一种新型环形弹性刚柔组合搅拌桨搅拌反应器的制作方法

本发明涉及化工、石化、轻工、医药、冶金、水处理等生产工艺中流体混合装置内的搅拌桨，具体是一种新型环形弹性刚柔组合搅拌桨搅拌反应器。

背景技术

机械搅拌反应器广泛应用于化工、石化、轻工、医药、冶金、水处理等行业中，其工作原理是通过搅拌桨的旋转向搅拌槽内混合体系输入机械能，强化反应过程的传热和传质，提高生产效率。

搅拌桨作为搅拌反应器的重要核心部件之一，它能够向流体给予所需的适宜能量，从而促使流场多尺度结构的演化、形成、位移及多尺度流场结构间能量和物质的传递，但搅拌反应器通过搅拌桨向流场输入的总机械量真正用于流体内部混合的不到5％，经常需要通过增大搅拌转速来达到所需的混合状态。

研究发现，柔性体在流场中可形成明显不同于刚性桨的涡结构，其多尺度流场结构不稳定性增强，可强化流体混沌混合行为。

因此，现有技术中需要一种新型环形弹性刚柔组合搅拌桨搅拌反应器。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种新型环形弹性刚柔组合搅拌桨搅拌反应器。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种新型环形弹性刚柔组合搅拌桨搅拌反应器，其特征在于：包括搅拌轴、刚性搅拌桨、环和弹簧。

所述搅拌轴为圆柱体结构。

所述搅拌轴的柱体外壁上固定连接有若干个刚性搅拌桨。若干个所述刚性搅拌桨将搅拌轴分为至少两层，每层上的刚性搅拌桨在搅拌轴的截面上呈辐射状均匀分布。每层上的刚性搅拌桨的数量相等。每层的刚性搅拌桨的数量至少为两个。

每一个所述刚性搅拌桨的一端与搅拌轴固定相连、另一端开有通孔。所述通孔内连接一个环。所述环为闭合的圆环状结构。所述搅拌轴每层的环的数量至少为两个。

所述弹簧为环状结构。所述弹簧将若干个处于同层的环连接在一起。每个所述弹簧至少穿过两个环。所述弹簧的数量与搅拌轴上刚性搅拌桨的层数一致。

一种新型环形弹性刚柔组合搅拌桨搅拌反应器，其特征在于：包括搅拌轴、刚性搅拌桨、环、腰鼓型弹簧和连接装置。

所述搅拌轴为圆柱体结构。

所述连接装置为上下开口且内中空的圆柱体结构。所述连接装置套在搅拌轴上。所述连接装置的内径与搅拌轴的外径相契合，所述连接装置能够在搅拌轴的外壁上自由滑动或固定不动。

所述搅拌轴的外壁上套有若干个连接装置。所述连接装置的数量不少于两个。所述搅拌轴至少被连接装置分为两层。

每一个所述连接装置的圆柱体外壁上均匀连接有若干个刚性搅拌桨，从整体上看，所述刚性搅拌桨在连接装置的外壁上呈辐射状分布。每一个所述连接装置上的刚性搅拌桨数量相等且初始位置对应。

