本發(fā)明涉及化工生產(chǎn)工藝中流體混合裝置內(nèi)的攪拌槳。
背景技術(shù)：
：機(jī)械攪拌反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于化工、冶金等過(guò)程工業(yè)，是相關(guān)生產(chǎn)工藝流程的核心設(shè)備，其經(jīng)濟(jì)性與流體混合性能密切相關(guān)。隨著化工工藝的進(jìn)步和發(fā)展，攪拌反應(yīng)器正朝著大型化、節(jié)能化方向發(fā)展。由于流體混合性能與流場(chǎng)界面結(jié)構(gòu)以及攪拌反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜關(guān)聯(lián)性和高度敏感依賴性，致使攪拌反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與放大至今還缺乏完備的理論支撐而強(qiáng)烈依賴于經(jīng)驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因攪拌反應(yīng)器不合理設(shè)計(jì)所造成的損失高達(dá)數(shù)百億美元。研究表明，傳統(tǒng)剛性攪拌槳在流場(chǎng)中易形成混沌混合區(qū)與混合隔離區(qū)，且混沌混合區(qū)與混合隔離區(qū)之間存在著較為穩(wěn)定的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)界面，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)之間沒(méi)有充分混合，導(dǎo)致攪拌反應(yīng)器內(nèi)的流體混合效率較低。研究發(fā)現(xiàn)，柔性體在流場(chǎng)中可形成明顯不同于剛性槳的渦結(jié)構(gòu)，其多尺度流場(chǎng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性增強(qiáng)，可破壞流場(chǎng)中混合隔離區(qū)內(nèi)外的結(jié)構(gòu)界面，強(qiáng)化流體混沌混合行為，提高流體混合效果。本發(fā)明技術(shù)在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)攪拌槳的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提出了柔性莫比烏斯帶式-多層剛?cè)峤M合攪拌槳，該槳在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，柔性莫比烏斯帶在攪拌軸與流體的相互作用下，自身能夠不斷抖動(dòng)或做多體運(yùn)動(dòng)，增大槳葉“橫掃”區(qū)域，不斷改變流體的流動(dòng)方向，進(jìn)而打破流場(chǎng)中存在的較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)界面，提高流體的湍動(dòng)程度，強(qiáng)化流體混合過(guò)程，提高流體混合效果。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高流體混合效果，且裝置成本較低的剛?cè)峤M合式攪拌槳。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種提高流體混合效果的剛?cè)峤M合式攪拌槳，包括攪拌軸，以及若干剛性攪拌槳、若干環(huán)、若干柔性莫比烏斯帶。所述攪拌軸上至少具有兩個(gè)能夠與剛性攪拌槳連接的節(jié)點(diǎn)。若干剛性攪拌槳在攪拌軸上至少形成兩層呈輻射狀的攪拌槳葉組。每一個(gè)剛性攪拌槳的槳葉端頭均穿有一個(gè)環(huán)。每一條柔性莫比烏斯帶至少穿過(guò)兩個(gè)處于上下不同層的剛性攪拌槳槳葉端頭的環(huán)。