CN108014711B - 气液机械耦合搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液机械耦合搅拌装置，所述气液机械耦合搅拌装置包括搅拌桶、转轴、搅拌件和喷气组件，搅拌桶限定出搅拌空间，转轴设在搅拌空间内，搅拌件连接在转轴上，搅拌件用于搅拌搅拌空间内盛放的流体物料，喷气组件用于向搅拌空间内通入气体以搅拌流体物料。根据本发明实施例的气液机械耦合搅拌装置，通过设置搅拌流体物料的搅拌件和向搅拌空间内通入气体以搅拌流体物料的喷气组件，将气体搅拌和机械搅拌有效结合以达到混沌搅拌的效果。这样既能解决机械搅拌过程中能量投入过大的问题，又能解决气体搅拌存在搅拌盲区的问题，由此，极大地提高了搅拌空间内的混合效率，同时降低了搅拌能耗。

Description

气液机械耦合搅拌装置

技术领域

本发明涉及工业生产搅拌设备领域，尤其涉及一种气液机械耦合搅拌装置。

背景技术

机械搅拌过程是利用搅拌器在搅拌槽内的旋转将搅拌桨的机械能转变为流体的动能，使流体获得稳定的流动场，在流动场内发生复杂化学反应的同时进行热量、质量、动量的传递，从而实现充分混合的过程。流体混合的目的在于将多种流体相互混杂，相互耦合，所以搅拌混合过程中流体的运动极为复杂，无论是分析已有搅拌设备的性能还是设计新的搅拌设备，能作为参考的依据只是一些经验总结。

气体搅拌是向液体中喷入气流以搅拌液体的方法。一般用压缩空气，有时亦采用二氧化碳、氮等惰性气体。加大喷气量、增大转速可以有效的缩短混合时间，但是转速增加到一定程度时，混合时间不再发生显著变化。目前许多行业的反应器中广泛使用的是喷吹气体搅拌方法，气体被喷进反应器中，利用形成的气泡上浮作用，驱动反应器内液体做循环流动，达到均匀金属熔液温度和成分，促进金属液内的化学反应的目的，但由于气泡受浮力而自由向上运动，常造成反应器边角部存在搅拌盲区，导使致搅拌效率低下，搅拌效果不理想。

现有搅拌工艺技术大多采用机械的搅拌方式，搅拌方式单一，流体流动效果差，混合均匀度不高，搅拌槽内存在的死区较多。现有技术中对流体的搅动均采取同一个方向，该种状态下容易产生稳定的流体流动场，流体的混合效率差，混匀所需时间也较长。

现有技术公开一种机械搅拌装置及其使用方法，该装置通过将桨叶与控制系统连接，根据液面高度变化调整桨叶高度，达到搅拌均匀，搅拌效率更高的目的。但是该装置的搅拌方式仍为传统的单一机械搅拌，相比于气液机械耦合搅拌来说对电能的需求更大，搅拌死区多，气液混合效率也更低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种气液机械耦合搅拌装置，所述气液机械耦合搅拌装置搅拌死区小，搅拌能耗低。

根据本发明实施例的气液机械耦合搅拌装置，包括；搅拌桶，所述搅拌桶限定出搅拌空间；转轴，所述转轴设在所述搅拌空间内；搅拌件，所述搅拌件连接在所述转轴上，所述搅拌件用于搅拌所述搅拌空间内盛放的流体物料；喷气组件，所述喷气组件用于向所述搅拌空间内通入气体以搅拌所述流体物料。

根据本发明实施例的气液机械耦合搅拌装置，通过设置搅拌流体物料的搅拌件和向搅拌空间内通入气体以搅拌流体物料的喷气组件，将气体搅拌和机械搅拌有效结合，既能解决机械搅拌过程中能量投入过大的问题，又能解决气体搅拌存在搅拌盲区的问题，由此，极大地提高了搅拌空间内的混合效率，同时降低了搅拌能耗。

在一些实施例中，所述喷气组件包括：导气管，所述导气管的一端适于与气源连通；喷气管，所述喷气管位于所述搅拌空间内，所述喷气管与所述导气管的另一端相连以将气体喷入所述搅拌空间。

