一种板式搅拌叶片及搪玻璃搅拌器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种板式搅拌叶片及搪玻璃搅拌器，本发明板式搅拌叶片包括搅拌轴、第一叶片和第二叶片，第一叶片包括第一水平板、第二水平板和竖直板；第二叶片包括上连接板、下连接板和竖直板；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上述搅拌叶片，搅拌叶片安装在搅拌器容器中。有益效果为：上叶片和下叶片促使形成上下循环流，纵向隔离板隔成的栅格增加了搅拌容器中间流体的流动性能和剪切效果，折边增加了放射流的排出。
【专利说明】一种板式搅拌叶片及搪玻璃搅拌器
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种板式搅拌叶片以及包括该叶片的搪玻璃搅拌器。
[0003]【背景技术】
[0004]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。
[0005]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。
[0006]
【发明内容】
[0007]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以及必须采用管子制造的缺点，提供一种在物料体系的粘度变化时混合效率更高并且不必采用管子制造的搅拌叶片和搅拌器。本发明的技术方案如下:一种板式搪玻璃搅拌叶片，包括搅拌轴1、第一叶片2和第二叶片3 ；
所述第一叶片2包括第一水平板21、第二水平板22和第一竖直板23，第一水平板21在第二水平板22的上方；所述第一水平板21的第一端连接至搅拌轴I并且第二端连接至第一竖直板23 ;所述第二水平板22的第一端连接至搅拌轴I并且第二端连接至所述第一竖直板23 ;所述第二水平板22的第二端与所述第一竖直板23的连接点之下的部分是延长板25 ;所述第一水平板21、第二水平板22、第一竖直板23以及搅拌轴I在同一平面，该平面设为面α ；
所述第二叶片3包括上连接板31、下连接板32和第二竖直板33 ;所述上连接板31和下连接板32的第一端分别连接至所述搅拌轴1，所述上连接板31和下连接板32的第二端分别与所述第二竖直板33的两端相连；所述上连接板31、下连接板32和第二竖直板33以及搅拌轴I在同一平面，该平面设为面β ;
面α和面β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板31的中轴线与第二水平板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Φ I ;d为Φ I的0.05?0.2倍。
[0008]所述第一叶片2和/或第二叶片3的边缘设有折边40 ；
对于第一叶片2，折边40位于在第一竖直板23的外缘；折边40所在平面与面α所成夹角为30至60度，且折边40指向第一叶片2转动的反向；
对于第二叶片3，折边40位于在第二竖直板33的外缘；折边40所在平面与面β所成夹角为30至60度，且折边40指向第二叶片3转动的反向。
[0009]所述第一叶片2中第一水平板21和第二水平板22之间还连接有至少一个纵向隔离板41 ;所述第二叶片3中上连接板31和下连接板32之间还连接有至少一个纵向隔离板41。
[0010]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；多个第一叶片3围绕搅拌轴成轴对称，它们构成下叶片。
[0011]所述延长板25的长度等于Φ I的0.1至0.25倍；所述延长板25的底部为圆弧形状。
[0012]一种搪玻璃搅拌器，包括搅拌器容器以及上述的搅拌叶片，搅拌叶片安装在搅拌器容器中。
[0013]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Φ2，01为02的0.6至0.8倍。
[0014]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。
[0015]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，上叶片下端其延长的延长板长度为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。纵向隔离板隔成的栅格，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。折边40所在的平面与主体部分所在的平面之间的夹角为30度至60度，增加了放射流的排出。
[0016]
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明板式搅拌器叶片的立体示意图；
图2是本发明板式搅拌器叶片的正视示意图；
图3是本发明板式搅拌器叶片的俯视示意图； 图4是本发明板式搅拌器叶片中折边夹角的示意图；
图5是本发明板式搅拌器叶片中搅拌轴与上、下叶片连接的示意图；
图6是本发明板式搅拌器叶片中上叶片的正视示意图；
图7是本发明板式搅拌器叶片中下叶片的正视示意图；
图8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9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。
[0018]
【具体实施方式】
[0019]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。
[0020]图1-3显示了本发明的板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(下文中采用两个第一叶片为例)，下叶片包括一个或多个第二叶片3 (下文中采用两个第二叶片为例)。如下文详细描述的，搅拌轴I采用钢管制造，上叶片和下叶片采用搪玻璃专用钢板(该专用钢板说明见后文介绍)制造，然后与搅拌轴焊接组成。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。
