一种多级剪切式混合器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工生产领域，更具体地说，它涉及一种多级剪切式混合器。
【背景技术】
[0002]混合器是应用于化工混合单元针对大流量、大比重差以及萃取单元要求较高混合效果以及多次混合效果的工艺要求。详细的说，是一种将两者不相溶的化工原料进行多级充分混合的强制混合器。
[0003]在化工混合过程中常用的方法主要有:釜式混合器、静态混合器等，混合动力如搅拌、超声波、高频振荡以及最简单的鼓泡混合等。这些已知的方法有下述的缺点:
①釜式混合器:物料有有较长的停留时间，但物料之间不相溶，且常常之间比重差较大，为使全釜达到高的混合效果就需要大的搅拌功率，因此能耗高且系统存量大；
②静态混合器:能耗低，物料停留时间短，分散效果好，但对于不相溶物料在萃取前混合的应用场合，存在物料间微观混合次数偏低的缺陷；
③超声、高频振荡等方法:运行能耗高,对物料体系极性有一定的要求,此外还可能产生电磁干扰，对自控原件及系统造成干扰；
④鼓泡:对比重差大、不相溶体系难以操作，同时对易燃易爆体系无法适用。
[0004]混合器的流体运动存在两种截然不同的运动状态:规则的流体运动(层流)和不规则的流体运动(湍流)，其中层流运动具有规则性，流体运动时层次分明，没有混合现象。而湍流运动杂乱而无规律性(运动具有脉动性)，不同层次的流体质点发生激烈的混合现象，流体质点的运动轨迹杂乱无章，其对应的物理量随空间激烈变化。
[0005]混合器内叶轮搅拌时，混合器内壁的水流，沿垂直水流方向可分为3层:粘性底层、过渡区和湍流区:
①粘性底层是一个紧贴内壁的极薄层，由于受到内壁的限制，脉动运动几乎完全消失，粘滞起主导作用。粘性底层的粘性切应力是主要特征因素，湍流切应力极小可忽略，所以流动近似层流状态，流速呈线性分布(越靠近内壁流体的流速越低)且流速极小，因此该层对混合的影响可忽略不计。
[0006]②湍流区是主流区，占据绝大部分流体断面，改区域内湍流切应力是主要特征因素，粘性切应力很小(因为远离内壁，内壁对流体的影响也因此相对降低)，产生尺度大且强度低的涡流，以涡流扩散为主，不同层次的流体质点发生激烈的混合现象。
[0007]③过渡区是不稳定的区域，可能是层流，也可能是湍流，位于湍流区和粘性底层之间。
[0008]目前，中国公开了申请号为CN95196634.0 一种用于液体或悬浮物的混合器，其包含两个混合室，每个提供有一个外部入口。两室彼此相连，使第一室通向第二室。在两室共用的旋转轴上设置多个混合件。在两室中的混合件具有不同的形状。在第一室中，混合件被设置通过大的剪切力来实现混合。在第二室中混合件被设置通过基本上无剪切力的搅拌来达到混合。一种连续混合的方法包括在第一混合室中把少量第一液体和相当大量第二液体混合，而其中在第一混合室中混合是通过高的剪切力来进行的。在第二混合室中通过基本上无剪切力的搅拌来对所获得的混合物进行混合。但是这种混合器是通过螺旋桨对混合液进行搅拌，使之形成一个向下的大涡流，流体断面内湍流区域以叶轮所在的位置为主，无法在混合器搅拌的过程中形成大范围的湍流区域，形成的涡旋少，不同流层之间介质混动少，因此混合效果差。
[0009]因此，急需一种能够扩大混合器内流体湍流区域的设备，通过搅乱混合器内的层流现象达到湍流混合效果。以加快两种不相溶、不同粘度和比重物料的混合。
【发明内容】
[0010]针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多级剪切式混合器，专门针对大流量、大比重差以及萃取单元要求较高混合效果以及较长混合时间的工艺要求。
[0011]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:一种多级剪切式混合器，包括电机、外壳和主轴，所述的电机与主轴相连接，所述的主轴固定连接有若干叶轮，所述的外壳内壁固定有加强混合液湍流混合状态的管道内构件，管道内构件包括挡板，所述的挡板与外壳固定，所述的挡板上设有若干湍扰部，所述湍扰部间隔设置于挡板朝向主轴的一侧，所述湍扰部呈板片状凸起。
