一种管式搅拌叶片及搪玻璃搅拌器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种管式搅拌叶片及搪玻璃搅拌器，搅拌叶片包括搅拌轴、第一叶片和第二叶片，第一叶片包括第一弯管和第二直管，第二叶片包括上连接管、下连接管和竖直管，第一叶片和第二叶片之间的夹角为30度至90度；第一叶片和第二叶片之间的距离是安装搅拌叶片的搅拌容器的直径的0.05到0.2倍。搅拌器包括搅拌器容器以及该搅拌叶片，搅拌叶片安装在搅拌器容器中。本发明搅拌叶片和搅拌器的有益效果为：延长管连接了上叶片和下叶片之间流体的流动作用；纵向隔离管隔成的栅格，可以增加搅拌容器中间流体的流动性能和剪切效果，还降低了搅拌功率消耗。
【专利说明】一种管式搅拌叶片及搪玻璃搅拌器
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种管式搅拌叶片以及包括该叶片的搪玻璃搅拌器。
【背景技术】
[0003]目前搪玻璃搅拌器包括锚式、框式、桨式和叶轮式搅拌器，现有技术中的搅拌器需要根据工作介质的需要，只能按HG/T2051《搪玻璃搅拌器》选用。桨式和叶轮式搅拌器一般用于低粘度流体的搅拌，锚式和框式搅拌器主要用于高粘度流体的搅拌。但是，对于粘度变化的物料体系，现有标准的搪玻璃搅拌器不能始终保持很好的混合效果。
[0004]随着石油化工、医药、农药及国防等工业的技术进步，化学反应的条件越来越苛亥IJ，反应过程越来越复杂，物理化学参数(例如粘度、温度、压力等)的变化范围也越来越宽，依靠目前的搅拌器不能很好满足现代化学反应的需要。例如在某些反应过程中，开始时物料的粘度很低，一般为0.02Pa.S左右，但是随着反应的进行粘度变得越来越大，反应结束时最高会达到IOPa.s以上，在这种粘度变化的情况下，传统的搪玻璃搅拌器就不能在整个反应过程中保持高效的混合性能，甚至有时还会导致副产品的增加，严重影响产品的质量和生产的安全。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，针对现有技术中对于物料体系粘度变化时搪玻璃搅拌器不能始终保持很好的混合效果的缺点，提供一种在物料体系的粘度变化时混合效率更高的搅拌叶片和搅拌器，具体技术方案如下:
一种管式搪玻璃搅拌叶片，包括搅拌轴、第一叶片和第二叶片；所述第一叶片包括第一弯管和第二直管；所述第一弯管包括相互垂直的水平部分和竖直部分；所述水平部分连接至搅拌轴；所述第二直管的第一端连接至搅拌轴并且第二端连接至所述第一弯管的竖直部分；所述第二直管在第一弯管的竖直部分下方；所述第二直管的第二端与所述竖直部分的连接点之下的部分是延长管；所述第一弯管、第二直管、延长管以及搅拌轴在同一平面，该平面即为第一叶片所在平面；上述第一弯管、第二直管、延长管以及搅拌轴在同一平面，是指第一弯管、第二直管、延长管以及搅拌轴，它们的轴线在同一平面.所述第二叶片包括上连接管、下连接管和竖直管；所述上连接管和下连接管的第一端分别连接至所述搅拌轴，所述上连接管和所述下连接管的第二端分别与所述竖直管的两端相连；所述上连接 管、下连接管、竖直管以及搅拌轴在同一平面，该平面即为第二叶片所在平面；上述上连接管、下连接管、竖直管以及搅拌轴在同一平面，是指上连接管、下连接管、竖直管以及搅拌轴，它们的轴线在同一平面。
[0006]所述第一叶片所在平面和第二叶片所在平面之间的夹角为30度至90度；
设第一叶片和第二叶片之间的距离为上连接管中轴线与第二直管中轴线之间的距离d;在搅拌轴转动状态下，所述第一叶片和第二叶片转动的轨迹构成圆筒形状，两个圆筒形状的径向截面所在圆形的直径相同，设为Φ1 ;d为Φ1的0.05~0.2倍。
[0007]所述第一叶片的水平部分和所述第二直管之间连接有至少一个纵向隔离管；所述上连接管和所述下连接管之间连接有至少一个纵向隔离管。
[0008]所述搅拌叶片包括至少两个第一叶片和至少两个第二叶片；各个第一叶片围绕搅拌轴成轴对称，它们构成上叶片；各个第二叶片围绕搅拌轴成轴对称，它们构成下叶片。
[0009]第一叶片和第二叶片分别包括至少一个纵向隔离管。
