专利名称：一种立式固液混合装置及混合方法
技术领域：
本发明涉及一种固液混合装置以及利用该混合装置将粉体和液体混合的方法。具体地是关于催化剂与溶剂油的混合装置及混合方法。
背景技术：
常用的固液两相混合一般采用将两种物料分别添加到反应器中，然后通过机械搅拌或鼓泡搅拌的方法混合。对于粒度较细的粉体，特别是粒度小于100目的粉体在与液体混合时极易出现“包裹”现象，即细粉与液体混合时，液体仅仅使粉体块表面溶解，不能浸透到粉体的内部，产生粉末的二次凝聚粒(即粉团)，而要将已产生的二次凝聚粒再分散到液体中是非常困难的。在实际使用过程中，将小于100目的煤粉末加入到一定粘度的溶剂油中进行混合，常常会发生上述现象，达不到固液充分混合的目的。
为了解决上述问题，中国专利申请CN1459328A公开了一种粉体和液体混合的装置和方法，是利用从管道中喷出的液体喷射流喷向不断自由落体落下的粉体，使其崩坏，从而完成液体和粉体的均匀混合。但是，该方法粉体是呈自由落体状态从容器的顶部落下，液体喷射流从容器下部向上喷射，依靠喷射流对下落粉体的冲击来完成其粉体与液体的混合，其混合的均匀程度完全是靠喷射流将下落的粉体冲散，由于粉体与液体的接触时间短促，因此，这种混合方式不能满足混合要求程度较高的场合。
中国专利申请CN1496756A公开了一种带有振动源的粉体与液体的搅拌混合装置，其是通过连接在振动源上的搅拌轴转动，带动搅拌浆转动，使容器中的粉体和液体充分混合。但是，由于该混合装置的粉体加料口是通过阀与粉末导入口连接，液体介质在搅拌桨作用下产生细小液滴的飞溅，易造成粉末在导入口处形成粉团，时间久了，使进口堵塞，即使不被堵塞，所形成的粉团在振动的作用下剥落，再将形成的粉团分散混合就很困难。
发明内容
针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种新型的固液混合装置，本装置结构简单，能够在短时间内完成固液两相的充分混合。进一步，本发明提供了一种采用该混合装置将固体物料和液体物料混合的方法。
本发明是这样实现的，本发明的立式固液混合装置，主要包括由筒体围成的混合室，筒体上有粉体进料口、液体进料口、卸料口、排气口，筒体中央有旋转轴，混合叶轮固定在旋转轴上，每一混合叶轮上固定有一组刮片，筒体内壁设置有挡板将混合室分割成多个搅拌室，固定在混合叶轮上的刮片外沿与筒体内壁的距离是1～15mm，刮片外沿的线速度是3～20m/s。
本发明的固液混合装置的工作原理是粉体物料从粉体进料口均匀加入，可以采用螺旋进料器，或者与之相比起到相似进料功能的加料装置连续定量地加入到混合室中。液体从液体进料口经过计量连续不断地加入到混合室中。电机通过减速机减速，驱动与减速机相连的旋转轴，固定在旋转轴上的混合叶轮及刮片随之转动。为了防止相邻的混合叶轮间物料短路，在混合室筒体内壁上设置了挡板，挡板数与混合叶轮数相对应。混合室用挡板分隔成数个较小的混合区域，每一区域由混合叶轮及刮刀与筒体内壁构成的狭小间隙形成高剪切区，在旋转叶轮以及刮片的作用下，液体与固体物料由于离心力产生较高的切应力，作用在固体与液体混合物上，使混合物料撞击筒体内壁及挡板，使固体和液体物料充分分散混合，同时，混合叶轮以及固定在混合叶轮上的刮片外沿与筒体内壁限定了很小的间隙，又保证了混合物料在混合室内的按一定的运动路径和运动范围流动，在此过程中，物料不断通过小间隙的高剪切区，混合装置设置两个以上的混合区域，固液两相通过三级以上的混合，使得物料反复承受剪切而得到充分地分散混合。经过这样一个混合过程，粉体不会产生粉末二次凝聚粒现象，也不会出现“粉块”或“粉团”等不溶解物或者未分散的块状物。混合后的物料向下经卸料口进入下一道工序。