具体地，所述喷气管为螺旋管。

更具体地，所述喷气管环绕所述转轴螺旋延伸设置。

在一些实施例中，所述喷气管为多个，所述喷气组件还包括分流管，所述分流管连接在所述导气管和多个所述喷气管之间，以将所述导气管中的气流均流至多个所述喷气管内。

在一些实施例中，所述搅拌件包括：轮毂，所述轮毂固连在所述转轴上；桨叶，所述桨叶连接在所述轮毂上。

具体地，所述搅拌件为多个，多个所述搅拌件沿所述转轴的轴向方向间隔开设置。

在一些实施例中，所述搅拌件包括：搅拌筋，所述搅拌筋沿所述转轴的轴向设置且为弧形，所述搅拌筋的两端连接在所述转轴上；叶片，所述叶片连接在所述转轴上，所述叶片的远离所述转轴的一端连接在所述搅拌筋上。

具体地，所述叶片包括：第一叶部，所述第一叶部的一端与所述转轴相连；第二叶部，所述第二叶部的一端与所述第一叶部相连，所述第二叶部的另一端与所述搅拌筋相连；其中：

所述第一叶部厚度方向与所述第二叶部的厚度方向垂直。

在一些实施例中，气液机械耦合搅拌装置，还包括，两个固定盘，所述两个固定盘分别设在所述搅拌桶的顶壁和底壁上，所述转轴的两端可转动地连接在所述两个固定盘上。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例气液机械耦合搅拌装置的整体结构图。

图2是根据本发明一个实施例的搅拌件的整体结构示意图。

图3是根据本发明另一个实施例的搅拌件的整体结构示意图。

附图标记：

气液机械耦合搅拌装置1、

搅拌件10、

轮毂110、桨叶120、搅拌筋130、叶片140、第一叶部141、第二叶部142、

喷气组件20、

导气管210、喷气管220、分流管230、

固定盘30、

电机40、

搅拌桶50、搅拌空间510、

转轴60。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的气液机械耦合搅拌装置1的具体结构。

如图1所示，根据本发明实施例的气液机械耦合搅拌装置1包括搅拌桶50、转轴60、搅拌件10和喷气组件20，搅拌桶50限定出搅拌空间510，转轴60设在搅拌空间510内，搅拌件10连接在转轴60上，搅拌件10用于搅拌搅拌空间510内盛放的流体物料，喷气组件20用于向搅拌空间510内通入气体以搅拌流体物料。

可以理解的是，当搅拌空间510内注入待搅拌的液体时，搅拌件10转动可以对搅拌空间510的流体进行搅拌，喷气组件20向搅拌空间510内喷入气流时，利用气流在液面下产生的气泡对搅拌空间510内的流体产生搅拌作用，通过将气体搅拌和机械搅拌有效结合的方式，达到破坏流体稳定流场的对称性和周期性，使流体运动的流线呈现一种特殊的形貌以快速的形成充分混合的目的，减少了机械搅拌过程中能量投入以及气体搅拌过程中搅拌盲区的面积，提高了搅拌空间510内的混合效率。

根据本发明实施例的气液机械耦合搅拌装置1，通过设置搅拌流体物料的搅拌件10和向搅拌空间510内通入气体以搅拌流体物料的喷气组件20，将气体搅拌和机械搅拌有效结合以达到混沌搅拌的效果。这样既能解决机械搅拌过程中能量投入过大的问题，又能解决气体搅拌存在搅拌盲区的问题，由此，极大地提高了搅拌空间510内的混合效率，同时降低了搅拌能耗。

在一些实施例中，喷气组件20包括导气管210和喷气管220，导气管210的一端适于与气源连通，喷气管220位于搅拌空间510内，喷气管220与导气管210的另一端相连以将气体喷入搅拌空间510。可以理解的是，与气源连接的导气管210可以仅有一根，将气体喷入搅拌空间510内喷气管220可以有多跟，这样可以使得喷气组件20可以朝向搅拌空间510内喷入多股气流，增加了气体搅拌的效果，并且相对于多跟导气管210直接连接在气源和搅拌空间510内的方案，一根导气管210配合多跟喷气管220的方案可靠性更高，且结构较为简单。

具体地，如图1所示，喷气管220为螺旋管。可以理解的是，喷气管220采用螺旋管可以使得喷气管220的喷气方向可以有多种，例如气体喷吹方向为，向上、向下、平吹、斜吹等等，这样可以根据实际需要调整喷气管220的方向，从而实现搅拌效果最优的效果。当然，在本发明的一些实施例中，喷气管220可以形成为直管且仅朝下喷吹气体。

更具体地，喷气管220环绕转轴60螺旋延伸设置。由此，可以较好的打破搅拌件10产生的稳定流场的对称性和周期性，这样能够较好的实现流体运动的流线呈现一种特殊的形貌，从而提升搅拌效果。