一種優(yōu)選的方案是：提高流體混合效率的剛?cè)峤M合式攪拌槳包括攪拌軸(2)，以及剛性攪拌槳i(41)、剛性攪拌槳ii(42)、若干環(huán)i(51)、若干環(huán)ii(52)、若干柔性莫比烏斯帶(6)。攪拌軸的一個(gè)節(jié)點(diǎn)處固定有剛性攪拌槳i(41)，攪拌軸的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)處固定有剛性攪拌槳ii(42)。進(jìn)一步，固定有剛性攪拌槳i(41)的攪拌軸上的節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)a，固定有剛性攪拌槳ii(42)的攪拌軸上的節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)b。節(jié)點(diǎn)a固定有圓盤(pán)體a，若干個(gè)剛性槳葉的一端固定在圓盤(pán)體a的周圍。節(jié)點(diǎn)b固定有圓盤(pán)體b，若干個(gè)剛性槳葉的一端固定在圓盤(pán)體b的周圍。進(jìn)一步，所述的若干個(gè)剛性槳葉均勻地分布在攪拌軸的四周。進(jìn)一步，剛性攪拌槳i(41)的每一個(gè)槳葉端頭均穿有一個(gè)環(huán)i(51)。進(jìn)一步，剛性攪拌槳ii(42)的每一個(gè)槳葉端頭均穿有一個(gè)環(huán)ii(52)。剛性攪拌槳i(41)的槳葉端頭是指剛性攪拌槳i(41)槳葉遠(yuǎn)離攪拌軸的一端。剛性攪拌槳ii(42)的槳葉端頭是指剛性攪拌槳ii(42)槳葉遠(yuǎn)離攪拌軸的一端。進(jìn)一步，所述剛性攪拌槳i(41)和剛性攪拌槳ii(42)的槳葉數(shù)量相等。進(jìn)一步，柔性莫比烏斯帶(6)的數(shù)量與剛性攪拌槳ii(42)槳葉的數(shù)量相等。每一條柔性莫比烏斯帶(6)穿過(guò)任意一個(gè)環(huán)i(51)和任意一個(gè)環(huán)ii(52)。進(jìn)一步，所述柔性莫比烏斯帶的材質(zhì)選自鋼、四氟乙烯、氯丁橡膠、丁苯橡膠、硅膠或pvc。進(jìn)一步，所述柔性莫比烏斯帶的制作方法是：將柔性材料制成的帶子扭轉(zhuǎn)180°后，兩頭再接起來(lái)。進(jìn)一步，接起帶子兩頭的方式是螺栓連接。進(jìn)一步，剛性攪拌槳i(41)與剛性攪拌槳ii(42)的直徑相等。即剛性攪拌槳i(41)的直徑為d，剛性攪拌槳葉ii(42)的直徑也為d。進(jìn)一步，剛性攪拌槳i(41)的槳葉和剛性攪拌槳ii(42)的槳葉尺寸相同。進(jìn)一步，柔性莫比烏斯帶(6)的寬度為d，d是d的1/40～1/10。進(jìn)一步，剛性攪拌槳i(41)的槳葉下邊緣和剛性攪拌槳ii(42)的槳葉上邊緣之間的距離為f。柔性莫比烏斯帶(6)的周長(zhǎng)為f，f是f的2.2～3倍。進(jìn)一步，環(huán)i(51)和環(huán)ii(52)的直徑均為φ，柔性莫比烏斯帶的寬度為d，φ是d的1.2～1.5倍。進(jìn)一步，所述攪拌軸(2)由電機(jī)(1)驅(qū)動(dòng)，并伸入攪拌槽(3)中旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的：在攪拌槳旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，柔性莫比烏斯帶能夠使攪拌槽較大范圍內(nèi)不斷改變流體的流動(dòng)方向，打破攪拌槽內(nèi)存在的較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)界面，提高流體的湍動(dòng)程度。在攪拌軸與流體的相互作用下，柔性莫比烏斯帶可以發(fā)生扭轉(zhuǎn)，通過(guò)自身抖動(dòng)將槳葉能量傳遞到流場(chǎng)遠(yuǎn)處，提高能量利用率，強(qiáng)化流體混合過(guò)程，進(jìn)而提高流體混合效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)的剛?cè)峤M合槳在攪拌槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，向攪拌槽內(nèi)流體輸入機(jī)械能，使流體獲得適宜的流場(chǎng)，強(qiáng)化流體混合過(guò)程。