液体进料口的位置应比粉体进料口的位置高，以防止粉体物料加入时产生的粉体飞扬。尽管如此，粉体飞扬的现象还是比较严重的，因此，本发明人在液体进料口的下方和粉体进料口的上方设置一动态液体分布板，动态液体分布板固定在旋转轴上，并向中间向下倾斜一定角度β，β角在10°～30°，最佳为12°～18°，可以随旋转轴的转动而转动，这样，液体进入时由于分布板的旋转作用，在粉体进料口的上方形成一水帘，既可以起到阻挡粉体飞扬，又可以承接液体起到液体均布作用。
在动态液体分布板上开有10～40个0.5～5mm的孔，开孔面积与液体进料管的面积之比为0.6～1.5∶1，优选0.9～1.1∶1。孔径大小与加入液体的粘度有关，液体粘度大的，开孔孔径大，粘度低的，开孔孔径小。
在混合室筒体的顶部有排气口，排气口内衬有过滤网，过滤网的孔径小于加入固体的粒径。由于加入粉体时产生分粉体飞扬，会造成排气口堵塞，因此，排气口至少设置两个，可以切换使用，便于清洗。
旋转轴上混合叶轮的数目由混合室的长度决定匹配合适的数量。在两个混合叶轮中间的混合室筒体内壁上设置挡板，将混合室分割成数个较小的混合区域。每一混合叶轮上固定了一组刮片，刮片可以根据物料的性质选用不同的型式，如直叶或弯叶圆盘涡轮式，斜叶或弯叶开启涡轮式，MIG式，INTERMIG式等。刮片外沿与筒体内壁的距离是1～15mm，优选2～6mm，刮片外沿的线速度是3～20m/s，优选5～14m/s。筒体内壁最下方的一块挡板设计成向下倾斜一定角度的斜挡板，以方便混合好的料浆卸出，斜挡板与垂直线的夹角是60°～85°，优选75°～80°。在斜挡板下方、旋转轴的末端又设置一推进式螺带式搅拌器，增加循环及便于卸料。
采用前述装置混合粉体和液体的方法，是将粉体和液体加入到混合室中混合，控制物料在混合室内的停留时间为2～15分钟，优选的停留时间为3～6分钟。
本发明与现有技术相比具有混合效率高、物料混合均匀的特点，不会产生粉体与液体混合时常产生的粉团。本混合装置结构简单，适合连续操作，并可根据需要，不同的几种粉体按比例进料，几种液体按比例进料进行混合，可方便实现多组分按比例混合。本混合装置所设计的动态液体分布板，可起到较好的阻隔粉体飞扬及液体均匀分布的作用。
图1是本发明的立式固液混合装置的结构示意图。
图2是本发明装置的混合叶轮、刮片及筒体的局部结构示意图。
图3是本发明装置的动态液体分布板的结构示意图。
图中标号所示为1-电机，2-排气口，3-液体进料口，4-动态液体分布板，5、6-挡板，7-旋转轴，8-斜挡板，9-搅拌桨，10-筒体，11-卸料口，12-混合叶轮，13-刮片，14-粉体进料口，15-混合室，16-减速机。
具体实施例方式
下面结合对本发明的具体实施例的详细描述来进一步说明本发明，但是实施例不是对本发明的限制。