在一些实施例中，如图1所示，喷气管220为多个，喷气组件20还包括分流管230，分流管230连接在导气管210和多个喷气管220之间，以将导气管210中的气流均流至多个喷气管220内。由此使得喷气组件20可以朝向搅拌空间510内喷入多股气流，增加了气体搅拌的效果，

在一些实施例中，如图3所示，搅拌件10包括轮毂110和桨叶120，轮毂110固连在转轴60上，桨叶120连接在轮毂110上。可以理解的是，如果将桨叶120直接通过焊接或者铆接的方式连接在转轴60上，操作较为不便，并且如果桨叶120损坏，拆卸较为困难。但是桨叶120通过轮毂110连接在转轴60上，一方面可以简化安装操作，另一方面，连接在轮毂110上的桨叶120限制较小，可以采用较多适合搅拌的桨叶120叶型。

具体地，搅拌件10为多个，多个搅拌件10沿转轴60的轴向方向间隔开设置。设置多层搅拌件10可以提升搅拌件10的搅拌效果。

可选地，桨叶120形成为圆弧形，桨叶120迎流边的切线方向和叶片140转动方向平行。由此，减少了桨叶120上边缘液流的流出，提高了桨叶120的搅拌效果。

在另一些实施例中，搅拌件10包括搅拌筋130和叶片140，搅拌筋130沿转轴60的轴向设置且为弧形，搅拌筋130的两端连接在转轴60上，叶片140连接在转轴60上，叶片140的远离转轴60的一端连接在搅拌筋130上。可以理解的是，叶片140和搅拌筋130都可以起到搅拌作用，且搅拌筋130的延伸方向与叶片140的延伸方向相垂直更有利于提升搅拌效果。当然，在本发明的一些实施例中，搅拌件10仅包含叶片140，并不设置搅拌件10。

具体地，叶片140包括第一叶部141和第二叶部142，第一叶部141的一端与转轴60相连，第二叶部142的一端与第一叶部141相连，第二叶部142的另一端与搅拌筋130相连。第一叶部141厚度方向与第二叶部142的厚度方向垂直。可以理解的是，第一叶部141和第二叶部142的厚度方向垂直，在搅拌过程中，第一叶部141产生的稳定流场可以被第二叶部142打破，由此可以增加搅拌效果。需要说明的是，第一叶部141和第二叶部142可以形成为多种形成，例如，直板型、弧型等等。当然在有的实施例中，叶片140经包含一个叶部。

在一些实施例中，气液机械耦合搅拌装置1还包括两个固定盘30，两个固定盘30分别设在搅拌桶50的顶壁和底壁上，转轴60的两端可转动地连接在两个固定盘30上。由此，通过固定盘30的固定作用，转轴60可以较为稳固的固定在搅拌桶50内，保证转轴60在转动过程中不会发生歪斜。

下面参考图1-图3描述本发明一个具体实施例的气液机械耦合搅拌装置1的具体结构。

如图1所示，本实施例的气液机械耦合搅拌装置1包括搅拌桶50、转轴60、搅拌件10、喷气组件20、固定盘30、电机40。搅拌桶50限定出搅拌空间510，转轴60设在搅拌空间510内且转轴60的一端与电机40相连，搅拌件10连接在转轴60上，搅拌件10用于搅拌搅拌空间510内盛放的流体物料，喷气组件20用于向搅拌空间510内通入气体以搅拌流体物料。喷气组件20包括导气管210、两个喷气管220和分流管230，导气管210的一端适于与气源连通，多个喷气管220位于搅拌空间510内且环绕转轴60螺旋延伸设置，导气管210的另一端与分流管230相连，两个喷气管220插接在分流管230上以将气体喷入搅拌空间510。两个固定盘30分别设在搅拌桶50的顶壁和底壁上，转轴60的两端可转动地连接在两个固定盘30上

本实施例的搅拌件10可以有以下两种形式；

示例1：

如图2所示，本示例的搅拌件10包括搅拌筋130和叶片140，搅拌筋130沿转轴60的轴向设置且为弧形，搅拌筋130的两端连接在转轴60上，叶片140包括第一叶部141和第二叶部142，第一叶部141的一端与转轴60相连，第二叶部142的一端与第一叶部141相连，第二叶部142的另一端与搅拌筋130相连。第一叶部141厚度方向与第二叶部142的厚度方向垂直。

示例2、

如图3所示，本示例的搅拌件10为多个，多个搅拌件10沿转轴60的轴向方向间隔开设置。上方的搅拌件10包括轮毂110和桨叶120，轮毂110固连在转轴60上，桨叶120连接在轮毂110上。最下方的搅拌件10仅包括叶片140，桨叶120直接连接在转轴60上。