[0010]所述第一弯管、第二直管、延长管、上连接管、下连接管和竖直管，它们的径向截面形状相同，都为圆形或腰形；所述腰形的上、下两边为直线，腰形的左、右两边为弧形；设腰形的左右两边之间的距离为a，设腰形的上下两边的距离为b，a为b的2倍。
[0011]对于含有纵向隔离管的情形，所述第一弯管、第二直管、延长管、上连接管、下连接管、竖直管和纵向隔离管，它们的径向截面形状相同，都为圆形或腰形；所述腰形的上、下两边为直线，腰形的左、右两边为弧形；设腰形的左右两边之间的距离为a，设腰形的上下两边的距离为b, a为b的1.8^2.2倍。
[0012]第一弯管的水平部分与搅拌轴之间的连接处、第一弯管的水平部分与竖直部分的连接处、第二直管与搅拌轴之间的连接处、第二直管与第一弯管的竖直部分的连接处、第一叶片的水平部分和第二直管与纵向隔离管之间的连接处、第一叶片与纵向隔离管的连接处、上连接管和下连接管分别与纵向隔离管之间的连接处，这些连接处均为圆滑过渡形状。延长管的端面的外凸，外凸部分的任一轴向截面为弧形。
[0013]一种搅拌器，包括搅拌器容器以及上述的搅拌叶片，所述搅拌叶片安装在搅拌器
容器中。
[0014] 在搅拌轴转动状态下:第一叶片转动的轨迹构成的圆筒形状，其轴向截面积设为SI ;第二叶片转动的轨构成圆筒形状，其轴向截面积设为S21 ;设搅拌容器的轴向截面积为S3 ；S1与S2之和为S3的0.7至0.9倍。设搅拌容器径向截面的直径为Φ2，Φ1为Φ2的
0.6 至 0.8 倍。
[0015]所述延长管的长度为Φ I的0.1至0.25倍。
[0016]所述下叶片的底端的形状与所述搅拌容器封头的内壁形状对应。
[0017]本发明搅拌叶片和搪玻璃搅拌器的有益效果为:由于在搅拌容器的纵剖面上的投影面积占容器的纵剖面积的比例大，不仅适合于固液、悬浮及晶析等操作，也适合于液液混合以及使气体从液面吸入的气液传质过程；上、下叶片之间的夹角为30~90度，促使形成上下循环流，上叶片下端其延长管长度为0.1~0.25倍搅拌器直径，连接了上叶片和下叶片之间流体的流动作用。纵向隔离管隔成的栅格，可增加搅拌容器中间流体的流动性能和剪切效果，还降低了搅拌功率消耗。
[0018]【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明搅拌叶片的立体示意图；
图2是本发明搅拌叶片的仰视示意图；
图3是本发明搅拌叶片中搅拌轴与上、下叶片连接的示意图； 图4是本发明搅拌叶片中上叶片的正视示意图；
图5是本发明搅拌叶片中下叶片的正视示意图；
图6是物料粘度为0.8Pa.s时本发明搅拌器与MIG搅拌器、螺带式搅拌器在两种物料混合时的混合性能评价曲线；
图7是物料粘度为5Pa.s时本发明搅拌器与MIG搅拌器、螺带式搅拌器在两种物料混合时的混合性能评价曲线；
图8是用于加工本搅拌叶片的管子腰形的径向截面示意图。
[0020]
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]图1显示了本发明管式搪玻璃搅拌叶片的结构示意图，包括搅拌轴1、上叶片和下叶片，上叶片和下叶片分别焊接在搅拌轴I上。上叶片包括一个或多个第一叶片2(本例选用2个第一叶片进行说明)，下叶片包括一个或多个第二叶片3 (本例选用2个第二叶片进行说明)。通过动力机构带动搅拌轴I旋转，搅拌轴I带动上叶片或下叶片旋转，通过上叶片和下叶片的旋转实现搅拌功能。
[0023]图4显示了第一叶片2的结构示意图，第一叶片包括第一弯管21和第二直管22。第一弯管21包括相互垂直的水平部分211和竖直部分212，在一个实施例中，当水平部分211和竖直部分212—体成型时，这两部分外形呈“7”形。在另一个实施例中，水平部分211和竖直部分212可以作为两个独立的部件连接在一起，连接处以圆弧过渡。水平部分211的第一端连接至搅拌轴I，而第二端连接至竖直部分。
