一种大型反应釜及储罐用组合式固液搅拌装置.pdf

本发明公开了一种大型反应釜及储罐用组合式固液搅拌装置，包括电机和减速器、顶部支架与联轴器，搅拌轴的下端位于筒体中心底部，在搅拌轴上安装搅拌器，搅拌轴的上端通过联轴器连接筒体外部的电机和减速器，筒体底端固定底封头，搅拌装置为上下组合式，搅拌轴为空心搅拌轴，在搅拌轴下端安装锚式搅拌器，锚式搅拌器上安装刮耙，在锚式搅拌器上部的搅拌轴上安装螺带式搅拌器。螺带式搅拌器起到提升物料的作用，避免固体物料的迅速沉降，使得固液两相的混合更加均匀；锚式搅拌器可疏松底部固体沉积物，降低反应釜或储罐底部出口上方的固相浓度，便于物料的排放。搅拌效果良好，可用于较高粘度、较高固体物料含量的固液物料的混合或反应过程。

1、  一种大型反应釜或储罐用组合式固液搅拌装置，包括电机和减速器(1)、顶部支架(2)与联轴器(5)，搅拌轴(6)的下端位于筒体(7)中心底部，在搅拌轴(6)上安装搅拌器，搅拌轴(6)的上端通过联轴器(5)连接筒体(7)外部的电机和减速器(1)，筒体(7)底端固定底封头(12)，其特征在于：所述搅拌装置为上下组合式，搅拌轴(6)为空心搅拌轴，在搅拌轴(6)下端安装锚式搅拌器(11)，锚式搅拌器(11)上安装刮耙(14)，在锚式搅拌器(11)上部的搅拌轴(6)上安装螺带式搅拌器(8)。

2、  根据权利要求1所述的一种大型反应釜或储罐用组合式固液搅拌装置，其特征是：底封头(12)截面形状为锥形、直线形或椭圆形，锚式搅拌器(11)两个桨叶的形状与所述底封头(12)截面形状相对应。

3、  根据权利要求1所述的一种大型反应釜或储罐用组合式固液搅拌装置，其特征是：锚式搅拌器(11)的两个桨叶以拉杆(10)连接搅拌轴(6)。

4、  根据权利要求1所述的一种大型反应釜或储罐用组合式固液搅拌装置，其特征是：在螺带式搅拌器(8)与搅拌轴(6)之间连接支撑杆(9)。

5、  根据权利要求1所述的一种大型反应釜或储罐用组合式固液搅拌装置，其特征是：安装在搅拌轴(6)上的螺带式搅拌器(8)为可拆卸式的单螺带式、双螺带式或多头螺带式结构。

6、  根据权利要求1所述的一种大型反应釜或储罐用组合式固液搅拌装置，其特征是：螺带式搅拌器(8)的螺带直径大于位于底封头(12)上的污泥出口(13)的口径。

7、  根据权利要求5所述的一种大型反应釜或储罐用组合式固液搅拌装置，其特征是：单螺带式搅拌器(8)的旋转方向与螺带螺旋上升的方向相反；双螺带式搅拌器(8)或多头螺带式搅拌器(8)的旋转方向与螺带螺旋上升的方向相同。