[0012]通过采用上述技术方案，叶轮搅动混合液，液体与管道内构件接触，形成湍流混合状态，能够使混合液混合更为均匀，增加混合速度；本发明能使不相溶、不同粘度、不同比重物料强制多次混合，不相溶物料在通过该混合器过程中受到多次强剪切混合，保证了多项物料体系充分相互接触。
[0013]由于混合器在叶轮转动过程中，混合液转动并呈层流运动，具有一定的规律性；因此通过波浪形设置的挡板湍扰部对转动的混合液流体进行干扰，挡板湍扰部波浪处的流体流速不均，流体切应力大小不同且方向也不同，改变流体的移动时的应力，能够产生大量的小型涡旋，破坏其规律性，加快不同的两种液态物料，达到湍流混合的目的。
[0014]本发明进一步设置为:所述的挡板呈“S”型扭曲设置。
[0015]通过采用上述技术方案，“S”型挡板的设置，在叶轮搅动混合液的过程中，保证混合液在“S”型挡板的部位搅动不均，在湍流拉伸、剪切作用下，大旋涡分裂成较小尺度的涡旋，能量从大涡旋传递到小涡旋，小涡旋则向更小的涡旋传递，直到更小尺度的涡旋，使混合液内两种物料能够充分混合。
[0016]本发明进一步设置为:所述的外壳呈管状结构，外壳的两端封闭，所述的叶轮数量为2~5个，叶轮直径为外壳直径的0.25-0.5倍。
[0017]通过采用上述技术方案，当叶轮数量取I个时，叶轮对混合液的搅动作用较小，混合效果极地，当叶轮数量大于5时，叶轮对混合液的搅动作用明显，但是混合液处于整体搅动状态(上层物料和下层物料的转动速度几近相同)，无法形成湍流涡旋，影响物料混合。因此取叶轮数量在2~5之间时，搅动作用明显，并且能够避免整体搅动状态的发生，使物料混合液能够形成湍流混合状态。
[0018]叶轮直径过小，叶轮对物料的剪切力小，对混合液的搅动较小，叶轮直径过大，剪切力较大，但是转动时易造成混合液处于整体搅动状态，因此取叶轮直径为外壳直径的
0.25-0.5倍，使叶轮和外壳之间留有0.75-0.5倍的间隙供混合液同S型挡板进行相互作用，形成多出较小的涡旋，达到湍流混合状态，加快混合作用。
[0019]本发明进一步设置为:所述相邻的叶轮间距为叶轮直径1.2-1.8倍。
[0020]由于叶轮间距较近时易造成叶轮附近的流体产生层流现象，导致搅拌的流体呈整体回转，此现象称为共同混合回转现象。
[0021]通过采用上述技术方案，控制相邻叶轮之间间距，以防止共同混合回转区出现，避免两种介质混合不完全情况的出现；叶轮之间的间距越小，则越容易发生整体搅动状态发生，若间距越大，则两处叶轮中间部位的物料难以得到搅动，因此取叶轮间距为叶轮直径的
1.2-1.8倍，既能避免整体搅动状态的发生，又能保证叶轮之间部位物料的得到搅动。
[0022]本发明进一步设置为:所述的挡板数量为2~4个，所述的挡板宽度为外壳直径的1/12?1/8。
[0023]通过采用上述技术方案，当挡板数量为I时，叶轮搅动时不对称，造成单方向的振动；挡板对搅动后的混合液产生阻力并使混合液产生湍流涡旋，当挡板数量大于4时，阻力过大，叶轮所需的负荷较大，混合效果降低，因此挡板数量为2~4个。
[0024]挡板宽度小于外壳直径的1/12时，挡板对混合液的作用较低，难以产生湍流混合状态，若挡板宽度大于外壳直径的1/8，挡板对混合液的阻力过大，对叶轮的负荷大，若不增加叶轮的功率，混合效果将变低。因此取挡板宽度为外壳直径的1/12~1/8。
[0025]本发明进一步设置为:所述外壳内壁还设有旋转三脚架，所述的旋转三脚架包括转动部和固定脚，所述固定脚与外壳内壁固定，所述的主轴一端与电机连接，主轴的另一端与旋转部连接。
[0026]通过采用上述技术方案，三脚架固定于外壳内壁，主轴与三脚架的旋转部位相连结，此处设置减少了主轴在外壳上的开口，是的外壳上仅有一处开口(主轴与电机相连接的一端)，减少了泄漏的几率，提高混合器的密封性。
[0027]本发明进一步设置为:所述外壳外壁螺旋包覆有热交换夹套，所述热交换夹套内部呈中空状。
[0028]通过采用上述技术方案，通过网热交换夹套内通热蒸汽，可利用热交换夹套对混合器内的混合液进行加热，加热可增加混合液的混合效率，也可用于混合液的加热化学反应。
【附图说明】
[0029]图1为本发明多级剪切式混合器实施例的结构示意图；
图2为本发明多级剪切式混合器实施例的内部结构示意图；
图3为电机、主轴、叶轮和旋转三脚架连接结构示意图；