專利名稱：翼型軸流式攪拌器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攪拌器，尤其涉及一種翼型軸流式攪拌器。
背景技術(shù)：
攪拌混合設(shè)備廣泛地應(yīng)用于化工、輕工、制藥等各個行業(yè)。作為一個重要的操作單元，主要作用是通過攪拌器向液體等物料傳遞能量，讓其作徑向或軸向的運動，使兩種或兩種以上的液體或固體物料或兩者之間進(jìn)行充分的混合攪拌、溶解、分散、反應(yīng)等各個過程。目前，攪拌器通常用的槳葉形式有軸流式攪拌槳、長葉螺旋槳、直葉渦輪槳、板框式槳、三葉后彎槳、MIG型槳、錨式槳、螺旋式槳、單螺帶式槳、雙螺帶攪拌槳和螺旋一螺帶槳等幾種。其中，軸流式攪拌器廣泛適用于中低黏度流體的混合、傳熱、循環(huán)、粒子懸浮等領(lǐng)域，具有低剪切、強循環(huán)、低能耗，葉片可拆等優(yōu)點，一般在中低轉(zhuǎn)速下使用。常用的軸流式攪拌器為推進(jìn)式攪拌器和45°斜葉渦輪，推進(jìn)式攪拌器具有軸向排量大、效率高等優(yōu)點，但由于采用模具澆鑄制造，成本高，規(guī)格少，故在大型攪拌設(shè)備中無法使用。45°斜葉渦輪設(shè)計簡便，制造成本低，容易大型化，但由于該葉片的螺距角為常數(shù)，所以自葉片根部至葉片端部不同半徑處螺距不等，導(dǎo)致流體軸向速度分布不均勻，且切向分速大，流體阻力較大， 功耗高，混合效果不理想。工業(yè)生產(chǎn)中常見的硝化、磺化、氧化、重氮化等都是放熱量較大，有些還伴隨有大量氣體生成的化學(xué)反應(yīng)。在這些反應(yīng)中，為了適當(dāng)?shù)乜刂品磻?yīng)放熱速率，保證反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，一般選擇在半間歇反應(yīng)器中操作。在反應(yīng)物初始滴加階段，釜內(nèi)的液體量往往較少，液位較低，如果此時反應(yīng)釜內(nèi)物料攪拌混合不均勻，產(chǎn)生的反應(yīng)熱不能及時移走，就會出現(xiàn)局部過熱，進(jìn)而引起反應(yīng)失控。此外，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)混合物中的氣體含量越來越高，這些氣體需要及時地去除，保證反應(yīng)的正常進(jìn)行。因此，在強放熱反應(yīng)過程中實際攪拌器的安裝高度往往較低，并要保證氣體的順利通過。若采用普通的軸流式攪拌器，則流體對攪拌槳葉面背部的沖擊較大，增加了攪拌器的振動，且攪拌器的槳葉會影響氣體的傳輸與逸出。鑒于上述狀況，有必要對已有技術(shù)中的軸流式攪拌器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。本發(fā)明針對一些硝化反應(yīng)進(jìn)行時大量放熱、并有氣體生成的特點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、攪拌效果好、功耗低、振動小、氣體逸出快的翼型軸流式攪拌器，以利于此類反應(yīng)的進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有軸流式攪拌器的上述不足，提供一種翼型軸流式攪拌
ο翼型軸流式攪拌器包括攪拌軸、輪轂、槳葉片；在攪拌軸上安裝有輪轂，槳葉片可拆卸或不可拆卸地安裝在輪轂上；所述的槳葉片為三片，葉片為光滑的空間扭曲面，槳葉片在任意半徑處的截面為機翼型；所述的槳葉片上開有與槳葉片的中心線相垂直的多個等腰梯形通槽，每個等腰梯形通槽的四邊分別與葉片的隨邊、導(dǎo)邊、端部與根部平行，等腰梯形通槽在槳葉片上呈對稱分布。