本发明的立式固液混合装置主要包括由筒体10围成的混合室15，筒体10上有粉体进料口14、液体进料口3、卸料口11、排气口2，筒体10中央有旋转轴7。在液体进料口3的下方和粉体进料口14的上方设置一动态液体分布板4，动态液体分布板4固定在旋转轴7上，并向中间向下倾斜一定角度β，β是10°～30°，最佳为12°～18°。动态液体分布板4上开有10～40个0.5～5mm的孔，以开15～28个孔较为适宜。开孔面积与液体进料管的面积之比为0.6～1.5∶1，优选0.9～1.1∶1。动态液体分布板4随旋转轴7的转动而转动，可以起到阻挡粉体飞扬和液体匀布作用。混合叶轮12固定在旋转轴7上，每一混合叶轮12上固定有一组刮片13，固定在混合叶轮12上的刮片13外沿与筒体10内壁的距离是2～15mm，刮片13外沿的线速度是4～15m/s。筒体10内壁设置有挡板5和6将混合室15分割成多个搅拌室。筒体10内壁最下方的一块挡板设计成向下倾斜一定角度的斜挡板8，斜挡板8与垂直线的夹角是60°～85°。
进行固液物料的混合时，粉体物料通过螺旋进料器从粉体进料口13均匀加入，液体物料从液体进料口3经过计量不断地加入到混合室15中。电机1通过减速机16减速，驱动与减速机16相连的旋转轴7，刮片13随之转动，进行粉体和液体的混合。由于混合室15用挡板分隔成一个个较小的混合区域，在加上固定在混合叶轮12上的刮片13外沿与筒体10内壁被限定成很小的间隙，使物料在混合过程中按一定的运动路径和运动范围在混合室15内流动，在此过程中，物料不断通过小间隙的高剪切区，保证了物料充分地分散混合。混合后的物料在推进式搅拌桨9的作用下，从卸料口11卸出加入下一道工序。
立式固液混合装置用于煤液化工艺中制备含催化剂的煤桨(1)立式固液混合装置容积为35L。固体物料为一种煤直接液化催化剂，该催化剂是以煤粉为载体，载有的活性组分为γ-FeOOH，其中Fe含量为7.8％左右。液体物料为常温下粘度是20cp左右的煤液化溶剂。通过使用本发明专利的装置，将这两种物料混合制成富含催化剂的煤浆。装置起动前，容器内先注入容积80％量的煤液化溶剂，启动计量泵以4.5L/h量加入煤液化溶剂，打开卸料阀，开启电机，带动旋转轴以500转/min的速度旋转，然后以5.5kg/h的量加入上述催化剂。动态液体分布板开有直径为2mm的孔25个，混合叶轮与筒体内壁的间隙为1mm，经过三级弯叶圆盘涡轮式刮片的搅拌，及末端推进式桨叶的作用，6分钟后，形成富含Fe催化剂的煤浆，送入下一道工序与已制备好的煤浆混合后进入反应系统。
由该固液混合装置及混合方法制备的催化剂料浆，不会产生二次凝聚粒的现象，分散度好，进入液化反应系统，其流动性好，不易在管路中产生沉积和堵塞。而采用原工艺操作是在催化剂配制罐内加入溶剂油，开启搅拌桨，缓慢加入催化剂，搅拌10分钟后开启催化剂配制罐循环泵，增加混合效果。但是，由于催化剂在加入时，部分催化剂漂浮在煤液化溶剂表面，搅拌桨所产生的径向流和轴向流，使催化剂分散到煤液化溶剂过程中，极易形成二次凝聚粒，而这种形式的搅拌剪切力低，不易使二次凝聚粒再分散，混合后的料浆进入后续工序时，二次凝聚粒易造成管路的堵塞。
