專利名稱：用于混合固體和流體的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于混合粉狀或粒狀固體與流體的設(shè)備。這種設(shè)備已在德國(guó)申請(qǐng)DE 196 29 945 C2中公開。本發(fā)明還涉及一種使固體與流體混合的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)干性物質(zhì)與流體混合時(shí)，得到固體顆粒的表面被流體完全潤(rùn)濕的均勻的懸浮液是重要的。然而，如果摻入到流體中的干性物質(zhì)是松散的粉狀或含有由粉狀初始顆粒形成的團(tuán)快(agglomerate)時(shí)，粉狀顆粒被流體完全潤(rùn)濕就變得較困難了。在這種情況下，松粉粉末或團(tuán)快的自由表面迅速被流體潤(rùn)濕，但是接下來，由于包圍在松散粉末或粉狀團(tuán)快的毛細(xì)管內(nèi)的空氣阻礙了流體向毛細(xì)管的滲透，因此濕化過程大大減緩。為解決這個(gè)問題，現(xiàn)有技術(shù)中的以松散粉末或含有由粉狀初始顆粒形成的團(tuán)快的形式供給固體的混合設(shè)備，通常設(shè)有用于在固體/流體懸浮液中引入剪切力的裝置。借助于這些剪切力，結(jié)合在一起的松散粉末的顆粒分開，或?qū)⒎蹱顖F(tuán)快粉碎，以使新形成的自由表面的潤(rùn)濕成為可能。
在DE 196 29 945 C2中公開的混合設(shè)備中，在固體與流體混合的混合室中安置有轉(zhuǎn)子，并且沿轉(zhuǎn)子軸線A將多個(gè)螺旋槳狀攪拌葉片固定在轉(zhuǎn)子上。含在固體中的團(tuán)快被剪切力粉碎，從而使流體與干性物質(zhì)的徹底攪拌成為可能，所述的剪切力通過攪拌葉片被引入到懸浮液中，且依賴于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)有混合設(shè)備的缺點(diǎn)是為提供必要的剪切力，需要較高的能量輸出，特別是在使用高粘度流體時(shí)或在固體含量較高的懸浮液的情況下。
DE 12 72 894公開了一種用于混合粉狀物質(zhì)與流體的設(shè)備。為此，混合設(shè)備的殼體上設(shè)置有一個(gè)用于粉末的柱狀進(jìn)口通道。在該進(jìn)口通道內(nèi)，通過一個(gè)工作錐形區(qū)(working cone)將兩種組分引入到分配室內(nèi)，該工作錐形區(qū)配置有攪拌葉片并設(shè)有流體的輸送管道。分配室由殼體和在殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的截錐體構(gòu)成。在混合設(shè)備的定子部分中，所述截錐體和輸送錐形區(qū)及其攪拌葉片由分開設(shè)置的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。殼體內(nèi)的錐形內(nèi)表面與錐形轉(zhuǎn)子形成具有截錐體形狀的腔室。該腔室的端部設(shè)有漿葉，其朝著出口管道的方向傳送混合物。
DE 10 67 720公開了一種用于完全混合陶瓷組分的設(shè)備。因此，所使用的設(shè)備具有漏斗，在該漏斗后面有螺旋傳送裝置，其將已經(jīng)預(yù)先粉碎的陶瓷材料傳送到物料通道中。由于在殼體和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)錐形面之間形成有不同的錐形，該通道至出料口逐漸變細(xì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于混合粉狀或粒狀固體與流體的設(shè)備和方法，通過所述設(shè)備和方法，增強(qiáng)了流體對(duì)粉末顆粒的潤(rùn)濕。
本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1的設(shè)備和權(quán)利要求17的方法獲得。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法，將與流體混合的固體通過至少一個(gè)固體供給裝置進(jìn)入固體供給室，固體顆粒在該固體供給室內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。流體通過至少一個(gè)流體輸送裝置被輸送到加速室中。由流體供給裝置供給的流體可包括一種或多種組分，并且該流體可以已經(jīng)含有一定比例的固體。在加速室內(nèi)，使流體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并將流體加速到一個(gè)預(yù)定的速度。接著，流體流到混合室并在此與固體顆?；旌?，同時(shí)保持原來產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。固體/流體懸浮液從混合室被傳送到壓縮室，并在該壓縮室內(nèi)使旋轉(zhuǎn)的懸浮液加速。
由于懸浮液在壓縮室內(nèi)的流速的增加以及所產(chǎn)生的靜壓的減小，在壓縮室的進(jìn)口區(qū)產(chǎn)生一個(gè)抽吸效應(yīng)，從而使松散固體或粉狀團(tuán)快的毛細(xì)管內(nèi)的空氣被吸出。結(jié)果，所供給的松散固體至少在其進(jìn)入壓縮室之前其內(nèi)的氣體基本被排出，并且加強(qiáng)了混合室中流體對(duì)粉狀顆粒的潤(rùn)濕。
