6。
2.按权利要求1所述的双层搅拌桨装置，其特征在于：下层错位六弯叶桨有六片桨叶，上层三斜叶桨有三片桨叶。
3.按权利要求1所述的双层搅拌桨装置，其特征在于：上层三斜叶桨倾斜角度为40°～60°。
4.按权利要求2所述的双层搅拌桨装置，其特征在于：错位六弯叶桨径与槽径T的比值为T/2，错位六弯叶桨叶高度T/5，桨叶中心线离槽底距离T/3。
5.按权利要求2所述的双层搅拌桨装置，其特征在于：错位六弯叶桨与三斜叶桨层间距为T/3～T/2。
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