[0021]图6显示了第一叶片2的结构示意图，第一叶片包括第一水平板21、第二水平板22以及第一竖直板23。第一水平板21的第一端和搅拌轴I相连，第一水平板21的第二端和第一竖直板23相连，第二水平板22的第一端和搅拌轴I相连，第二盐析22的第二端和第一竖直板23相连，第一竖直板23的两端分别与第一水平板21的第二端和第二水平板22的第二端相连。
[0022]第二水平板22可以与第一水平板21平行、也可以成一定角度(例如5度)，第二水平板22的第一端与第一水平板21的第一端间隔一定距离而第二水平板22的第二端与第一水平板21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，从而第一直板
21、第一竖直板23和第二水平板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。
[0023]第一叶片还包括延长板25，当延长板25和第一竖直板23 —体成型时，延长板25是第一竖直板23的延长部分，也就是第二水平板22的第二端与第一竖直板23的连接点将一块板分成两部分:第一竖直板23和延长板25，即连接点之下的部分是延长板25。在一个实施例，延长板25也可以作为独立的部件连接至第一竖直板23。
[0024]图7显示第二叶片的结构示意图，第二叶片3包括上连接板31、下连接板32和第二竖直板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。上连接板31的第一端连接至搅拌轴I而第二端连接至第二竖直板33的顶端，下连接板32的第一端连接至搅拌轴I而第二端连接至第二竖直板33的底端，即第二竖直板33的两端分别与上连接板31的第二端和下连接板32的第二端相连。[0025]当第二叶片3包括延长板时，其结构和连接类似与第一叶片中延长板的结构和连接。当第二叶片3不包括延长板时，上连接板31、下连接板32和第二竖直板33可以一体成型。当然，上连接板31、下连接板32和第二竖直板33也可以作为两个或三个独立的部分相连。
[0026]此外，下叶片的底端的形状与搅拌容器封头的形状相对应。当下叶片包括两个第二叶片3时，两个第二叶片3中的下连接板32构成的形状与搅拌容器封头的形状相对应。在一个实例中，两个下连接板32的纵向剖面为弧形，搅拌容器封头的形状也为弧形，这有利于底部物料的均匀混合。
[0027]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板41。在第一叶片2中，纵向隔离板41连接在第一水平板21和第二水平板22之间，。在第二叶片3中，纵向隔离板41连接在上连接板31和下连接板32之间。
[0028]在一个实施例中，第一叶片2包括I个纵向隔离板41，当搅拌轴1、第一水平板21、第二水平板22和第一竖直板23之间的格栅为矩形时，纵向隔离板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板41的两侧；第二叶片2也包括I个纵向隔离板41，当搅拌轴1、上连接板31、下连接板32和第二竖直板33之间的格栅为矩形时，纵向隔离板41将第二叶片3分布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板41的两侧。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。
[0029]如图4所示，第一叶片2和第二叶片3中的至少一者包括折边40，本发明优选将折边40设置在下叶片(即包括两个第二叶片3)上。折边40的面积可以根据需要进行选择。在一个实施例中，当第一叶片2包括折边40时，折边40是竖直部23的一部分；当第二叶片3包括折边40时，折边40是竖直部33的一部分。在另一个示例中，折边40可以作为单独的部件连接至第一叶片2和第二叶片3。当仅下叶片包括折边40时，折边的宽度为30?100毫米，优选40毫米，长度为第二竖直板33的长度。
[0030]从而，第一叶片2或者第二叶片3可以分为两部分:折边40以及除折边40之外的主体部分，折边40所在的平面与主体部分所在的平面之间的夹角(本发明中也称为折边倾斜角)为30度至60度，优选40度。由于折边倾斜角为30度到60度，从而增加了放射流的排出。
[0031]第一叶片2和第二叶片3可以一体成型，也可以由上文所描述的多个部件组合而成。如下文详细描述的，本发明搅拌叶片采用搪玻璃专用钢板制造，易于对叶片进行各种裁剪，所以优选对第一叶片2和第二叶片3采用一体成型的制造方式，通过裁剪形成上文所描述的格栅。
[0032]图5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中的第一竖直板23与搅拌轴I的轴线成之间的夹角为O度，第二叶片3中的第二竖直板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中的第一竖直板23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中的第二竖直板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 (本例中采用两个)。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]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。该夹角是第一叶片2中的第一水平板21与第二叶片3中的上连接板31或者下连接板32之间的夹角。可替代地,该夹角是第一叶片2中的第一水平板21与第二叶片3中上连接板31或者下连接板32之间的夹角。
[0035]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，上叶片延长板的长度为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。
[0036]上叶片下端和下叶片上端之间的距离:可以根据需要进行选择，该距离为上连接板31的中轴线与第二水平板22中轴线之间的距离d。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01的
0.05?0.2倍。本例中,第一叶片2和第二叶片3之间的距离是25mm。