本發(fā)明公開(kāi)的剛?cè)峤M合式攪拌槳中的柔性莫比烏斯帶在攪拌軸和流體的相互作用下，自身能夠不斷抖動(dòng)或做多體運(yùn)動(dòng)，不斷改變流體的流動(dòng)方向，提高流體的湍動(dòng)程度，強(qiáng)化能量傳遞過(guò)程，提高流體的混合效果，并且能夠節(jié)省裝置成本。附圖說(shuō)明圖1——本發(fā)明的剛?cè)峤M合式攪拌槳的攪拌裝置示意圖。圖2——本發(fā)明的剛?cè)峤M合式攪拌槳結(jié)構(gòu)示意圖。圖3——現(xiàn)有技術(shù)攪拌槳的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，電機(jī)1、攪拌軸2、攪拌槽3、剛性攪拌槳41、剛性攪拌槳42、環(huán)51、環(huán)52、柔性莫比烏斯帶6、擋板7。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。實(shí)施例1：一種提高流體混合效果的剛?cè)峤M合式攪拌槳，其特征在于:包括攪拌軸2，以及剛性攪拌槳i41、剛性攪拌槳ii42、若干環(huán)i51、若干環(huán)ii52、若干柔性莫比烏斯帶6。所述剛性攪拌槳i41和剛性攪拌槳ii42的槳葉數(shù)量相等。固定剛性攪拌槳i41的攪拌軸2上的節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)a，固定剛性攪拌槳ii42的攪拌軸2上的節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)b。節(jié)點(diǎn)a固定有圓盤(pán)體a，若干個(gè)剛性槳葉的一端固定在圓盤(pán)體a的周圍。即攪拌軸2的節(jié)點(diǎn)a上呈輻射狀地分布著若干剛性槳葉。實(shí)施例中，若干個(gè)所述的剛性槳葉均勻地分布在攪拌軸2上的四周。節(jié)點(diǎn)b固定有圓盤(pán)體b，若干個(gè)剛性槳葉的一端固定在圓盤(pán)體b的周圍。即攪拌軸2的節(jié)點(diǎn)b上呈輻射狀地分布著若干剛性槳葉。實(shí)施例中，若干個(gè)所述的剛性槳葉均勻地分布在攪拌軸2上的四周。柔性莫比烏斯帶6的數(shù)量與剛性攪拌槳ii42的槳葉數(shù)量相等。剛性攪拌槳i41的每一個(gè)槳葉端頭均穿有一個(gè)環(huán)i51。剛性攪拌槳ii42的每一個(gè)槳葉端頭均穿有一個(gè)環(huán)ii52。每一條柔性莫比烏斯帶6穿過(guò)任意一個(gè)環(huán)i51和任意一個(gè)環(huán)ii52。所述柔性莫比烏斯帶6的制作方法是：將柔性材料制成的帶子扭轉(zhuǎn)180°后，兩頭再接起來(lái)，接起帶子兩頭的方式是螺栓連接。所述柔性莫比烏斯帶6的材質(zhì)選自鋼、四氟乙烯、氯丁橡膠、丁苯橡膠、硅膠或pvc。在材質(zhì)選擇過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)材質(zhì)是否與混合物系發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是否吸附混合物質(zhì)以及是否耐酸耐腐蝕來(lái)進(jìn)行選擇。值得說(shuō)明的是，現(xiàn)有呈豎直設(shè)置的長(zhǎng)條狀柔性片具有兩個(gè)面，一個(gè)正面，一個(gè)反面；而柔性莫比烏斯帶6只有一個(gè)面。在槳葉旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，柔性莫比烏斯帶6自身可以發(fā)生扭轉(zhuǎn)，使得柔性片的兩個(gè)面都能與流體發(fā)生相互作用，而長(zhǎng)條狀的柔性片只有旋轉(zhuǎn)正面與流體能夠發(fā)生相互作用。