一种大型反应釜及储罐用组合式固液搅拌装置
技术领域
本发明涉及一种搅拌装置，特别涉及一种适用于高粘度流体搅拌混合的组合式固液搅拌装置，可用于大型反应釜、储罐或其他固液混合设备，以实现高粘度下固液两相物料的均匀混合与反应，尤其适用于石油和化工行业中固液两相的反应装置或存储装置。
背景技术
固液物料或高粘物料的混合与反应问题在石油化工、生物、医药化工中是经常遇到的，固相在液相中的均匀混合与分散问题，尤其在大型反应釜或储罐内的充分混合与反应问题是保证生产质量的前提。由于过程的复杂性，以及装置几何结构、物料性质等的不确定性，例如高粘度固液混合物，使得固液两相的均匀混合变得困难。固液两相反应的理想状况是实现固体颗粒的悬浮状态，这需要较高的搅拌转速来实现，以避免固体颗粒的快速沉降。但是，对于大型容器设备，较高的搅拌转速将导致传动功率的大幅提高以及搅拌轴6直径的放大，对于工程应用及设备制造极不经济。随着搅拌装置生产技术的不断发展，装置的日益大型化，需要设计高效的新型搅拌器，达到提高固液两相混合效率的目的。对于不相容的固液两相，固体颗粒的下降导致的分布不均，严重影响了固液两相的反应速率和效率，甚至导致固相在罐底的沉积，使得搅拌装置失去作用。解决这一问题的关键就是在搅拌罐内能够产生较强的轴向流动，在罐内形成上下循环流，达到促进固液两相充分接触和反应的目的。
对于固液两相反应中所涉及到的固体悬浮问题，即解决反应或是混合过程中固体颗粒的下沉问题。《大型磷酸储罐的防沉淀设施》(《磷酸设计》1999年第一期)一文中提到了几种防沉淀的措施，涉及到安装搅拌器的方法，但未见在大型槽罐中采用。庞大的传动装置、搅拌器及其支撑构件给检修、安装带来不便，造价较高。《大型贮罐搅拌装置的设计》(《化学工程师》2003年第三期)一文中，通过合理配置后在大型储罐中安装了三个船桨式搅拌器，已实现全罐内的均匀搅拌。显然，此法的搅拌效果可以保证，但是此法对于搅拌器的安装和驱动带来一定困难；而且当物料粘度增高时，船桨式搅拌器更难以满足搅拌要求。
为解决高粘度物料的均匀混合问题，公开号为CN 2592265Y的中国专利文献公开了名称为“搅拌器”的实用新型专利，该专利中提供了如图8所示的新型搅拌器。该搅拌器包括框顶梁(L)、U型框架和围绕框架的外直立边(A)、以等螺距螺旋线方向向右或向左螺旋上升的螺旋带(B、C)。该搅拌器避免了搅拌过程物料的“爬杆”现象，从而很好的搅拌和分散物料。对于小型反应釜，此种搅拌器可以很好的实现搅拌效果，但是，对于大型反应釜或储罐内的固液两相体系的搅拌情况，由于此种搅拌器的螺带部分和框架基本位于罐壁附近，只有罐壁附近区域的物料得到搅拌，以致罐体中央处的物料难以实现固液两相的均匀搅拌，固体颗粒沉淀速度加快，造成固体颗粒在罐底区域的大量堆积。如果罐体的出口位于罐体底部时，还会造成物料的出口阻塞问题。当罐底物料大量堆积时，固液两相物料无法得到充分接触与反应；特别地，当物料粘度较高时，现有搅拌设备在大型反应釜或储罐内难以实现理想的搅拌效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：对于大型反应釜或储罐内的搅拌过程，在高粘度或高固含量情况下，由于罐内无明显轴向流动，高粘度流体或固液两相混合物无法实现均匀混合和充分反应。为克服上述技术的不足，本发明提供了一种大型反应釜及储罐用上下组合式高效固液搅拌装置。
本发明采用的技术方案是：包括电机和减速器、顶部支架、联轴器、搅拌轴的下端位于筒体中心底部，在搅拌轴上安装搅拌器，搅拌轴的上端通过联轴器连接筒体外部的电机和减速器，筒体底端固定底封头，所述搅拌装置为上下组合式，搅拌轴为空心搅拌轴，在搅拌轴下端安装锚式搅拌器，锚式搅拌器上安装刮耙，在锚式搅拌器上部的搅拌轴上安装螺带式搅拌器。
本发明的有益效果是：
1)可在低转速下作业，用于较高粘度、较高固体物料含量的固液物料的混合或反应过程，在满足搅拌目的的情况下，动力消耗小，作业故障少，作业质量高。其生产成本低，加工、安装方便。
2)结合锚式搅拌器和螺带式搅拌器的优点，形成上下循环流动。螺带式搅拌器可以产生轴向流，提高了出口上方流体的轴向速度，起到了提升物料的作用，避免了固体物料的迅速沉降，使得固液两相的混合更加均匀。锚式搅拌器可以产生径向流，可以疏松底部固体沉积物，降低了反应釜或储罐底部出口上方的固相浓度，便于物料的排放，克服了由于出口上方固相浓度较高而导致的出口堵塞问题，使得大型反应釜及储罐内部固液两相的混合更加均匀，延长了固相物料的悬浮时间，提高了搅拌效率。
3)与单纯锚式搅拌器相比，本发明高效组合式搅拌器在一定程度上缩短混合时间或是反应时间，大大提高了大型反应釜及储罐的工作能力，能耗并无明显增大。
4)搅拌轴用空心搅拌轴，在满足强度条件的情况下，尽量减小上部的螺带式搅拌器的螺带厚度，减轻了整个搅拌装置的重量。