由于懸浮液流速的增加，壓縮室中的動(dòng)壓力也增加。結(jié)果，僅在毛細(xì)力的作用下，流體不再流入松散固體或粉狀團(tuán)快的氣體排出的毛細(xì)管內(nèi)，而是在壓力下被壓進(jìn)毛細(xì)管中。因此，甚至在固體/流體懸浮液沒有引入剪切力的情況下也可以實(shí)現(xiàn)粉末顆粒被流體迅速地和完全地潤(rùn)濕。本發(fā)明的設(shè)備可用于從低到高粘度范圍內(nèi)的流體和固體來制成懸浮液。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)展，固體供給裝置包括脈沖送料裝置，用于供應(yīng)固體，并將固體供給室與周圍大氣隔開。當(dāng)由脈沖送料裝置將固體供給室與周圍大氣隔開時(shí)，通過在壓縮室的進(jìn)口區(qū)內(nèi)的抽吸效應(yīng)在所述固體供給室中產(chǎn)生低壓。結(jié)果，在固體供給室中，所供應(yīng)的固體顆粒已經(jīng)將空氣大部分排出，從而加強(qiáng)了混合室中的流體潤(rùn)濕。另外，所供應(yīng)的粉狀團(tuán)快的毛細(xì)管中的空氣發(fā)生膨脹，從而至少部分團(tuán)快被破壞，相應(yīng)地增加了可迅速潤(rùn)濕的自由粉末表面。另外，流到壓縮室的進(jìn)口區(qū)的空氣將粉末顆粒傳送到混合室中，在混合室中這些顆粒將與流體混合。適當(dāng)?shù)拿}沖送料裝置的示例是一個(gè)雙室傳送器，一個(gè)多孔圓盤閘門(cellular wheel sluice)或一個(gè)具有兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)的球閥和一個(gè)中間室的系統(tǒng)。
為使加速室中的流體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并加速，優(yōu)選地，流體供給裝置至少包括一個(gè)進(jìn)口噴嘴，其相對(duì)加速室中的流體的流向切向設(shè)置，且朝流動(dòng)方向傾斜。通過至少一個(gè)進(jìn)口噴嘴可以供應(yīng)包括一種或多種成分的純流體，或已經(jīng)包含有一定量固體的流體。優(yōu)選可提供四至六個(gè)進(jìn)口噴嘴。另外，為增加流體的加速運(yùn)動(dòng)，也可以提供用于對(duì)要供應(yīng)的流體加壓的裝置。例如，適當(dāng)?shù)难b置是一個(gè)泵或貯氣罐。
加速室優(yōu)選地具有基本為圓形的截面，并通過分隔壁與固體供給室隔開。在根據(jù)本發(fā)明的混合設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案中，加速室和固體供給室可以設(shè)置在柱形殼體內(nèi)，其中加速室包圍固體供給室。這種設(shè)置允許混合設(shè)備具有緊湊的結(jié)構(gòu)。
在正對(duì)加速室的分隔壁的表面上，和/或在至少限定部分加速室的外壁的面對(duì)加速室的表面上形成有螺旋延伸且朝流動(dòng)方向傾斜的流動(dòng)通道。所述流動(dòng)通道穩(wěn)定流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且能由分隔壁和/或外壁上形成的凹槽或者由與分隔壁和/或外壁相連的輻板形成。
在根據(jù)本發(fā)明的混合設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案中，至少限定部分加速室的外壁和/或分隔壁，和/或至少限定部分混合室的外壁是可旋轉(zhuǎn)的。因?yàn)楸苊饬吮诘谋砻孀枇ψ璧K旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，前述壁的可旋轉(zhuǎn)的布置使得可以保持加速室中流體的和/或混合室中懸浮液的旋轉(zhuǎn)速度。這種可旋轉(zhuǎn)壁尤其在高粘度或本身固有粘性的流體的處理中是有利的。
優(yōu)選地，在加速室和固體供給室之間的分隔壁沿軸向可移動(dòng)。由于分隔壁的軸向位移(稱作自動(dòng)艙壁調(diào)節(jié))，例如，為防止流動(dòng)中斷，加速室中或混合室中的流體或懸浮液各自的流動(dòng)通道可依據(jù)流體或懸浮液的粘度和流動(dòng)特性而變化。如果分隔壁朝著壓縮室的方向移動(dòng)，加速室中的流體的流動(dòng)通道增大，而混合室中懸浮液的流動(dòng)通道減小。如果分隔壁以相反方向移動(dòng)，則加速室中的流體的流動(dòng)通道減小，而混合室中懸浮液的流動(dòng)通道增大。
在本發(fā)明的混合設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案中，優(yōu)選地，所提供的轉(zhuǎn)子具有第一、第二和第三轉(zhuǎn)子區(qū)，作為轉(zhuǎn)子一部分并面對(duì)固體供給裝置的所述第一轉(zhuǎn)子區(qū)設(shè)置在固體供給室中。第一轉(zhuǎn)子區(qū)也可設(shè)置有預(yù)處理頭部，其對(duì)所供給的固體團(tuán)快進(jìn)行粗粉碎并使它們加速做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述預(yù)處理頭部可以是粉碎螺桿。具有所述粉碎螺桿的第一轉(zhuǎn)子區(qū)可通過螺桿或插頭連接方式與第二轉(zhuǎn)子區(qū)相連接，這樣第一轉(zhuǎn)子區(qū)可由與其他轉(zhuǎn)子區(qū)相同的驅(qū)動(dòng)器來旋轉(zhuǎn)?；蛘?，可分別為第一和第二轉(zhuǎn)子區(qū)提供驅(qū)動(dòng)器。轉(zhuǎn)子可以以1500至2500rpm的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，優(yōu)選以大約1500rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)并能從混合設(shè)備的進(jìn)口區(qū)延伸至混合設(shè)備的出口區(qū)。
