一种用于物料混合的分形组合搅拌桨的制作方法

本申请涉及流体混合装置领域，尤其涉及一种用于物料混合的分形组合搅拌桨。

背景技术：

搅拌反应器广泛应用于化工、冶金、医药、食品、废水处理等过程行业中，是相关生产工艺中的核心设备。搅拌桨作为搅拌反应器的关键部件，向搅拌槽内流体提供所需的能量，使流体形成适宜的流场，影响着“三传一反”的效率和程度。但传统搅拌桨大多数容易在桨叶外缘和背面处形成较大的尾涡，桨叶能量传递效率低，流场湍动强度的均匀性较差，流场中仍然存在规则区，流体混合不充分。

技术实现要素：

本申请提供了一种用于物料混合的分形组合搅拌桨，以解决传统搅拌桨大多数容易在桨叶外缘和背面处形成较大的尾涡，桨叶能量传递效率低，流场湍动强度的均匀性差，流场存在规则区，流体混合不充分的问题。

本申请提供了一种用于物料混合的分形组合搅拌桨，包括固定套、圆盘以及若干个片式分形桨叶和若干个框式分形桨叶；

所述片式分形桨叶和框式分形桨叶交替分布；

每个所述框式分形桨叶为具有分形图形镂空的片状框体；

每个所述片式分形桨叶为分形图形的片状结构。

进一步地，所述分形图形的片状结构为等边三角形的片状结构中相邻两边的边缘周期性分布有基于至少一次分形迭代得到的锯齿的片状结构。

进一步地，所述锯齿为等边三角形结构，且当前分形迭代中的等边三角形的边长为上次分形迭代中等边三角形边长的1/5～1/10，相邻的两个所述锯齿之间设有凹陷，所述凹陷为与所述锯齿具有相同边长的等边三角形。

进一步地，所述片状框体的内侧边缘与外侧边缘之间的平行距离为第一次迭代中等边三角形边长的1～1.5倍。

进一步地，所述框式分形桨叶的分形图形镂空与片式分形桨叶的形状与尺寸相同。

进一步地，所述片状框体的外框为等边三角形结构。

进一步地，所述分形图形具有自相似性。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种用于物料混合的分形组合搅拌桨，该桨在旋转过程中，通过片式分形桨叶的外缘处和框式分形桨叶内缘处的分形结构将桨叶尾涡分解成许多小涡，提高桨叶能量传递效率，增强流体的湍动程度，消除流场中的规则区，使流体混合充分，提高流体的混合效率，强化流体的混合过程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的用于物料混合的分形组合搅拌桨的结构示意图；

图2为本申请提供的用于物料混合的分形组合搅拌桨的搅拌装置结构示意图；

图3为片式分形桨叶未分形迭代的结构示意图；

图4为在图3基础上一次迭代的得到的分形桨叶的结构示意图；

图5为在图3基础上二次迭代的得到的分形桨叶的结构示意图；

图6为与图5相适配的框式分形桨叶；

图7为分形迭代一次的分形组合搅拌桨用于酸碱脱色对比实验的数据表；

图8为分形迭代一次的分形组合搅拌桨用于锰矿浸出对比实验的数据表；

图9为分形迭代一次的分形组合搅拌桨用于磷矿浸出对比实验的数据表；

图10为分形迭代二次的分形组合搅拌桨用于酸碱脱色对比实验的数据表；

图11为分形迭代二次的分形组合搅拌桨用于锰矿浸出对比实验的数据表；

图12为分形迭代二次的分形组合搅拌桨用于磷矿浸出对比实验的数据表；

其中，1-电机，2-搅拌轴，3-搅拌槽，4-挡板，5-片式分形桨叶，6-框式分形桨叶，7-固定套，8-圆盘。

具体实施方式

参见图1，本申请提供了一种用于物料混合的分形组合搅拌桨，包括固定套7和圆盘8以及若干个片式分形桨叶5和若干个框式分形桨叶6，且所述片式分形桨叶5和框式分形桨叶6交替分布。

每个所述框式分形桨叶6为具有分形图形镂空的片状框体。优选地，所述片状框体的内侧边缘与外侧边缘之间的平行距离为第一次迭代中等边三角形边长的1～1.5倍。所述框式分形桨叶6的分形图形镂空与片式分形桨叶5的形状与尺寸相同；并且所述片状框体的外框为等边三角形结构。优选地，外框的边长为14.6cm。

每个所述片式分形桨叶5为分形图形的片状结构，所述分形图形具有自相似性。

具体地，所述分形图形的片状结构为等边三角形的片状结构中相邻两边的边缘周期性分布有基于至少一次分形迭代得到的锯齿的片状结构。锯齿为等边三角形结构，且当前分形迭代中的等边三角形的边长为上次分形迭代中等边三角形的1/5～1/10，相邻的两个所述锯齿之间设有凹陷，所述凹陷为与所述锯齿具有相同边长的等边三角形。

例如，以一次分形迭代为例，图3为原始的等边三角形的片状结构，其边长为l0＝9.8cm，然后对原始等边三角形的相邻两边边缘进行分形迭代，如图4所示，第一次分形迭代的等边三角形的边长l1为l0的1/7，第一次分形迭代之后得到边长为l1的等边三角形锯齿，并且相邻的两个锯齿中间还形成有边长为l1的等边三角形的凹陷。并且框式分形桨叶6的分形图形镂空与该分形迭代得到的片式分形桨叶5的图形一致，且框体的片状框体的内侧边缘与外侧边缘之间的平行距离为第一次迭代中等边三角形边长的1倍相等，即为l1的长度。