所述的槳葉片自葉片端部至葉片根部不同半徑處任一截面的螺距角β i按等螺距結(jié)構(gòu)設(shè)計，螺距角Pi自葉片端部至葉片根部連續(xù)增大。所述的槳葉片的葉片端部的螺距角^為15° 45°，葉片根部的螺距角1為25° 60°，葉片端部的螺距角i3b小于葉片根部的螺距角β3。所述的槳葉片任意橫截面的中心線為弧線，弧線的弧高h(yuǎn)與弦長a 之比為0.02 0.10。所述的槳葉片的葉寬Bi自葉片端部至葉片根部逐漸增大，葉片端部的寬度Bb總是小于葉片根部的寬度Ba。所述的槳葉片的葉片導(dǎo)邊修圓，半徑r為葉片厚度 δ的一半，葉片隨邊亦修成過渡圓弧。所述的槳葉片上所開的等腰梯形通槽的總面積與葉片面積之比為0. 03 0. 30。本發(fā)明中的葉片具有光滑的空間扭曲面，根部的螺距角大于端部的螺距角。這種結(jié)構(gòu)使流體的軸向速度沿攪拌器半徑方向的分布趨向均勻，有利于優(yōu)化攪拌釜內(nèi)流場分布，提高混合效率；葉片在任意半徑處的剖面為經(jīng)過合理選擇的機翼型剖面，水力學(xué)性能得到了優(yōu)化，減小了流體阻力；在槳葉片上開設(shè)的梯形通槽能夠減少流體對攪拌槳葉面背部的沖擊力，減小攪拌器的振動，加強軸向循環(huán)和流動，使反應(yīng)釜內(nèi)流體流動性能得到明顯改善，液固相分散好，釜內(nèi)物料攪拌均勻，且可以讓反應(yīng)生成的氣體順利的傳輸與逸出，保證反應(yīng)的正常進(jìn)行。此外，所述的翼型攪拌器的攪拌功率小于 一般的翼型槳，能耗低。


圖1是翼型軸流式攪拌器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是翼型軸流式攪拌器中的輪轂的剖面圖3是翼型軸流式攪拌器中槳葉片根部與端部的角度圖； 圖4是翼型軸流式攪拌器的單個葉片的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是圖2的A-A剖面放大圖中攪拌軸1、輪轂2、槳葉片3、葉片隨邊4、葉片導(dǎo)邊5、葉片端部6、葉片根部7、梯形通槽8。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖通過實例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不受其限制。如圖所示，翼型軸流式攪拌器包括攪拌軸1、輪轂2、槳葉片3 ；在攪拌軸1上安裝有輪轂2，槳葉片3可拆卸或不可拆卸地安裝在輪轂2上；所述的槳葉片3為三片，葉片為光滑的空間扭曲面，槳葉片3在任意半徑處的橫截面為機翼型；所述的槳葉片3上開有與槳葉片的中心線相垂直的多個等腰梯形通槽8，每個等腰梯形通槽8的四邊分別與葉片的隨邊4、導(dǎo)邊5、端部6與根部7平行，等腰梯形通槽8在槳葉片上呈對稱分布。所述的槳葉片3自葉片端部6至葉片根部7不同半徑處任一截面的螺距角β i按等螺距結(jié)構(gòu)設(shè)計，螺距角Pi自葉片端部6至葉片根部7連續(xù)增大。所述的槳葉片3的葉片端部6的螺距角^為15° 45°，葉片根部7的螺距角1為25° 60°，葉片端部6 的螺距角β b小于葉片根部7的螺距角β3。所述的槳葉片3任意橫截面的中心線為弧線， 該截面處的曲率半徑R由該截面上中心弧線的弧高h(yuǎn)與弦長a之比確定，弧線的弧高h(yuǎn)與弦長a之比為0.02 0. 10。所述的槳葉片3的葉寬Bi自葉片端部6至葉片根部7逐漸增大，葉片端部6的寬度Bb總是小于葉片根部7的寬度Ba。所述的槳葉片3的葉片導(dǎo)邊5修圓，半徑r為葉片厚度δ的一半，葉片隨邊4亦修成過渡圓弧。所述的槳葉片3上所開的等腰梯形通槽8的總面積與葉片面積之比為0. 03 0. 30。 實施例1
有效容積為50 L的硝化反應(yīng)釜，反應(yīng)釜內(nèi)徑為500 mm，釜體的高徑比為1，采用本發(fā)明設(shè)計的翼型軸流式攪拌器進(jìn)行硝化反應(yīng)，攪拌器結(jié)構(gòu)參見附圖1至附圖5。翼型攪拌槳的直徑A與反應(yīng)釜內(nèi)徑的比例為0.5，其葉片端部的螺距角^為 45°，葉片根部的螺距角，葉片端部至葉片根部不同半徑處任一截面的螺距角 β 1按等螺距結(jié)構(gòu)設(shè)計，螺距角Pi自葉片端部至葉片根部連續(xù)增大。任意橫截面弧線的弧高h(yuǎn)與弦長a之比為0. 06。槳葉片的葉寬自葉片端部至葉片根部逐漸增大，葉片端部的寬度Bb為30 mm，葉片根部的寬度Ba為55 mm。