優(yōu)選地，至少限定部分加速室的可旋轉(zhuǎn)分隔壁和/或外壁，和/或至少限定部分混合室的外壁連接到轉(zhuǎn)子上。通過這樣的設(shè)置，固體供給室中的固體顆粒、加速室中的流體和/或混合室中的懸浮液可以保持相互之間同步的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
至少部分第二轉(zhuǎn)子區(qū)可延伸到固體供給室中，并設(shè)置有粉碎葉片(pulverising blade)。通過這些粉碎葉片，進(jìn)入的粉狀顆粒被精細(xì)粉碎，從而增加了可用于快速潤(rùn)濕的粉狀顆粒的自由表面。此外，固體顆粒通過粉碎葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)加速做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明的混合設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案中，壓縮室具有環(huán)形間隙形式的截面，并由截錐形的外壁部分以及至少在壓縮室的區(qū)域中為截錐形的第三轉(zhuǎn)子區(qū)來限定。由于壓縮室和轉(zhuǎn)子的這種設(shè)置，可以以簡(jiǎn)單方式實(shí)現(xiàn)流過壓縮室的固/液懸浮液的加速。而且，通過截錐形的第三轉(zhuǎn)子區(qū)可將剪切力引入到懸浮液中，從而使懸浮液的均勻性得以改善。轉(zhuǎn)子也可包括多個(gè)截錐形區(qū)，每個(gè)截錐形區(qū)具有不同的錐角。或者，轉(zhuǎn)子還可以是形成有曲面的梨形形狀。當(dāng)轉(zhuǎn)子從混合設(shè)備的進(jìn)口區(qū)延伸到其出口區(qū)時(shí)，在混合設(shè)備的進(jìn)口區(qū)和出口區(qū)之間逐漸變細(xì)的環(huán)形間隙可在混合設(shè)備的轉(zhuǎn)子和殼體之間形成。優(yōu)選地，殼體內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子的相應(yīng)截錐形表面以相互之間成3°至8°的銳角延伸。
優(yōu)選地，本發(fā)明的混合設(shè)備包括用于檢測(cè)加速室中的流體流速的第一檢測(cè)裝置，和/或用于檢測(cè)壓縮室中懸浮液流速的第二檢測(cè)裝置，以及依據(jù)所檢測(cè)到的流速來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的第一調(diào)節(jié)裝置。加速室中流體流速的檢測(cè)和相應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)允許固體供給室中的固體顆粒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與加速室中的流體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相配合。通過測(cè)量壓縮室中懸浮液的流速并相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，可監(jiān)控并調(diào)節(jié)壓縮室中懸浮液的流速，從而可確保壓縮室中的懸浮液加速到足夠高的速度，以保證混合設(shè)備的正確運(yùn)行。
優(yōu)選地，調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，使其與加速室中流體的流速相對(duì)應(yīng)。通過這種方式，可以使固體供給室中的固體顆粒做與加速室中的流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同步的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從而在混合室中形成層流。此外，當(dāng)流體由加速室流到混合室中時(shí)可避免流體的“噴濺”，從而可防止由于流體快速干化而在混合設(shè)備的壁上形成沉淀物或積垢。分離涂層的應(yīng)用，例如，在壁上涂有特氟綸涂層(Teflon coating)不再是絕對(duì)必要了。
優(yōu)選地，輻板狀送料裝置設(shè)置在第三轉(zhuǎn)子區(qū)上。由于這種送料裝置可導(dǎo)致初始阻力的增加從而增加壓縮室內(nèi)的懸浮液的加速度并改善懸浮液的均勻性，因此尤其當(dāng)處理低粘度懸浮液時(shí)這種送料裝置的使用尤其有利。優(yōu)選地，送料裝置在壓縮室的區(qū)域中以相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線成15°至45°角的角度延伸。為與引入到要處理的懸浮液粘度中的能量相匹配，并進(jìn)一步改善壓縮室中懸浮液的均勻性，每個(gè)送料裝置上可設(shè)置有孔。送料裝置還可沿轉(zhuǎn)子的整個(gè)軸向長(zhǎng)度延伸。為改善干性物質(zhì)的送料方式，優(yōu)選地，送料部件在固體供給室區(qū)域中相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線成15°至45°角朝轉(zhuǎn)動(dòng)方向傾斜，且送料部件在固體供給室中的高度大于在壓縮室中的高度。因此，無論形成在轉(zhuǎn)子和殼體之間的環(huán)形間隙是否朝混合設(shè)備的出口區(qū)的方向逐漸變細(xì)，送料裝置和殼體內(nèi)壁之間的距離可保持不變。