實(shí)施例2本實(shí)施例的主要結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，進(jìn)一步地：剛性攪拌槳i41與剛性攪拌槳ii42的直徑相等。即剛性攪拌槳i41的直徑為d，剛性攪拌槳葉ii42的直徑也為d。剛性攪拌槳i41的槳葉和剛性攪拌槳ii42的槳葉尺寸相同。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)柔性莫比烏斯帶6的寬度過(guò)窄，有利于柔性莫比烏斯帶6發(fā)生扭轉(zhuǎn)或抖動(dòng)，但傳遞能量的能力較差；當(dāng)柔性莫比烏斯帶6的寬度過(guò)寬，不利于柔性莫比烏斯帶6發(fā)生扭轉(zhuǎn)或抖動(dòng)，但傳遞能量的能力較強(qiáng)。柔性莫比烏斯帶6的寬度為d，當(dāng)d是d的1/40～1/10，體系能夠獲取較好的混合效果。剛性攪拌槳i41的槳葉下邊緣和剛性攪拌槳ii42的槳葉上邊緣之間的距離為f。柔性莫比烏斯帶的周長(zhǎng)為f，f是f的2.2～3倍。在這種情況下，能夠保證柔性莫比烏斯帶6不斷扭轉(zhuǎn)或做多體運(yùn)動(dòng)，體系的混合效果較好。而當(dāng)柔性莫比烏斯帶6周長(zhǎng)過(guò)短，槳葉“橫掃”范圍減小，柔性莫比烏斯帶6的抖動(dòng)行為減弱，難以將槳葉能量傳遞到流場(chǎng)遠(yuǎn)處；當(dāng)柔性莫比烏斯帶6周長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，槳葉“橫掃”范圍增大，柔性莫比烏斯帶6的抖動(dòng)行為增加，但槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大。環(huán)i51和環(huán)ii52的直徑均為φ，柔性莫比烏斯帶6的寬度為d，φ是d的1.2～1.5倍。更進(jìn)一步講，柔性莫比烏斯帶6的厚度不低于0.5mm，且厚度應(yīng)當(dāng)是有上限的，這需根據(jù)混合體系的不同進(jìn)行選擇，例如，對(duì)于單相或氣液兩相，厚度可選用稍薄一些；對(duì)于固液兩相，厚度可選用稍厚一些。當(dāng)柔性莫比烏斯帶6的厚度過(guò)薄，它的抖動(dòng)能力增強(qiáng)，但它對(duì)槳葉附近流體的分散能力減弱，混合效果變差；當(dāng)柔性莫比烏斯帶6厚度過(guò)厚，它對(duì)槳葉附近流體的分散能力增強(qiáng)，但它的抖動(dòng)能力減弱，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增加。柔性莫比烏斯帶6厚度的選擇應(yīng)當(dāng)保證柔性莫比烏斯帶6能夠出現(xiàn)抖動(dòng)但分散能力又不會(huì)太弱。實(shí)施例中，所述攪拌軸2由電機(jī)1驅(qū)動(dòng)，并伸入攪拌槽3中旋轉(zhuǎn)。在攪拌槽3槽徑為0.48m，槽高為1m，擋板7寬度為0.048m的圓柱形敞口攪拌槽內(nèi)，溶液為1％的羧甲基纖維素鈉溶液，液體高度0.5m，攪拌轉(zhuǎn)速40rpm，通過(guò)酸堿脫色實(shí)驗(yàn)測(cè)定混合時(shí)間，以此表征攪拌槳的混合性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。表1混合時(shí)間對(duì)比實(shí)驗(yàn)攪拌槳類型攪拌轉(zhuǎn)速混合時(shí)間現(xiàn)有剛?cè)峤M合式攪拌槳40rpm10.2s本發(fā)明的剛?cè)峤M合式攪拌槳40rpm8.9s從表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同攪拌轉(zhuǎn)速條件下，本發(fā)明公開(kāi)的柔性莫比烏斯帶式-剛?cè)峤M合攪拌槳與現(xiàn)有的長(zhǎng)條狀柔性片式-剛?cè)峤M合攪拌槳相比，體系的混合時(shí)間縮短了12.7％。當(dāng)前第1頁(yè)12