[0037]叶片与搅拌容器之间的比例关系:搅拌叶片安装在搅拌容器中，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，Φ I为Φ2的0.6至0.8倍。
[0038]所述延长板25的长度等于Φ I的0.1至0.25倍；所述延长板25的底部为圆弧形状。
[0039]采用上述搅拌叶片的搪玻璃搅拌器，包括搅拌器容器以及上述的搅拌叶片，搅拌叶片安装在搅拌器容器中。
[0040]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，不仅适合于液液、固液及悬浮等操作，也适合于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局部传热膜系数较均匀，也提高了整体传热膜系数。
[0041]本发明的搅拌叶片采用专用钢板进行制造，是因为我国“搪玻璃压力容器用热轧钢板Q/ASB 203-2012”的研制成功并投入应用的结果。搪玻璃压力容器用热轧钢板的开发，使得搪玻璃搅拌器的制造和一般压力容器制造一样简单、方便。搪玻璃搅拌器的制造过程如下:由于叶片的形状有弯曲、凹凸和平面等各种形状，采用搪玻璃专用钢板易于对叶片进行各种裁剪，然后叶片与叶片、叶片与搅拌轴之间采用焊接连接，使搅拌轴和叶片成为一体，经多次高温烧结，使玻璃质瓷釉牢固地密着于专用钢板表面上，成为光滑、耐腐蚀的搪玻璃搅拌器。这样就摆脱了传统搪玻璃搅拌器必须使用管子来制造的缺点。
[0042]当搅拌轴运转时，工作介质在搅拌器作用下，其上下桨叶都产生很强的径向流，在到达容器壁面后分成两部分流体，一部分到达自由液面后改变方向并聚集在轴周围，由于上下桨叶中栅格的存在，以及交错配置的上下桨叶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，在筒底封头的作用下，最后沿轴向上流动，形成总体区域的循环流，下叶片的折边的作用是增加放射流的排出，这样不仅使容器壁面的局部传热膜系数较均匀，也提高了整体传热膜系数。
[0043]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。说明发明的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，其节能效果明显。
[0044]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。以粘度μ =0.8Pa.s和μ =5Pa.s两种粘度体系进行搅拌混合实验，所得结果如图8和图9所示。实验结果表明:本发明的新型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。
[0045]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，采用搪玻璃压力容器用热轧钢板制造，其结构比较简单，加工方便，且易于进行工业放大。
[0046]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】
1.一种板式搪玻璃搅拌叶片，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)包括第一水平板(21)、第二水平板(22)和第一竖直板(23)，第一水平板(21)在第二水平板(22)的上方；所述第一水平板(21)的第一端连接至搅拌轴(I)并且第二端连接至第一竖直板(23);所述第二水平板(22)的第一端连接至搅拌轴(I)并且第二端连接至所述第一竖直板(23);所述第二水平板(22)的第二端与所述第一竖直板(23)的连接点之下的部分是延长板(25);所述第一水平板(21)、第二水平板(22)、第一竖直板(23)以及搅拌轴(I)在同一平面，该 平面设为面α ； 所述第二叶片(3)包括上连接板(31)、下连接板(32)和第二竖直板(33);所述上连接板(31)和下连接板(32)的第一端分别连接至所述搅拌轴(1)，所述上连接板(31)和下连接板(32)的第二端分别与所述第二竖直板(33)的两端相连；所述上连接板(31)、下连接板(32)和第二竖直板(33)以及搅拌轴(I)在同一平面，该平面设为面β ； 面α和面β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板(31)的中轴线与第二水平板(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 ;d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)和/或第二叶片(3)的边缘设有折边(40)； 对于第一叶片(2)，折边(40)位于在第一竖直板(23)的外缘；折边(40)所在平面与面α所成夹角为30至60度,且折边(40)指向第一叶片(2)转动的反向； 对于第二叶片(3)，折边(40)位于在第二竖直板(33)的外缘；折边(40)所在平面与面β所成夹角为30至60度，且折边(40)指向第二叶片(3)转动的反向。
3.根据权利要求2所述的搅拌叶片，其特征在于，所述第一叶片(2)中第一水平板(21)和第二水平板(22)之间还连接有至少一个纵向隔离板(41);所述第二叶片(3)中上连接板(31)和下连接板(32)之间还连接有至少一个纵向隔离板(41)。
4.根据权利要求3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；多个第一叶片(3)围绕搅拌轴成轴对称，它们构成下叶片。
5.根据权利要求14所述的搅拌叶片，其特征在于，所述延长板(25)的长度等于Φ1的0.1至0.25倍；所述延长板(25)的底部为圆弧形状。
6.一种搪玻璃搅拌器，包括搅拌器容器以及权利要求1~5中任一权利要求所述的搅拌叶片，所述搅拌叶片安装在搅拌器容器中。
7.根据权利要求6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Φ2，01为02的0.6至0.8倍。
8.根据权利要求6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】B01J19/18GK103962041SQ201410141846
【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