在本發(fā)明的混合設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子沿軸向可移動(dòng)。通過轉(zhuǎn)子的軸向位移，壓縮室的截面和被引入到壓縮室的懸浮液中的剪切力可依據(jù)要處理的懸浮液的粘度變化。此外，轉(zhuǎn)子的軸向移動(dòng)能力可防止由包含在固體內(nèi)的雜質(zhì)對(duì)混合設(shè)備的損壞。
本發(fā)明的混合設(shè)備還包括用于檢測(cè)固體供給室中的壓力的第三檢測(cè)裝置，以及用于調(diào)節(jié)固體供給裝置和/或流體供給裝置的計(jì)量速度的第二調(diào)節(jié)裝置。這樣設(shè)置的目的是防止混合設(shè)備發(fā)生溢流，因?yàn)槔绠?dāng)由于所供應(yīng)的固體加入到流體中使流體達(dá)到飽和而導(dǎo)致所述固體供給室中的壓力升高時(shí)，能夠適當(dāng)調(diào)節(jié)固體供給裝置和/或流體供給裝置的計(jì)量速度。流體可中斷固體的供給，以作為對(duì)防止無潤(rùn)滑運(yùn)轉(zhuǎn)(running dry)的保護(hù)。
根據(jù)本發(fā)明方法的另一優(yōu)選發(fā)展，混合室中的流體表面流基本上與引入到混合室中的固體顆粒的具體顆粒表面相等。
優(yōu)選地，混合室中懸浮液的豎直流速至少為1至2m/s，從而至少可獲得1至2m2/s的表面交換(surface exchange)。


下文結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明混合設(shè)備不同的實(shí)施方案，其中圖1是表示本發(fā)明的混合設(shè)備的第一實(shí)施方案的示意圖；圖2示出了圖1所示本發(fā)明的混合設(shè)備的第一實(shí)施方案的一部分；圖3示出了本發(fā)明的混合設(shè)備的第二實(shí)施方案的一部分；圖4示出了本發(fā)明的混合設(shè)備的第三實(shí)施方案的一部分；圖5示出了本發(fā)明的混合設(shè)備的第四實(shí)施方案的一部分；
圖6示出了本發(fā)明的混合設(shè)備的第五實(shí)施方案的一部分；圖7是圖6所示的混合設(shè)備的轉(zhuǎn)子的截面圖；以及圖8是圖7所示轉(zhuǎn)子的平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一個(gè)設(shè)備，該設(shè)備整體標(biāo)為10，用于使固體與流體混合。該設(shè)備包括裝有松散固體13的供給容器12，通過脈沖送料裝置14將所述松散固體13引入到固體供給室16。
脈沖送料裝置14有第一球閥18，其通過鏈條傳動(dòng)裝置20與第二球閥22同步并由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24驅(qū)動(dòng)。在所述第一和第二球閥18和22之間有一個(gè)中間室26。當(dāng)?shù)谝磺蜷y18處于其開啟位置時(shí)，所述中間室26就添裝有供給容器12中的松散固體13，同時(shí)第二球閥22將固體供給室16與周圍大氣隔開。接著，如圖中所示，第二球閥22開啟，使得中間室26中的松散固體13清空到固體供給室16中。然后第一球閥18關(guān)閉。
為調(diào)節(jié)脈沖送料裝置14的計(jì)量速度，提供用于檢測(cè)固體供給室16內(nèi)壓力的壓力測(cè)量裝置28，和依據(jù)壓力測(cè)量裝置28檢測(cè)到的壓力來調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24的輸出的調(diào)節(jié)裝置30。如果固體供給室16內(nèi)的壓力增加，調(diào)節(jié)裝置30就調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24的輸出，從而脈沖送料裝置14的計(jì)量速度減小。另外，調(diào)節(jié)裝置30可通過連接管路(在圖中未示出)與泵38相連，并可依據(jù)由壓力測(cè)量裝置28檢測(cè)到的固體供給室16內(nèi)的壓力來調(diào)節(jié)輸送給加速室42的流體32的計(jì)量速度。
與松散固體13相混合的流體32位于容器34內(nèi)，一種或多種流體組分通過計(jì)量管36引入該容器34。在容器34的排放側(cè)的送料管路37上設(shè)置有泵38，其在壓力作用下將流體32從容器34泵送到進(jìn)口噴嘴40。
如圖2所示，流體32從進(jìn)口噴嘴40流進(jìn)加速室42中。進(jìn)口噴嘴40相對(duì)殼壁44切向設(shè)置，因而相對(duì)加速室42中的流體32的流向切向設(shè)置，并朝流動(dòng)方向傾斜。加速室42具有圓形截面，并由殼壁44和將加速室42與固體供給室16隔開的軸向可移動(dòng)的分隔壁46限定。在面對(duì)加速室42的分隔壁46的表面48上，以及在面對(duì)加速室42的殼壁44的表面50上設(shè)置有若干個(gè)凹口52，所述凹口52螺旋沿伸并朝流動(dòng)方向傾斜，且每一個(gè)凹口形成用于做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流體32的流動(dòng)通道。
沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸線A可移動(dòng)的轉(zhuǎn)子54有第一，第二和第三轉(zhuǎn)子區(qū)56、58和60。所述第一轉(zhuǎn)子區(qū)56面對(duì)脈沖送料裝置14，并設(shè)置在固體供給室16內(nèi)。第一轉(zhuǎn)子區(qū)56還提供有預(yù)處理頭部62。類似地，所述第二轉(zhuǎn)子區(qū)58設(shè)置在固體供給室16內(nèi)，并具有多個(gè)垂直于轉(zhuǎn)子軸線A延伸的粉碎葉片64。多個(gè)送料輻板66固定在所述截錐形的第三轉(zhuǎn)子區(qū)60上，其中一些輻板上設(shè)有孔68。如圖1所示，轉(zhuǎn)子54由轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)馬達(dá)70來驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)子54的軸向位移通過與活塞72連接的液壓泵74來實(shí)現(xiàn)。
在加速室42的排放側(cè)有混合室76和壓縮室78。壓縮室78有環(huán)形間隙狀截面，且所述壓縮室78由殼壁44為截錐形的部分80和呈截錐狀的所述第三轉(zhuǎn)子區(qū)60來限定。
通過相對(duì)殼壁44切向設(shè)置并朝流動(dòng)方向傾斜的進(jìn)口噴嘴40引入的加壓流體32，該流體32在加速室42中開始做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并被加速到一個(gè)預(yù)定速度。同樣地，在固體供給室16中，由脈沖送料裝置14輸送的固體13通過轉(zhuǎn)子54做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，固體13內(nèi)的粉狀團(tuán)快首先由預(yù)處理頭62進(jìn)行粗粉碎，然后由粉碎葉片64進(jìn)行精粉碎。通過流速測(cè)量裝置(未在圖中示出)檢測(cè)加速室42中的流體32的速度。調(diào)節(jié)裝置(同樣未在圖中示出)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子54的旋轉(zhuǎn)速度使其與加速室42中流體32的速度相一致。結(jié)果，加速室42中的流體32與固體供給室16中的固體13做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而在混合室76中獲得層流。
流體32以恒定的旋轉(zhuǎn)速度從加速室42流入混合室76，流體在混合室中與固體顆粒13相混合，該固體顆粒13為精細(xì)粉碎的團(tuán)快，而不是初始顆粒。通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力，粉狀顆粒13朝沿著殼壁44流動(dòng)的流體層的方向被輸送。由于殼壁44的表面阻力，在流體層內(nèi)形成較深的漩渦，因此沿殼壁44直接流動(dòng)的流體層也朝著面對(duì)固體供給室16的流體流表面方向被輸送，其中這些漩渦可用于與所供給的固體顆粒13相混合。分隔壁46的軸向位移(稱作自動(dòng)艙壁調(diào)節(jié))允許加速室42中流體32的流動(dòng)通道或混合室76中的懸浮液的流動(dòng)通道依據(jù)流體32或懸浮液的粘度和流動(dòng)特性而改變，例如，以可防止流動(dòng)通道的中斷。
固體/流體懸浮液從混合室76流到壓縮室78，并在壓縮室中通過截錐形的第三轉(zhuǎn)子區(qū)60加速。由于壓縮室78中懸浮液的流速增加，在壓縮室78的進(jìn)口區(qū)82中因流速增加而導(dǎo)致的靜壓減小而產(chǎn)生抽吸效應(yīng)(噴射泵作用)，從而使細(xì)粉狀團(tuán)快13的毛細(xì)管內(nèi)的空氣被排出。因?yàn)槊}沖送料裝置14還將固體供給室16相對(duì)周圍大氣密封，在固體供給室16內(nèi)形成低壓，所以供給的固體顆粒13在固體供給室16內(nèi)已經(jīng)將空氣排出。結(jié)果，在混合室76內(nèi)，用流體32對(duì)排出空氣的粉狀顆粒13的潤(rùn)濕得以改善，從而當(dāng)粉狀顆粒13進(jìn)入壓縮室78時(shí)，其已經(jīng)被流體大大地潤(rùn)濕了。通過流速計(jì)量裝置，(圖中未示出)，可檢測(cè)到壓縮室78內(nèi)懸浮液的速度。為確保壓縮室78內(nèi)的懸浮液被加速到足夠高的速度以保證混合設(shè)備10的正確運(yùn)行和防止懸浮液的潑灑和噴濺，調(diào)節(jié)裝置(圖中未示出)通過設(shè)置相對(duì)速度為零，來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子54的旋轉(zhuǎn)速度。
由于固體供給室16內(nèi)的低壓，所供給的粉狀團(tuán)快13的毛細(xì)管內(nèi)的空氣膨脹，這樣至少部分團(tuán)快13被破壞。此外，流到壓縮室78的進(jìn)口區(qū)82中的空氣將粉狀顆粒13輸送到混合室76，所述的顆粒在離心力的作用下在混合室中進(jìn)入層流流路。
由于懸浮液的流速增加，壓縮室78內(nèi)的動(dòng)壓力增大。結(jié)果，在壓力作用下，壓縮室78內(nèi)的流體被壓入排出空氣的粉狀團(tuán)快的毛細(xì)管中。而且，通過截錐形轉(zhuǎn)子區(qū)60將剪切力引入到壓縮室78內(nèi)的懸浮液中，其結(jié)果是增加了懸浮液的均勻性。轉(zhuǎn)子54的軸向位移使得壓縮室78的截面以及引入到壓縮室78的懸浮液中的剪切力能依據(jù)要處理的懸浮液的粘度而變化。