每一个所述刚性搅拌桨的一端与连接装置相连，另一端开有通孔，通孔内连接一个环。所述环为闭合的圆环状结构。每一个所述连接装置上的环的数量至少为两个。

所述弹簧为环状结构。所述弹簧将若干个处于同一个连接装置上的环连接在一起。每个所述弹簧至少穿过两个环。所述弹簧的数量与连接装置的数量一致。

进一步，搅拌桨通过电机的带动在搅拌槽内进行转动。

进一步，所述弹簧的外径为d，所述刚性搅拌桨的直径为d，d＝(1/40～1/10)×d。

进一步，所述弹簧的初始轴向长度为x，同层相邻的刚性搅拌桨的桨叶尖端直线距离为y，x＝(1.0～1.5)×y。

进一步，所述弹簧的材料直径为0.3～2.0mm。

进一步，所述弹簧的节距为2～5mm。

进一步，所述环的直径为φ，所述刚性搅拌桨的桨叶长度为w，φ＝(1/30～1/10)×w。

进一步，所述弹簧的材质为碳素弹簧钢丝、热轧弹簧钢、硅锰弹簧钢丝、铬钒弹簧钢丝弹簧或不锈钢丝。

值得说明的是：本发明技术在已有技术的基础上，进一步对搅拌桨的结构进行优化，提出了环形弹性刚柔组合搅拌桨搅拌反应器，该桨在旋转过程中，在旋转方向上的截面积由于弹簧的特殊的结构而减小，桨叶能耗减小，环形的弹簧在旋转过程中将大大增加搅拌桨对流体的剪切作用，且刚柔组合搅拌桨中的弹簧在搅拌轴和流体的相互作用下，能够不断地作收缩运动并且储存能量，且弹簧式柔性片运动过程中能够产生许多的高速射流，增大流体的速度梯度，提高流体的湍动程度，使桨叶能量以“波涡”耦合的方式在流场中进行传递，强化桨叶能量传递过程，增大桨叶能量利用率，提高流体的混合效率。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：

1)本发明中的桨在旋转过程中，在旋转方向上的截面积由于弹簧的特殊结构而减小，桨叶能耗减小，并且刚柔组合搅拌桨中的弹簧式柔性片在搅拌轴和流体的相互作用下，能够不断地作收缩运动并储存能量，进而使得弹簧式柔性片在运动过程中能够在弹簧周围产生许多的高速射流，增大流体的速度梯度，提高流体的湍动程度，使桨叶能量以“波涡”耦合的方式在流场中进行传递，强化桨叶能量传递过程，桨叶对流体的剪切作用将大大提高，

2)本发明中的搅拌桨的抽吸作用也有所增强，并增大桨叶能量利用率，提高流体的混合效率。

3)本发明中的装置能够节约搅拌装置成本。

附图说明

图1为本发明的新型弹簧式刚柔组合搅拌桨的搅拌装置示意图；

图2为本发明的新型弹簧式刚柔组合搅拌桨结构示意图；

图3为现有技术搅拌桨的结构示意图。

图中：电机1、搅拌轴2、搅拌槽3、刚性搅拌桨4、环5和弹簧6。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种新型环形弹性刚柔组合搅拌桨搅拌反应器，其特征在于：包括搅拌轴2、刚性搅拌桨4、环5和弹簧6。

所述搅拌轴2为圆柱体结构。

所述搅拌轴2的柱体外壁上固定连接有若干个刚性搅拌桨4。若干个所述刚性搅拌桨4将搅拌轴2分为至少两层，每层上的刚性搅拌桨4在搅拌轴2的截面上呈辐射状均匀分布。每层上的刚性搅拌桨4的数量相等。每层的刚性搅拌桨4的数量至少为两个。

每一个所述刚性搅拌桨4的一端与搅拌轴2固定相连、另一端开有通孔。所述通孔内连接一个环5。所述环5为闭合的圆环状结构。所述搅拌轴2每层的环5的数量至少为两个。

所述弹簧6为环状结构。所述弹簧6将若干个处于同层的环5连接在一起。每个所述弹簧6至少穿过两个环5。所述弹簧6的数量与搅拌轴2上刚性搅拌桨4的层数一致。

搅拌桨通过电机1的带动在搅拌槽3内进行转动。

所述弹簧6的外径为d，所述刚性搅拌桨4的直径为d，d＝1/40～1/10×d。

搅拌桨位于搅拌槽3内的轴向长度为x，同层相邻的刚性搅拌桨4的桨叶尖端直线距离为y，x＝1.0～1.5×y。

所述弹簧6的材料直径为0.3～2.0mm。

所述弹簧6的节距为2～5mm。

所述环5的直径为φ，所述刚性搅拌桨4的桨叶长度为w，φ＝1/30～1/10×w。

所述弹簧6的材质为碳素弹簧钢丝、热轧弹簧钢、硅锰弹簧钢丝、铬钒弹簧钢丝弹簧或不锈钢丝。

实施例2：

如图1和图2所示，一种新型环形弹性刚柔组合搅拌桨搅拌反应器，其特征在于：包括搅拌轴2、刚性搅拌桨4、环5、腰鼓型弹簧6和连接装置7。

所述搅拌轴2为圆柱体结构。

所述连接装置7为上下开口且内中空的圆柱体结构。所述连接装置7套在搅拌轴2上。所述连接装置7的内径与搅拌轴2的外径相契合，所述连接装置7能够在搅拌轴2的外壁上自由滑动或固定不动。