(2)固体物料有两种，一种是载有催化剂的煤粉，一种是不含催化剂的煤粉，这两种固体物料的粒度都小于0.15mm。液体物料是常温下粘度为20cp左右的煤液化溶剂。通过使用本发明的立式固液混合装置，将这两种固体物料和一种液体物料混合制成可泵送的，用于煤直接加氢液化反应的煤浆。立式固液混合装置容积为100L。装置起动前，容器内先注入容积80％量的煤液化溶剂，然后启动计量泵以44L/h量加入煤液化溶剂，粉体加料器以4.9kg/h的量加入含催化剂的煤粉，以31.1kg/h的量加入不含催化剂的煤粉。开启电机，带动旋转轴以380转/min的速度旋转，混合叶轮与筒体内壁的间隙为2mm，动态液体分布板开有直径为2.5mm的孔30个，经过四级MIG式刮片的搅拌，及末端推进式桨叶的作用，3分钟后，制成合格的含催化剂煤浆，送入煤浆预热和煤加氢液化反应单元。
权利要求
1.一种立式固液混合装置，主要包括由筒体(10)围成的混合室(15)，筒体(10)上有粉体进料口(14)、液体进料口(3)、卸料口(11)、排气口(2)，筒体(10)中央有旋转轴(7)，混合叶轮(12)固定在旋转轴(7)上，每一混合叶轮(12)上固定有一组刮片(13)，筒体(10)内壁设置有挡板(5、6)将混合室(15)分割成多个搅拌室，其特征在于固定在混合叶轮(12)上的刮片(13)外沿与筒体(10)内壁的距离是1～15mm，刮片(13)外沿的线速度是3～25m/s。
2.如权利要求1所述的固液混合装置，其特征在于固定在混合叶轮(12)上的刮片(13)外沿与筒体(10)内壁的距离是2～6mm，刮片(13)外沿的线速度是5～14m/s。
3.如权利要求1所述的固液混合装置，其特征在于所述的旋转轴(7)上固定有动态液体分布板(4)。
4.如权利要求1所述的固液混合装置，其特征在于所述的动态液体分布板(4)向中间向下倾斜一定角度β，β是10°～30°。
5.如权利要求4所述的固液混合装置，其特征在于所述的动态液体分布板(4)向中间向下倾斜一定角度β，β是12°～18°。
6.如权利要求1或4所述的固液混合装置，其特征在于所述的动态液体分布板(4)上开有10～40个0.5～5mm的孔，开孔面积与液体进料管的面积之比为0.6～1.5∶1。
7.如权利要求1或4所述的固液混合装置，其特征在于所述的动态液体分布板(4)上开孔面积与液体进料管的面积之比为0.9～1.1∶1。
8.如权利要求1所述的固液混合装置，其特征在于所述的筒体(10)内壁最下方的一块挡板是斜挡板(8)，斜挡板(8)与垂直线的夹角是60°～80°。
9.一种采用权利要求1所述装置混合粉体和液体的方法，其特征在于将粉体和液体加入到混合室(15)中混合，控制物料在混合室(15)内的停留时间为2～15分钟。
10.如权利要求6所述的混合方法，其特征在于控制物料在混合室(15)内的停留时间为3～6分钟。
全文摘要
一种立式固液混合装置，主要包括由筒体围成的混合室，筒体上有粉体进料口、液体进料口、卸料口、排气口，筒体中央有旋转轴，混合叶轮固定在旋转轴上，每一混合叶轮上固定有一组刮片，筒体内壁设置有挡板将混合室分割成多个搅拌室，刮片外沿与筒体内壁的距离是1～15mm，刮片外沿的线速度是3～20m/s。本发明装置具有混合效率高、物料混合均匀的特点，不会产生粉体与液体混合时常产生的粉团，并且结构简单，适合连续操作。本装置所设计的动态液体分布板可起到较好的阻隔粉体飞扬及液体均匀分布的作用。
文档编号B01F3/12GK1781590SQ20041008472
公开日2006年6月7日 申请日期2004年12月1日 优先权日2004年12月1日
发明者李文博, 舒歌平, 章序文, 李克健, 霍卫东, 何平, 何建铧, 费利江 申请人:煤炭科学研究总院, 上海化工研究院