实验1：利用上述例子中一次分形迭代的分形组合搅拌桨，并参见图2，搅拌轴2由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。在搅拌槽3槽径为0.48m，槽高为1m，挡板4宽度为0.048m的圆柱形敞口搅拌槽3内，溶液为1.5％的羧甲基纤维素钠溶液，液体高度保持在0.5m，在不同转速条件下进行酸碱脱色实验。实验结果见图7。从表1酸碱脱色实验结果可以看出，在搅拌转速分别为50rpm，75rpm，100rpm条件下，本发明公开的分形迭代一次的分形组合搅拌桨与现有常规搅拌桨相比，混合体系的混合时间分别缩短了22.86％，18.52％和17.39％。

实验2：利用上述例子中一次分形迭代的分形组合搅拌桨，并参见图2，搅拌轴2由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。在搅拌槽3槽径为0.48m，槽高为1m，挡板4宽度为0.048m的圆柱形敞口搅拌槽3内，加入品位为15％左右的锰矿20kg，浓硫酸12kg，液体高度保持在0.5m，进行锰矿浸出实验。实验结果见图8。从图8锰矿浸出实验结果可以看出，在相同搅拌转速和浸出时间的条件下，本发明公开的分形迭代一次的分形组合搅拌桨与现有常规搅拌桨相比，锰矿浸出率提高了3.6％。

实验3：利用上述例子中一次分形迭代的分形组合搅拌桨，并参见图2，搅拌轴2由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。在搅拌槽3槽径为0.48m，槽高为1m，挡板4宽度为0.048m的圆柱形敞口搅拌槽3内，加入比重为1.7的磷矿浆17kg，加入7.6kg浓硫酸，液体高度保持在0.5m，进行磷矿浸出实验。实验结果见图9。从图9磷矿浸出实验结果可以看出，在相同搅拌转速条件下，本发明公开的分形迭代一次的分形组合搅拌桨与现有常规搅拌桨相比，磷矿浸出率提高了4.1％。

以二次分形迭代为例，其第一次分形迭代的过程与上述例子一样，不再赘述。在第二次分形迭代过程中，参见图5，第二次分形迭代的等边三角形的边长l2为第一次分形迭代的等边三角形的边长l1的1/7，第二次分形迭代之后得到边长为l2的等边三角形锯齿，并且相邻的两个锯齿中间还形成有边长为l2的等边三角形的凹陷。并且参见图6，框式分形桨叶6的分形图形镂空与该分形迭代得到的片式分形桨叶5的图形一致，且框体的片状框体的内侧边缘与外侧边缘之间的平行距离为第一次迭代中等边三角形边长的1倍相等，即为l1的长度。

实验4：利用上述例子中二次分形迭代的分形组合搅拌桨，并参见图2，搅拌轴2由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。在搅拌槽3槽径为0.48m，槽高为1m，挡板4宽度为0.048m的圆柱形敞口搅拌槽3内，溶液为1.5％的羧甲基纤维素钠溶液，液体高度保持在0.5m，在不同转速条件下进行酸碱脱色实验。实验结果见图10。从图10酸碱脱色实验结果可以看出，在搅拌转速分别为50rpm，75rpm，100rpm条件下，本发明公开的分形迭代二次的分形组合搅拌桨与现有常规搅拌桨相比，混合体系的混合时间分别缩短了28.57％，25.93％和26.09％。

实验5：利用上述例子中二次分形迭代的分形组合搅拌桨，并参见图2，搅拌轴2由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。在搅拌槽3槽径为0.48m，槽高为1m，挡板4宽度为0.048m的圆柱形敞口搅拌槽3内，加入品位为15％左右的锰矿20kg，浓硫酸12kg，液体高度保持在0.5m，进行锰矿浸出实验。实验结果见图11。从图11锰矿浸出实验结果可以看出，在相同搅拌转速和浸出时间的条件下，本发明公开的分形迭代二次的分形组合搅拌桨与现有常规搅拌桨相比，锰矿浸出率提高了7.4％。

实验6：利用上述例子中二次分形迭代的分形组合搅拌桨，并参见图2，搅拌轴2由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。在搅拌槽3槽径为0.48m，槽高为1m，挡板4宽度为0.048m的圆柱形敞口搅拌槽3内，加入比重为1.7的磷矿浆17kg，加入7.6kg浓硫酸，液体高度保持在0.5m，进行磷矿浸出实验。实验结果见图12。从图12磷矿浸出实验结果可以看出，在相同搅拌转速条件下，本发明公开的分形迭代二次的分形组合搅拌桨与现有常规搅拌桨相比，磷矿浸出率提高了5.4％。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种用于物料混合的分形组合搅拌桨，该桨在旋转过程中，通过片式分形桨叶5的外缘和框式分形桨叶6内缘处的分形结构将桨叶尾涡分解成许多小涡，提高桨叶能量传递效率，增强流体的湍动程度，消除流场中的规则区，使流体混合充分，提高流体的混合效率，强化流体的混合过程。