所述搅拌轴2的外壁上套有若干个连接装置7。所述连接装置7的数量为两个。所述搅拌轴2被连接装置7分为两层。

每一个所述连接装置7的圆柱体外壁上均匀连接有三个刚性搅拌桨4，从整体上看，所述刚性搅拌桨4在连接装置7的外壁上呈辐射状分布。每一个所述连接装置7上的刚性搅拌桨4数量相等且初始位置对应。

每一个所述刚性搅拌桨4的一端与连接装置7相连，另一端开有通孔，通孔内连接一个环5。所述环5为闭合的圆环状结构。每一个所述连接装置7上的环5的数量为三个。

所述弹簧6为环状结构。所述弹簧6将若干个处于同一个连接装置7上的环5连接在一起。每个所述弹簧6穿过三个环5。所述弹簧6的数量与连接装置7的数量一致。

搅拌桨通过电机1的带动在搅拌槽3内进行转动。

所述弹簧6的材质为碳素弹簧钢丝、热轧弹簧钢、硅锰弹簧钢丝、铬钒弹簧钢丝弹簧或不锈钢丝。

本实施例的技术效果是毋庸置疑的：该桨在旋转过程中，在旋转方向上的截面积由于弹簧的特殊结构而减小，桨叶能耗减小，并且刚柔组合搅拌桨中的弹簧式柔性片在搅拌轴和流体的相互作用下，能够不断地作收缩运动并储存能量，进而使得弹簧式柔性片在运动过程中能够在弹簧周围产生许多的高速射流，增大流体的速度梯度，提高流体的湍动程度，使桨叶能量以“波涡”耦合的方式在流场中进行传递，强化桨叶能量传递过程，桨叶对流体的剪切作用将大大提高，且搅拌桨的抽吸作用也有所增强，并增大桨叶能量利用率，提高流体的混合效率。且还能够节约搅拌装置成本。

实施例3：

实施例2中的装置中：

①当弹簧6的弹簧线径过小，有利于弹簧6发生扭转或抖动，但传递能量的能力较差；

当弹簧6的弹簧线径过大，不利于弹簧6发生扭转或抖动，但传递能量的能力较强。

因此，弹簧6的外径为d，所述刚性搅拌桨4的直径为d，d＝1/40～1/10×d，体系能够获取较好的混合效果。

②当弹簧6的长度过短，桨叶对流体剪切范围减小，弹簧6的抖动行为减弱，难以将桨叶能量传递到流场远处；

当弹簧6的长度过长，桨叶剪切范围增大，弹簧6的抖动行为增加，但桨叶转动阻力增大。

当所述弹簧6的初始轴向长度为x，同层相邻的刚性搅拌桨4的桨叶尖端直线距离为y，x＝(1.0～1.5)×y时，体系的混合效果较好。

③弹簧6的弹簧线径不低于0.5mm这需根据混合体系的不同进行选择；例如，对于单相或气液两相，线径可选用稍薄一些；对于固液两相，线径可选用稍厚一些。

当弹簧6的弹簧线径过小，它的抖动能力增强，但它对桨叶附近流体的分散能力减弱，混合效果变差；

当弹簧6的弹簧线径过大，它对桨叶附近流体的分散能力增强，但它的抖动能力减弱，转动阻力增加。

弹簧6的弹簧线径的选择应当保证弹簧式柔性片能够出现抖动但分散能力又不会太弱。

④所述环5的直径为φ，所述刚性搅拌桨4的桨叶长度为w，φ＝1/30～1/10×w。

实施例中，所述搅拌轴2由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。所用搅拌槽为0.2*0.2的方形搅拌槽，槽高为1m，溶液为1％的羧甲基纤维素钠溶液，液体高度0.17m，搅拌转速分别为120rpm、150rpm，通过酸碱脱色实验测定混合时间，以此表征搅拌桨的混合性能；实验结果如表1所示；

表1

从表1实验结果可以看出，在相同搅拌转速条件下，本发明公开的刚柔组合搅拌桨与如图3所示的现有技术相比，体系的混合时间有所减少。