如圖1所示，懸浮液從壓縮室78流到第一出口管道84。在所述第一出口管道84中設(shè)有壓力控制器86，用于即使在低管道阻力和低粘度懸浮液的情況下在壓縮室78內(nèi)產(chǎn)生使粉狀顆粒13完全潤(rùn)濕的必要壓力。懸浮液可從第一出口管道84排放到第二出口管道88中，并在該第二出口管道88中還設(shè)有壓力控制器90用于維持恒定壓力。但是，也可以將懸浮液導(dǎo)入容器34并通過回路中將其從容器34中輸送回加速室42中。
圖3示出了混合設(shè)備10的另一種實(shí)施方案的一部分，其中轉(zhuǎn)子54具有第四轉(zhuǎn)子區(qū)92。該第四轉(zhuǎn)子區(qū)92包括平行于轉(zhuǎn)子軸線A延伸的第一部分94；以及相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線A呈約60°角延伸的第二部分96。依據(jù)軸向可移動(dòng)的分隔壁46的位置，所述第一部分94形成可旋轉(zhuǎn)的外壁，其限定整個(gè)混合室76以及至少部分加速室42，并且通過該第一部分截面，從而可保持加速室42中流體32和/或混合室76中懸浮液的轉(zhuǎn)速。為使懸浮液不受阻礙地從混合室76流到壓縮室78中，第二部分96設(shè)有供懸浮液流過的通孔98。
如圖4所示的混合設(shè)備10的另一實(shí)施方案中，與殼壁44平行設(shè)置的壁100和分隔壁46連接到垂直于轉(zhuǎn)子軸線A延伸的第五轉(zhuǎn)子區(qū)102上。所述壁100沿著加速室42和混合室76的主部延伸。與圖1至圖3中的實(shí)施方案不同，在圖4中所示的混合設(shè)備10中不可能發(fā)生分隔壁46的軸向移動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)固體顆粒13無阻礙的流動(dòng)通道，第五轉(zhuǎn)子區(qū)102設(shè)置有允許固體穿過的通孔104，同時(shí)壁100上具有流體入口106，用于使流體32不受阻礙地進(jìn)入加速室42。壁100和分隔壁46的可旋轉(zhuǎn)布置使在加速室42中的流體32能夠被特別有效地加速，且混合室76中懸浮液的旋轉(zhuǎn)速度得以保持，從而該混合設(shè)備10特別適于高粘度或本身固有粘性的流體和懸浮液的處理。
如圖5所示的混合設(shè)備10的實(shí)施方案具有殼壁44的可轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)108，該可轉(zhuǎn)子區(qū)108在加速室42和混合室76的局部區(qū)域上延伸。在本實(shí)施方案中，分隔壁46不能發(fā)生軸向位移。用于殼壁44的可轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)108的驅(qū)動(dòng)器可與轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)器70相連接。但是，也可以提供用于殼壁44的可轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)108的與轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)器70分開的驅(qū)動(dòng)器。
如圖6所示的混合設(shè)備10的實(shí)施方案具有固體供給室16和具有漏斗形進(jìn)口的填充筒(filling shaft)110。該填充筒110位于混合設(shè)備10的殼體114的罩蓋112中并緊固于該罩蓋112上。在殼體114的底座116中設(shè)有徑向設(shè)置的出料口118，壓縮室78中生成的混合物通過該出料口118流出。
混合設(shè)備10的轉(zhuǎn)子54與圖1至圖5中所示的轉(zhuǎn)子的不同在于，該轉(zhuǎn)子54沒有設(shè)置有預(yù)處理頭部的第一轉(zhuǎn)子區(qū)或設(shè)置有粉碎葉片的第二轉(zhuǎn)子區(qū)。而是，轉(zhuǎn)子54呈截錐形，從而由罩蓋112的內(nèi)壁120和轉(zhuǎn)子54的中部區(qū)(middle partial region)122的呈截錐形的表面來限定呈環(huán)形間隙的壓縮室78。罩蓋112的內(nèi)壁120和轉(zhuǎn)子54的所述截錐形表面在中部區(qū)122內(nèi)以5°角延伸，從而形成壓縮室78的環(huán)形間隙從壓縮室進(jìn)口區(qū)82在超向出料口118的方向逐漸變細(xì)。在壓縮室78的區(qū)域中的輻板形送料裝置66相對(duì)于罩蓋112的內(nèi)壁120的距離保持不變。轉(zhuǎn)子54在出口區(qū)128具有最大直徑。因此，設(shè)置在轉(zhuǎn)子54的出口區(qū)128上的送料裝置66相對(duì)混合室76產(chǎn)生更高速的離心流，并有利于實(shí)現(xiàn)懸浮液無殘?jiān)懦觥?br> 轉(zhuǎn)子54通過其上部區(qū)域124進(jìn)入固體供給室16內(nèi)從而突入填充筒110的底端。這里，送料輻板66靠近填充筒110的壁136來延伸。在通過軸126與驅(qū)動(dòng)器連接的轉(zhuǎn)子54的旋轉(zhuǎn)過程中，沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸線A的方向朝出料口118送料的送料輻板66防止流體進(jìn)入填充筒110的內(nèi)部。為改善吸入作用，在面對(duì)固體供給室16的轉(zhuǎn)子54的端部，送料輻板66與旋轉(zhuǎn)方向傾斜大約45°角。