槳葉片厚度δ為6 mm，葉片導(dǎo)邊修圓，半徑r 為葉片厚度δ的一半，葉片隨邊亦修成過渡圓弧，以減少阻力。另外，在攪拌器的每個槳葉片上開設(shè)有與葉片的中心線相垂直的3個等腰梯形通槽，每個等腰梯形通槽的四邊分別與葉片的隨邊、導(dǎo)邊、端部與根部平行，等腰梯形通槽在槳葉上呈對稱分布，靠近葉片端部的等腰梯形通槽與葉端間距為10 mm，靠近葉片根部的等腰梯形通槽與輪轂外圓的間距亦為 10 mm，等腰梯形通槽與槳的導(dǎo)邊、隨邊間距均為5 mm，等腰梯形通槽孔寬為5 mm。整個翼型槳的葉片做成上揚形式的槳葉(當(dāng)攪拌槳順時針轉(zhuǎn)動時)。此翼型攪拌器采用不銹鋼316L 制造。在此50L攪拌釜內(nèi)進(jìn)行硝化反應(yīng)，攪拌器轉(zhuǎn)速為250 rpm，反應(yīng)平穩(wěn)，可獲得較高的單釜轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)效率。實施例2
有效容積為200 L的硝化反應(yīng)釜，反應(yīng)釜內(nèi)徑為700 mm，采用本發(fā)明設(shè)計的翼型軸流式攪拌器進(jìn)行硝化反應(yīng)，攪拌器結(jié)構(gòu)參見附圖1至附圖5。翼型攪拌槳的直徑Dj與反應(yīng)釜內(nèi)徑的比例為0. 4,Dj=280 mm。其葉片端部的螺距角，葉片根部的螺距角β 3為60°，葉片端部至葉片根部不同半徑處任一截面的螺距角β 1按等螺距結(jié)構(gòu)設(shè)計，螺距角Pi自葉片端部至葉片根部連續(xù)增大。任意橫截面弧線的弧高h(yuǎn)與弦長a之比為0. 06。槳葉片的葉寬自葉片端部至葉片根部逐漸增大，葉片端部的寬度Bb為35 mm，葉片根部的寬度Ba為65 mm。槳葉片厚度δ為8 mm，葉片導(dǎo)邊修圓， 半徑r為葉片厚度δ的一半，葉片隨邊亦修成過渡圓弧，以減少阻力。另外，在攪拌器的每個槳葉片上開設(shè)有與葉片的中心線相垂直的3個等腰梯形通槽，每個等腰梯形通槽的四邊分別與葉片的隨邊、導(dǎo)邊、端部與根部平行，等腰梯形通槽在槳葉上呈對稱分布，靠近葉片端部的等腰梯形通槽與葉端間距為11.5 mm，靠近葉片根部的等腰梯形通槽與輪轂外圓的間距亦為11. 5 mm，等腰梯形通槽與槳的導(dǎo)邊、隨邊間距均為5 mm，等腰梯形通槽孔寬為7 mm。整個翼型槳的葉片做成上揚形式的槳葉(當(dāng)攪拌槳順時針轉(zhuǎn)動時)。此翼型攪拌器采用不銹鋼316L制造。在此200 L攪拌釜內(nèi)進(jìn)行硝化反應(yīng)，攪拌器轉(zhuǎn)速為180 rpm，反應(yīng)平穩(wěn)，可獲得較高的單釜轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)效率。實施例3
有效容積為700 L的硝化反應(yīng)釜，反應(yīng)釜內(nèi)徑為1000 mm，采用本發(fā)明設(shè)計的翼型軸流式攪拌器進(jìn)行硝化反應(yīng)，攪拌器結(jié)構(gòu)參見附圖1至附圖5。
翼型攪拌槳的直徑Dj與反應(yīng)釜內(nèi)徑的比例為0. 45，Dj=450 mm。其葉片端部的螺距角，葉片根部的螺距角β 3為60°，葉片端部至葉片根部不同半徑處任一截面的螺距角β 1按等螺距結(jié)構(gòu)設(shè)計，螺距角Pi自葉片端部至葉片根部連續(xù)增大。任意橫截面弧線的弧高h(yuǎn)與弦長a之比為0. 06。槳葉片的葉寬自葉片端部至葉片根部逐漸增大，葉片端部的寬度Bb為40 mm，葉片根部的寬度Ba為85 mm。槳葉片厚度δ為10 mm，葉片導(dǎo)邊修圓，半徑r為葉片厚度δ的一半，葉片隨邊亦修成過渡圓弧，以減少阻力。另外，在攪拌器的每個槳葉片上開設(shè)有與葉片的中心線相垂直的3個等腰梯形通槽，每個等腰梯形通槽的四邊分別與葉片的隨邊、導(dǎo)邊、端部與根部平行，等腰梯形通槽在槳葉上呈對稱分布，靠近葉片端部的等腰梯形通槽與葉端間距為22. 5 mm，靠近葉片根部的等腰梯形通槽與輪轂外圓的間距亦為22. 5 mm，等腰梯形通槽與槳的導(dǎo)邊、隨邊間距均為8 mm，等腰梯形通槽孔寬為10 mm。整個翼型槳的葉片做成上揚形式的 槳葉(當(dāng)攪拌槳順時針轉(zhuǎn)動時)。此翼型攪拌器采用不銹鋼316L制造。在此700 L攪拌釜內(nèi)進(jìn)行硝化反應(yīng)，攪拌器轉(zhuǎn)速為150 rpm，反應(yīng)平穩(wěn)，可獲得較高的單釜轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)效率。