[0024]第二直管22的第一端连接至搅拌轴I而第二端连接至竖直部分212，第二直管22可以与水平部分211平行、也可以成一定角度(例如5度)，第二直管22的第一端与水平部分211的第一端间隔一定距离而第二直管22的第二端与水平部分的第二端也间隔一定距离，这两个距离可以相等也可以不相等，从而水平部分211、竖直部分212和第二直管22限定出一个格栅，当搅拌时搅拌器中的流体可以从格栅中流过。
[0025]第一叶片还包括延长管24，当延长管24和竖直部分212 —体成型时，延长管24是竖直部分212的延长部分，也就是第二直管22的第二端与竖直部分212的连接点将一根管分成两部分:竖直部分212和延长管，即连接点之下的部分是延长管24。在一个实施例中，延长管24也可以作为独立的部件连接至竖直部分212。设第一叶片和第二叶片之间的距离为上连接管中轴线与第二直管中轴线之间的距离d ;在搅拌轴转动状态下，所述第一叶片和第二叶片转动的轨迹构成圆筒形状，两个圆筒形状的径向截面所在圆形的直径相同，设为Φ I ;d为Φ I的0.05?0.2倍。
[0026]图5显示第二叶片的结构示意图，第二叶片3包括上连接管31、下连接管32和竖直管33，这三部分限定出一个格栅，当搅拌时搅拌器中的流体可以从格栅中流过。上连接管31的第一端连接至搅拌轴I而第二端连接至竖直管33的顶端，下连接管32的第一端连接至搅拌轴I而第二端连接至竖直管33的底端，即竖直管33的两端分别与上连接管31的第二端和下连接管32的第二端相连。
[0027]当第二叶片3的制造方式是，上连接管31、下连接管32和竖直管33通过一根管弯曲而成。上连接管31、下连接管32和竖直管33也可以作为两个或三个独立的部分相连。
[0028]此外，下叶片的底端的形状与搅拌容器封头的形状相对应，即第二叶片3转动的轨迹构成圆筒形状的底面的形状与搅拌容器封头的内壁形状对应。当下叶片包括两个第二叶片3时，两个第二叶片3中的下连接管32构成的形状与搅拌容器封头内壁的形状相对应。这有利于底部物料的均匀混合。
[0029]第一叶片2和第二叶片3中还分别包括至少一个纵向隔离管41。在第一叶片2中，纵向隔离管41连接在水平部分211和第二直管22之间。在第二叶片3中，纵向隔离管41连接在上连接管31和下连接管32之间。
[0030]在一个实施例中，第一叶片2包括一个纵向隔离管41，当搅拌轴1、第一弯管21和第二直管22之间的格栅为矩形时，纵向隔离管41将第一叶片2分成面积相等的两个小格栅，即两个小格栅对称分布在纵向隔离管41的两侧；第二叶片2也包括I个纵向隔离管41，当搅拌轴1、上连接管31、下连接管32和竖直管33之间的格栅为矩形时，纵向隔离管41将第二叶片3分成面积相等的两个小格栅，即两个小格栅对称分布在纵向隔离管41的两侧。
[0031]上叶片和下叶片中的格栅为矩形栅格，可以增加搅拌容器中间流体的流动性能和剪切效果，还降低了搅拌功率消耗。
[0032]图3显示了第一叶片2和第二叶片3分别与搅拌轴I连接的示意图。本发明中第一叶片2和第二叶片3中的所有部件都在一个平面上。安装时，在一个实施例中，第一叶片2和第二叶片3可以都不倾斜安装，这时第一叶片2中的竖直部分212与搅拌轴I的轴线成之间的夹角为O度，第二叶片3中的竖直管33与搅拌轴I的轴线之间的夹角为O度。在另一个实施例中，第一叶片2和第二叶片3中的至少一者可以与搅拌轴I成一定角度,这时第一叶片2中的竖直部分212可以与搅拌轴I的轴线成一定角度(例如5度至30度)，第二叶片3中的竖直管33也可以与搅拌轴I的轴线成一定角度(例如5度至30度)。
[0033]第一叶片2和第二叶片3的数量可以根据需要进行选择。例如，搅拌叶片可以分别包括一个、两个、三个或更多个第一叶片2和第二叶片3 (本例中都以两个为例)。在一个实施例中，包括两个第一叶片2和两个第二叶片3，两个第一叶片2分别位于搅拌轴I的两侧并且在一条直线上(即两个第一叶片2之间的夹角为180度)，两个第二叶片3分别位于搅拌轴I的两侧并且也在一条直线上(即两个第二叶片3之间的夹角为180度)；任意一个第一叶片2与任意一个第二叶片3的夹角为90度，即上叶片(包括两个第一叶片2)与下叶片(包括两个第二叶片3)垂直。