本实施例的气液机械耦合搅拌装置1实现均匀混合效果的应用如下所示：

将1000kg搅拌料流体加入搅拌桶50内，将喷气管220的喷口伸入液面以下150mm处，气体经导气管210、喷气管220从喷入搅拌空间510，同时开动电机40带动搅拌件10转动，同时通过调整喷气组件20内的气体流量、喷气管220的喷口角度，在搅拌过程中，机械搅拌的搅拌件10促使液态搅拌料处于反复的拉伸和折叠过程，喷气管220喷入的气流破坏了流体稳定流场的对称性和周期性，使搅拌料流体运动的流线呈现一种特殊的形貌以快速的达到充分混合。

本实施例的气液机械耦合搅拌装置1减少了搅拌死区，让气液在搅拌空间510内得到最大程度的接触，通过搭配多种优化搅拌件10，并采用多层搅拌件10的组合来实现充分搅动流体的目的，使流体形成适宜的流动状态，降低搅拌能耗，提高流动效率。结合喷气组件20喷吹搅拌的优势，将搅拌件10及其组合与气体喷吹方式进行耦合，从而达到破坏流体稳定流场的对称性和周期性，使流体运动的流线呈现一种特殊的形貌以快速的形成充分混合的目的。

本实施例的气液机械耦合搅拌装置1具有以下优点：

一、机械搅拌配合气体搅拌产生的混沌搅拌现象，能够将机械能转化效率提高10％以上，其所需的电能总量降低40％以上，为企业节省大量的生产成本；

二、通过改变气体不同的喷吹角度、位置、流量进行气体搅拌配合机械搅拌产生的混沌搅拌现象，能够使气体旋流横向搅动面积扩大了20％左右，搅拌盲区面积降低86％以上，大大提高了喷吹气体的利用率；

三、搅拌空间510内多相流混合效果明显提升，液体内部速度最大梯度差由原先的12.76％降至5.57％以下，混合均匀时间平均降低了17.4％；

四、搅拌后产品的全流程回收率由95.34％提升至98.97％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种气液机械耦合搅拌装置，其特征在于，包括；

搅拌桶，所述搅拌桶限定出搅拌空间；

转轴，所述转轴设在所述搅拌空间内；

搅拌件，所述搅拌件连接在所述转轴上，所述搅拌件用于搅拌所述搅拌空间内盛放的流体物料；

喷气组件，所述喷气组件用于向所述搅拌空间内通入气体以搅拌所述流体物料，所述喷气组件包括导气管和喷气管，所述导气管的一端适于与气源连通，所述喷气管位于所述搅拌空间内，所述喷气管与所述导气管的另一端相连以将气体喷入所述搅拌空间；

所述搅拌件包括轮毂和桨叶，所述轮毂固连在所述转轴上，所述桨叶连接在所述轮毂上；或者

所述搅拌件包括搅拌筋和叶片，所述搅拌筋沿所述转轴的轴向设置且为弧形，所述搅拌筋的两端连接在所述转轴上，所述叶片连接在所述转轴上，所述叶片的远离所述转轴的一端连接在所述搅拌筋上，所述叶片包括第一叶部和第二叶部，所述第一叶部的一端与所述转轴相连，所述第二叶部的一端与所述第一叶部相连，所述第二叶部的另一端与所述搅拌筋相连，所述第一叶部厚度方向与所述第二叶部的厚度方向垂直。

2.根据权利要求1所述的气液机械耦合搅拌装置，其特征在于，所述喷气管为螺旋管。

3.根据权利要求1所述的气液机械耦合搅拌装置，其特征在于，所述喷气管环绕所述转轴螺旋延伸设置。

4.根据权利要求1所述的气液机械耦合搅拌装置，其特征在于，所述喷气管为多个，所述喷气组件还包括分流管，所述分流管连接在所述导气管和多个所述喷气管之间，以将所述导气管中的气流均流至多个所述喷气管内。

5.根据权利要求1所述的气液机械耦合搅拌装置，其特征在于，所述搅拌件为多个，多个所述搅拌件沿所述转轴的轴向方向间隔开设置。

6.根据权利要求1所述的气液机械耦合搅拌装置，其特征在于，还包括，两个固定盘，所述两个固定盘分别设在所述搅拌桶的顶壁和底壁上，所述转轴的两端可转动地连接在所述两个固定盘上。