權(quán)利要求
1.一種翼型軸流式攪拌器，其特征在于包括攪拌軸(1)、輪轂(2)、槳葉片(3);在攪拌軸(1)上安裝有輪轂(2)，槳葉片(3)可拆卸或不可拆卸地安裝在輪轂(2)上；所述的槳葉片(3)為三片，葉片為光滑的空間扭曲面，槳葉片(3)在任意半徑處的截面為機翼型；所述的槳葉片(3)上開有與槳葉片的中心線相垂直的多個等腰梯形通槽(8)，每個等腰梯形通槽(8)的四邊分別與葉片的隨邊(4)、導(dǎo)邊(5)、端部(6)與根部(7)平行，等腰梯形通槽(8) 在槳葉片上呈對稱分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種翼型軸流式攪拌器，其特征在于所述的槳葉片(3)自葉片端部(6)至葉片根部(7)不同半徑處任一截面的螺距角Ai按等螺距結(jié)構(gòu)設(shè)計，螺距角 β,自葉片端部(6)至葉片根部(7)連續(xù)增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種翼型軸流式攪拌器，其特征在于所述的槳葉片(3)的葉片端部(6)的螺距角Ab為15° 45°，葉片根部(7)的螺距角/^為25° 60°，葉片端部(6)的螺距角Ab小于葉片根部(7)的螺距角β 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種翼型軸流式攪拌器，其特征在于所述的槳葉片(3)任意橫截面的中心線為弧線，弧線的弧高力與弦長a之比為0. 02 0. 10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種翼型軸流式攪拌器，其特征在于所述的槳葉片(3)的葉寬盡自葉片端部(6)至葉片根部(7)逐漸增大，葉片端部(6)的寬度隊總是小于葉片根部 (7)的寬度凡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種翼型軸流式攪拌器，其特征在于所述的槳葉片(3)的葉片導(dǎo)邊(5)修圓，半徑r為葉片厚度δ的一半，葉片隨邊(4)亦修成過渡圓弧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種翼型軸流式攪拌器，其特征在于所述的槳葉片(3)上所開的等腰梯形通槽(8)的總面積與葉片面積之比為0. 03 0. 30。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種翼型軸流式攪拌器。它包括攪拌軸、輪轂、槳葉片，在攪拌軸上安裝有輪轂，槳葉片可拆卸或不可拆卸地安裝在輪轂上，攪拌器的槳葉片為光滑的空間扭曲面，在任意半徑處的截面為機翼型，螺距角和葉寬自葉片端部至葉片根部連續(xù)增大，并按等螺距結(jié)構(gòu)設(shè)計，在葉片上開設(shè)有與葉片的中心線相垂直的多個等腰梯形通槽，并在葉片上呈對稱分布。優(yōu)點能夠減少流體對攪拌槳葉面背部的沖擊力，減小攪拌器的振動，加強軸向循環(huán)和流動，使反應(yīng)釜內(nèi)流體流動性能得到明顯改善，液固相分散好，釜內(nèi)物料攪拌均勻，且可以讓反應(yīng)生成的氣體順利的傳輸與逸出，保證反應(yīng)的正常進(jìn)行。此外，所述的翼型攪拌器的攪拌功率小于一般的翼型槳，能耗低。
文檔編號B01J19/18GK102179227SQ20111009060
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者何潮洪, 吳可君, 周俊超, 車圓圓 申請人:浙江大學(xué)