在如圖1至圖5中所示的實(shí)施方案中，流體通過形成在罩蓋112的端蓋134中的進(jìn)口噴嘴40供應(yīng)。該進(jìn)口噴嘴40位于與面對(duì)著壓縮室78的填充筒110的壁136的一端的相反位置。由于進(jìn)口噴嘴40沿切向并朝流動(dòng)方向傾斜的設(shè)置，流體沿著填充筒110的壁136，朝著混合室76的方向以螺旋線流動(dòng)?？赏ㄟ^分布在端蓋134周圍的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口噴嘴40來實(shí)現(xiàn)流體供給，如果需要，也可引入不同的流體添加劑。
為減小所述的會(huì)傳遞給混合物的過程熱，在罩蓋112和底座116上設(shè)置冷卻室130和132。流過所述冷卻室130和132的冷卻劑在壓縮室78和出料區(qū)128中的分散操作過程中，在高壓下用于冷卻混合物。
如圖7和圖8所示的用于圖6的混合設(shè)備中的轉(zhuǎn)子54的示例，示出了輻板形送料裝置66的結(jié)構(gòu)。在圖中所示轉(zhuǎn)子54的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子54表面上以45°角的間隔分布有八個(gè)送料輻板66。輻板66相對(duì)轉(zhuǎn)子軸線A的傾斜方向在轉(zhuǎn)子54的獨(dú)立作用區(qū)內(nèi)是不同的。在具有最小截面的轉(zhuǎn)子54的區(qū)域中，送料輻板66以45°角朝旋轉(zhuǎn)方向傾斜，且其具有最大高度。在流體與干性物質(zhì)相混合的混合室76中，送料輻板66沿轉(zhuǎn)子軸線A延伸。在壓縮室78中，送料輻板66相對(duì)轉(zhuǎn)子軸線A傾斜30°角。在轉(zhuǎn)子54的出料區(qū)128中，送料輻板66以與轉(zhuǎn)子軸線A軸向平行的方式沿轉(zhuǎn)子54的整個(gè)外半環(huán)截面行進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于混合粉狀或粒狀固體(13)與流體(32)的設(shè)備(10)，包括至少一個(gè)固體供給裝置(14)；至少一個(gè)流體供給裝置(37、38、40)；加速室(42)，所供給的流體(32)在其中做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并且該流體(32)被加速到一個(gè)預(yù)定速度；固體供給室(16)，所供給的固體顆粒(13)在其中做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；混合室(76)，用于使所述固體顆粒(13)與所述流體(32)混合以形成懸浮液，同時(shí)保持先前產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；以及壓縮室(78)，所述旋轉(zhuǎn)的懸浮液在該壓縮室中被加速以在所述壓縮室(78)的進(jìn)口區(qū)(82)中產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，該抽吸效應(yīng)至少基本上將所供給的松散固體(13)中的空氣排出。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述固體供給裝置(14)包括用于傳送所述固體(13)并使所述固體供給室(16)相對(duì)周圍大氣密封的脈沖送料裝置。
3.如權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，所述流體供給裝置(37、38、40)包括至少一個(gè)進(jìn)口噴嘴(40)，其在所述加速室(42)內(nèi)，相對(duì)于所述流體(32)的流向切向設(shè)置并朝流動(dòng)方向傾斜；以及一個(gè)用于對(duì)要供給的流體(32)加壓的裝置(38)。
4.如前述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述加速室(42)具有基本為環(huán)形的截面且所述加速室(42)通過分隔壁(46)與所述固體供給室(16)隔開。
5.如權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于，在面對(duì)所述加速室(42)的分隔壁(46)的表面(48)上和/或在外壁(44；92；100)的面對(duì)所述加速室(42)的表面(50)上形成有螺旋延伸并朝流動(dòng)方向傾斜的流動(dòng)通道(52)，所述的外壁限定至少部分加速室(42)。
6.如權(quán)利要求4或5的設(shè)備，其特征在于，限定至少部分所述加速室(42)的所述外壁(92；100；108)和/或所述分隔壁(46)，和/或限定至少部分所述混合室(76)的所述外壁(92；100；108)是可旋轉(zhuǎn)的。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述分隔壁(46)沿軸向可移動(dòng)。
8.如前述任一個(gè)權(quán)利要求中的設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有具有第一、第二和第三轉(zhuǎn)子區(qū)(56、58、60)的轉(zhuǎn)子(54)，作為面對(duì)所述固體供給裝置(14)的轉(zhuǎn)子(54)的一部分的所述第一轉(zhuǎn)子區(qū)(56)設(shè)置在所述固體供給室(16)中，并配有預(yù)處理頭部(62)。
9.如權(quán)利要求6和8中的設(shè)備，其特征在于，限定至少部分所述加速室(42)的所述可旋轉(zhuǎn)的分隔壁(46)和/或所述外壁(92；100)，和/或至少限定部分所述混合室的所述外壁(92；100)與所述轉(zhuǎn)子(54)相連。