[0034]图2显示了第一叶片2和第二叶片3之间的夹角。第一叶片2和第二叶片3之间的夹角为任意夹角(即O度至360度)，本发明优选30度至90度。该夹角是第一弯管21中的水平部分211与第二叶片3中上连接管31或者下连接管32之间的夹角。可替代地，该夹角是第一弯管21中的第二直管22与第二叶片3中上连接管31或者下连接管32之间的夹角。由于上叶片和下叶片之间的夹角为30至90度，以促使形成上下循环流，上叶片延长管的扁椭圆管长度为0.1?0.25倍搅拌器直径，从而起到连接上、下叶片之间流体的流动作用。
[0035]叶片与搅拌容器之间具有特定的比例关系:搅拌叶片安装在搅拌容器中，搅拌轴1、上叶片和下叶片在搅拌容器的纵剖面上的投影面积占搅拌容器的纵剖面积的比例是0.7至0.9，搅拌器的直径与搅拌容器的内径的比例是0.6至0.8。
[0036]由于在搅拌容器的纵剖面上的投影面积占容器的纵剖面积的比例大，不仅适合于固液、悬浮及晶析等操作，也适合于液液混合以及使气体从液面吸入的气液传质过程，同时上下叶片不仅使容器壁面的各部分传热膜系数比较均匀，也提高了整体传热膜系数。
[0037]本发明搪玻璃搅拌设备(包括搪玻璃搅拌叶片和搅拌容器)是以二氧化硅为主体，经900°C左右的多次高温煅烧，使玻璃质瓷釉牢固地密着于金属铁胎表面，形成一种玻璃状瓷层，它具有类似于玻璃的化学稳定性，光滑、耐腐蚀性，又具有金属材料的强度和刚度，是一种优良的耐腐蚀设备。采用该方法烧制的搪玻璃搅拌器具有耐腐蚀、不粘性、绝缘性、隔离性等优点，广泛应用于化工、石油、医药、农药、合成橡胶、合成纤维、塑料以及国防工业等工业生产和科学研究中的反应、蒸发、聚合、皂化、磺化、硝化等操作。
[0038]由于搪玻璃设备系高温烧结制成，搅拌器叶片不能采用一般的钢板制造，本发明系采用圆形管或扁椭圆形管(如图8，即截面为腰形，设腰形的左右两边之间的距离为a，设腰形的上下两边的距离为b，a为b的1.8^2.2倍，优选为2倍。)经焊接制造。上叶片和下叶片分别与搅拌轴I的焊接为插入式连接。此外，对叶片与叶片之间、叶片与搅拌轴之间采用圆角过渡，保证了搪玻璃搅拌器的制造质量。
[0039]当搅拌轴I运转时，工作介质在搅拌器作用下，其上叶片、下叶片都产生很强的径向流，流体到达容器壁面后分成两部分，一部分向上到达自由液面后改变方向并聚集在轴周围，由于上叶片、下叶片中栅格的存在，以及由于交错配置的上下叶片间存在的压力梯度而引发流体沿轴向下流动；另一部分流体向下流动，在容器底封头的作用下，沿轴向上流动，形成总体区域的循环流，有利于搅拌混合作用。容器内介质的流动循环状态，不仅提高了整体传热膜系数，也使容器壁面的局部传热膜系数趋于均匀。
[0040]经过大量的实验研究，无论是低粘体系还是中高粘体系，当两种物料混合时，和传统的几种搅拌器相比，在消耗相同的单位体积功率下，新型搅拌器的混合时间数最少，混合速率最快。说明本发明的新型叶片式搪玻璃搅拌器在消耗较少的能量下就能达到预期的混合效果，具有明显的节能效果。
[0041]工业上常在同种物料下，通过比较不同搅拌器在消耗相同的单位体积功率下的混合时间数的大小来评价搅拌器混合性能的好差。以μ 0.8Pa.s和粘度μ =5Pa.s两种粘度体系进行搅拌混合实验，所得结果如图6和图7所示。实验结果表明:本发明搪玻璃搅拌器和传统的适合于低粘体系的MIG搅拌器及适合中高粘体系的螺带式搅拌器比较，无论是低粘体系还是中高粘体系，在消耗相同的单位体积功率下，新型搅拌器的混合时间数最小，混合速率最快。说明新型搪玻璃搅拌器在消耗较少的能量下就能达到预期的混合效果，和传统搅拌器相比具有明显的节能效果。 [0042]本发明还提供了一种搪玻璃搅拌器，包括搅拌器容器和上文所述的搅拌叶片，搅拌叶片安装在搅拌器容器中。该搅拌器允许液面有较大的波动，保持高效的混合性能，提高了设备的安全性，其结构比较简单，加工方便，也较易进行工业放大。