5)本发明锚式搅拌器两个桨叶的设计按照容器底封头截面形状进行选型，适应不同釜体底部结构的锚式类搅拌器、螺带式提升搅拌器及其支撑杆和拉杆等。物料出口位于容器底部，避免搅拌装置在转动时因产生较大的扭矩而出现失稳甚至断裂。刮耙可扰动罐底部沉积的固体颗粒，防止固体颗粒的大量堆积而造成底部的出口堵塞，防止底流排放不畅，并且可以防止因釜内固体颗粒沉淀物浓度过高而导致的刮泥阻力增大问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明；
图1是本发明结构示意图，其中底封头12截面为锥形；
图2是图1中的底封头12截面为椭圆形时对应的锚式搅拌器11结构图；
图3是图1中的底封头12截面为直线形时对应的锚式搅拌器11结构图；
图4是图1中单螺带式搅拌器8和锚式搅拌器11的组合部件图；
图5是图1中双螺带式搅拌器8和锚式搅拌器11的组合部件图；
图6是图5的俯视图；
图7是图1中锥形锚式搅拌器11的结构示意图；
图8是背景技术中公开号为CN2592265Y、名称为“搅拌器”的专利结构示意图。
图中：1.电机和减速器；2.顶部支架；3.上封头；4.支座；5.联轴器；6.搅拌轴；7.筒体；8.螺带式搅拌器；9.支撑杆；10.拉链或拉杆；11.锚式搅拌器；12.底封头；13.污泥出口；14.刮耙。
具体实施方式
如图1所示，整个搅拌装置为上下组合式，大型反应釜或储罐的上端为标准椭圆形上封头3，在上封头3上部安装顶部支架3，在中间为圆柱形筒体7，筒体7底端固定底封头12。污泥出口13开在底部底封头12上。筒体7内部的组合式固液搅拌装置包括下部的锚式搅拌器11和上部和螺带式搅拌器8两部分。
搅拌轴6的下端位于筒体7中心底部，在搅拌轴6上安装螺带式搅拌器8，搅拌轴6的上端通过联轴器5钢性连接筒体7外部的电机和减速器1的传动轴。为了减轻顶部支架2的重量，搅拌轴6采用空心搅拌轴，空心搅拌轴6和搅拌器的材质要根据罐内物料特性进行选择，若遇腐蚀性介质，可选用不锈钢材质。
在搅拌轴6下端固定安装锚式搅拌器11，锚式搅拌器11有两个桨叶，该两个桨叶分别以拉杆10连接到搅拌轴6上，通过增加拉杆10的方式进行固定，避免搅拌装置在转动时因产生较大的扭矩而出现失稳甚至断裂。锚式搅拌器11的下部加装一定倾角的刮耙14，刮耙14做成如图5、图6所示长条形，并按照一定的倾角焊接或利用螺栓联接安装在锚式搅拌器11上，刮耙14的主要作用为：清除罐底堆积的部分高粘度物料，便于物料的排放，并且可以防止因釜内固体颗粒沉淀物浓度过高而导致的刮泥阻力增大问题，在一定程度上提升了搅拌效果。锚式搅拌器11可做成空心型，以减轻整个搅拌装置的重量。在锚式搅拌器11上部的搅拌轴6上安装螺带式搅拌器8，螺带式搅拌器8与空心搅拌轴6之间采用支撑杆9连接。固定在筒体7底端的底封头12截面形状可为锥形、椭圆形或直线形，由此，靠近底封头12安装的锚式搅拌器11两个桨叶的形状应与底封头12截面形状相对应配合，即锚式搅拌器11两个桨叶的形状分别为如图1所示的锥形、或如图2所示的椭圆形，或者如图3所示的直线形。
螺带式搅拌器8做成可拆式结构，以便于安装、维修和拆卸。螺带部分选用不锈钢材质。螺带式搅拌器8可如图4所示的单螺带式或者如图5和图6所示的双螺带式以及多头螺带式搅拌器8。
螺带式搅拌器8的提升部分恰好位于泥浆储罐的污泥出口13上方，在其随搅拌轴6转动时促使物料产生垂直向上的轴向流动，起到了提升物料的作用，避免了固体颗粒的快速沉降。同时使得螺带式搅拌器8的螺带直径大于污泥出口13的口径，以便于污泥出口13上方物料的排出。
在实施本发明时，应对空心搅拌轴6进行扭转变形校核，并确定空心搅拌轴6的的尺寸，对整个搅拌装置的重量进行核算，确定符合顶部支架2的承载能力。计算并确定电机和减速器1所需功率。本发明在满足强度条件的情况下，尽量减小上部的螺带式搅拌器8的螺带厚度，以及下部锚式搅拌器11可做成空心型，可减轻整个搅拌装置的重量。为了便于物料排泄，大型反应釜或者储罐底部的污泥出口13应该位于螺带式搅拌器8的螺带部分正下方。
本发明在搅拌电机和减速器1带动下，在低转速下共同转动，罐内物料可以为低、中或高粘度流体，固含量最高可达35％。上部的螺带式搅拌器8的主要作用是在罐内产生较强的垂直向上的轴向流动，形成上下循环流动，起到提升固液混合效率的作用。下部的锚式搅拌器11主要作用为扰动罐底部沉积的固体颗粒，防止固体颗粒的大量堆积而造成底部的污泥出口13堵塞，同时产生一定的垂直向上的轴向流动。螺带式搅拌器8可做成分块式结构，以便于安装。螺带式搅拌器8的旋转方向至关重要，如图4所示的单螺带式搅拌器8，搅拌装置的旋转方向设定为与螺带螺旋上升的方向相反，选择正确的旋转方向能够保证螺带自身的旋转起到向上提升物料的作用，在罐内产生向上的轴向流。对于如图5所示的双螺带式搅拌器8或多头螺带式搅拌器8，其旋转方向与螺带螺旋上升的方向必须相同。螺带式搅拌器8的外圈直径、螺距及其高度可以根据筒体7尺寸进行设计。