10.如權(quán)利要求8或9的設(shè)備，其特征在于，至少部分所述第二轉(zhuǎn)子區(qū)(58)延伸到所述固體供給室(16)中，并設(shè)置有粉碎葉片(64)。
11.如要求8至10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓縮室(78)有環(huán)形間隙狀的截面，并由外壁(44)的為截錐形的部分(80)和至少在所述壓縮室(78)的區(qū)域中為截錐形的第三轉(zhuǎn)子區(qū)限定。
12.如權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括第一檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述加速室(42)內(nèi)的所述流體(32)的流速；和/或第二檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述壓縮室(78)內(nèi)的所述懸浮液的流速；以及第一調(diào)節(jié)裝置，依據(jù)檢測(cè)到的流速調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子(54)的旋轉(zhuǎn)速度。
13.如權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子(54)旋轉(zhuǎn)速度，以使其與所述加速室(42)中的流體(32)的流速相一致。
14.如權(quán)利要求8至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，在所述第三轉(zhuǎn)子區(qū)(60)上設(shè)置有成為輻板形的、并設(shè)有孔(68)的送料裝置(66)。
15.如權(quán)利要求8至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(54)沿軸向可移動(dòng)。
16.如前述任一個(gè)權(quán)利要求中的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括第三檢測(cè)裝置(28)，用于檢測(cè)所述固體供給裝置(16)中的壓力；以及第二調(diào)節(jié)裝置(30)，用于調(diào)節(jié)所述固體供給裝置(14)和/或所述流體供給裝置(37、38、40)的計(jì)量速度。
17.一種用于混合粉狀或粒狀固體(13)與流體(32)的方法，包括以下步驟供給固體(13)；供給流體(32)；在加速室(42)中，使所供給的流體(32)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)且使所述流體(32)被加速到預(yù)定速度；在固體供給室(16)中，使所供給的固體顆粒(13)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；在混合室(76)中，所述固體顆粒(13)與所述流體(32)的混合以形成懸浮液，同時(shí)保持先前產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；以及加速在壓縮室(78)中的懸浮液的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在所述壓縮室(78)的進(jìn)口區(qū)(82)產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，該抽吸效應(yīng)至少基本上將所供給的松散固體(13)中的空氣排出。
18.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于，在所述混合室(76)中流動(dòng)的所述流體表面基本上等于被引入到所述混合室(76)中的所述固體顆粒(13)的具體顆粒表面。
19.如權(quán)利要求17或18的方法，其特征在于，所述混合室(76)中所述懸浮液的垂直流速至少為1至2m/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使粉狀或粒狀固體(13)與流體(32)混合的設(shè)備(10)，包括至少一個(gè)固體供給裝置和至少一個(gè)流體供給裝置(37、38、40)。在加速室(42)中，所供給的流體(32)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且所述流體(32)被加速到一個(gè)預(yù)定速度，同時(shí)在固體供給室(16)中，所供給的顆粒(13)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述設(shè)備(10)還包括混合室(76)，用于使所述固體顆粒(13)與所述流體(32)混合以形成懸浮液，同時(shí)保持先前產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在壓縮室(78)中，使旋轉(zhuǎn)的懸浮液加速?gòu)亩谒鰤嚎s室(78)的進(jìn)口區(qū)(82)處形成抽吸效應(yīng)，該抽吸效應(yīng)至少基本上將所供給的松散固體(13)中的空氣排出。
文檔編號(hào)B01F5/00GK1543376SQ02816085
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2002年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月17日
發(fā)明者彼得·舍特恩勒伯, 彼得 舍特恩勒伯 申請(qǐng)人:網(wǎng)絡(luò)-精密技術(shù)股份有限公司