[0043]应理解，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种管式搪玻璃搅拌叶片，包括搅拌轴(I)、第一叶片(2)和第二叶片(3)，其特征在于: 所述第一叶片(2)包括第一弯管(21)和第二直管(22);所述第一弯管(21)包括相互垂直的水平部分(211)和竖直部分(212);所述水平部分(211)连接至搅拌轴(I);所述第二直管(22)的第一端连接至搅拌轴(I)并且第二端连接至所述第一弯管(21)的竖直部分(212);所述第二直管(22)在第一弯管(21)的竖直部分(212)下方；所述第二直管(22)的第二端与所述竖直部分(212)的连接点之下的部分是延长管(24);所述第一弯管(21)、第二直管(22)、延长管(24)以及搅拌轴(I)在同一平面，该平面即为第一叶片(2)所在平面；所述第二叶片(3)包括上连接管(31)、下连接管(32)和竖直管(33);所述上连接管(31)和下连接管(32)的第一端分别连接至所述搅拌轴(1)，所述上连接管(31)和所述下连接管(32)的第二端分别与所述竖直管(33)的两端相连；所述上连接管(31)、下连接管(32)、竖直管(33)以及搅拌轴(I)在同一平面，该平面即为第二叶片(3)所在平面； 所述第一叶片(2)所在平面和第二叶片(3)所在平面之间的夹角为30度至90度； 设第一叶片(2)和第二叶片(3)之间的距离为上连接管(31)中轴线与第二直管(22)中轴线之间的距离d;在搅拌轴(I)转动状态下，所述第一叶片(2)和第二叶片(3)转动的轨迹构成圆筒形状，两个圆筒形状的径向截面所在圆形的直径相同，设为Φ1 ;(1为Φ1的0.05 ~0.2 倍。
2.根据权利要求1所述的搅拌叶片，其特征在于，所述第一叶片(2)的水平部分(211)和所述第二直管(22)之间 连接有至少一个纵向隔离管(41);所述上连接管(31)和所述下连接管(32)之间连接有至少一个纵向隔离管(41)。
3.根据权利要求1或2所述的搅拌叶片，其特征在于， 所述第一叶片(2)有I个或多个；多个第一叶片(2)围绕搅拌轴成轴对称，它们构成上叶片； 所述第二叶片(3)有I个或多个；多个第二叶片(3)围绕搅拌轴成轴对称，它们构成下叶片。
4.根据权利要求3所述的搅拌叶片，其特征在于，延长管(24)的底端的轴向截面为圆弧形状。
5.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，所述延长管(24)的长度为Φ1的0.1至0.25倍。
6.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，所述第一弯管(21)、第二直管(22)、延长管(24)、上连接管(31)、下连接管(32)和竖直管(33)，它们的径向截面形状相同，都为圆形或腰形； 所述腰形的上、下两边为直线，腰形的左、右两边为弧形；设腰形的左右两边之间的距离为a，设腰形的上下两边的距离为b，a为b的1.8^2.2倍。
7.根据权利要求2所述的搅拌器，其特征在于，所述第一弯管(21)、第二直管(22)、延长管(24)、上连接管(31)、下连接管(32)、竖直管(33)和纵向隔离管，它们的径向截面形状相同，都为圆形或腰形； 所述腰形的上、下两边为直线形，腰形的左、右两边为弧形；设腰形的左右两边之间的距离为a，设腰形的上下两边的距离为b，a为b的1.8^2.2倍。
8.一种搅拌器，其特征是包括搅拌器容器以及权利要求1~5任一所述的搅拌叶片，所述搅拌叶片安装在搅拌器容器中。
9.根据权利要求8所述搅拌器，其特征在于，在搅拌轴(I)转动状态下:第一叶片(2)转动的轨迹构成的圆筒形状，其轴向截面积设为SI ;第二叶片(3)转动的轨迹构成圆筒形状，其轴向截面积设为S2 ； 设搅拌容器的轴向截面积为S3 ；S1与S2之和为S3的0.7至0.9倍； 设搅拌容器径向截面的直径为Φ2，Φ1为Φ2的0.6至0.8倍。
10.根据权利要求8所述搅拌器，其特征在于，第二叶片(3)转动的轨迹构成圆筒形状的底面的形状与搅拌容器封头的内壁形状对应。
【文档编号】B01J19/18GK103962042SQ201410141847
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】张建, 林兴华, 潘俊杰, 雍兆铭 申请人:江苏省溧阳市云龙设备制造有限公司