专利名称：一种动态混合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于几种物料均勻混合的混合装置，特别是用于液体与液体、液体与固体粉末混合的一种动态混合器。
背景技术：
在很多行业生产中都涉及到将几种物料均勻混合的生产环节，比如乳油型农药的生产、油墨的生产、化纤及塑料生产中各种助剂的添加等。这些物料混合的均勻与否非常重要，直接关系到生产的稳定性以及产品质量的好坏。当几种物料混合时，通常将用量较多的一种物料称之为主料，而用量较少的称之为辅料。由于种种原因，例如主料与辅料之间相容性较差、辅料容易产生团聚现象、或者主料粘度较大不利于辅料分散等，给辅料在主料中均勻分散制造了难度。正因为如此，关于物料混合设备的研究非常之多，各种混合设备应运而生，比如各种高速旋转搅拌机、静态混合器、动态混合机、螺旋挤出机等。这些混合设备主要应用剪切使辅料在主料中分散，即强化剪切效果，很少有设备同时具有将辅料进行多级分配的效果。比如高速旋转搅拌机、螺旋挤出机等，将团聚的辅料多次、强力剪切直至团聚物消失，最终分散均勻。不过该类设备有两方面弊端一方面由于其强力剪切、捏合，对物料破坏性较大，比如螺旋挤出机容易导致高聚物树脂降解；另一方面应用局限性较大，比如高速旋转搅拌机，只适用中低粘度物料混合，不适用较高粘度物料混合，螺旋挤出机只是用于较高粘度物料混合，不适用中低粘度物料混合。随着研究的展开及深入，其中动态混合机由于具有很多独特性能，最终脱颖而出。 比如中国专利CN2138556，
公开日期1993年7月21日，公开了一种球窝型动态混合器。该混合器使用了动态混合元件与静态混合元件的设计方法，并且将混合区的混合头设计成半球窝状。这种设计理念既强化了剪切效果，同时具备多级分配功能可以使混合效果有所提高。同时这种半球窝状混合元件的设计，也为实现设备加工制造提供了一种可能。不过这类球窝状混合元件存在一大弊端，物料在进入混合区后的运动轨迹是向前、前上、再向下， 类似走蛇形，在聚合物粘度较高时，流通阻力很大，无法进行多级混合，导致混合效果有限， 另外当该发明应用于高聚物加工领域时，对设备加工要求非常高。另外德国专利W000/32376，国际公布日2000年6月8日，公开了一种利用剪切元件的设备凝聚塑料分散体的方法。该发明中使用了一系列剪切元件，如定子和转子，在定子的内表面和转子的外表面有径向齿列结构并呈星形排列，定子与转子互补配和。该设备的用途是通过乳液聚合使塑料或橡胶分散体实现凝聚，即将非常微小(80nm 220nm)的聚合物乳液粒子凝聚为较大粒子，以利于最终将聚合物从水介质中分离出来。其作用原理是利用转子外表面与定子内表面之间的微小间隙对物料产生剪切作用，促使微乳液粒子发生凝聚，使其粒径增大，物料主要是通过转子外表面与定子内表面之间的间隙流通。为了得到较好的凝聚效果，优选转子外表面与定子内表面之间的间隙要在一个较小的范围内，从实施例中来看其间隙为0. 5mm 1. Omm0对以上技术方案的分析可知，物料在该设备的内部的运
3动轨迹是在转子与定子之间的间隙流通，目的是凝聚塑料分散体，不具有分散、混合功能。综上所述，尽管现有的混合装置已经采用了动态混合元件与静态混合元件配合的方式，但是物料在混合装置中运动轨迹复杂，流通阻力过大，使其对物料不能产生有效地多级分配，同时也降低了剪切效果。
发明内容
为了克服现有的混合装置中物料在混合区内运动轨迹复杂，流通阻力过大，使其对物料不能产生有效地多级分配，剪切效果差的缺点，本发明提供了一种物料流通阻力小， 混合效果好的动态混合器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种动态混合器，包括中心转动轴和中心转动轴外部的外套筒，在中心转动轴与外套筒之间，从右向左依次设置有进料推进装置、物料混合装置，外套筒的左端设置有出料口，外套筒的右端设置有主料进料口，其特征是物料混合装置包括至少一个固定在中心转动轴上的动态混合元件和至少一个固定在外套筒内壁的静态混合元件，动态混合元件与静态混合元件之间左右交替设置，动态混合元件与静态混合元件上设置有连通物料混合装置左右两侧的通道。当物料从加料口进入设备内部，随即被从物料推进装置推向物料混合装置，在此过程中物料有一个非常粗略的混合，辅料以类似聚集的状态存在于主料中。物料混合装置包括至少一个固定在中心转动轴上的动态混合元件和至少一个固定在外套筒内壁的静态混合元件，动态混合元件在物料混合的过程中与中心转动轴一起转动，静态混合元件与外套筒一起保持静止。动态混合元件和静态混合元件上设置有能够使物料通过的凹槽或通孔，在动态混合元件相对于静态混合元件转动的过程中，动态混合元件与静态混合元件之间左右交替装配，当动态混合元件旋转到一定角度时，该凹槽或通孔能使物料通过物料混合装置的左右两侧，该凹槽或通孔此时就形成了连通物料混合装置左右两侧的通道，在物料推进装置的作用下物料被从该通道向前推进；然后中心转动轴带动动态混合元件继续旋转，在静态混合元件通道中的物料会受到物料推进装置的推力和动态混合元件的剪切作用力继续向前运动，直到动态混合元件旋转到动态混合元件上的凹槽或通孔与静态混合元件的凹槽或通孔在中心转动轴方向的投影没有公共部分时，该通道不再连通，即物料在静态混合元件的通道内完成了一次混合分配，如果有多个静态混合元件与动态混合元件交替串联时，混合分配将在静态混合元件的通道和动态混合元件的通道中完成。当物料在混合过程中，当动态混合元件的通道与静态混合元件间的通道没有连通时，静态混合元件通道中的物料不受力；当动态混合元件的通道旋转到与静态混合元件的通道开始连通时，静态混合元件通道中的物料受到物料推进装置的推力与动态混合元件的剪切力。从宏观上来看，物料从动态混合元件与静态混合元件上的通道通过，静态混合元件通道中的物料的运动方向是沿着中心转动轴的方向，动态混合元件通道中的物料的运动方向是沿着中心转动轴的轴向与外套筒圆周的周向。可见物料在混合器中不会向中心转动轴的径向运动，即不会有走“蛇形”的现象，大幅降低了流通阻力。优选动态混合元件为圆环形，动态混合元件的内圆环直径等于中心转动轴的直径，动态混合元件的外圆环上设置有动突起或通孔，静态混合元件为圆环形，静态混合元件的外圆环直径等于外套筒的内径，静态混合元件的内圆环直径大于或等于中心转动轴的直径，静态混合元件的内圆环上设置有静凹槽或通孔。优选动突起与静凹槽在垂直于中心转动轴轴线的平面内的投影形状和位置相同， 优选静凹槽的形状为半圆形、矩形、三角形、梯形中的一种，进一步优选静凹槽为矩形。优选动态混合元件上的通孔或静态混合元件上的通孔为圆形、矩形、三角形、正五边形、正六边形中的一种。优选动态混合元件和静态混合元件的厚度与其直径之比在1 50 4 1之间， 优选在1 40 3 1之间，更优选在1 30 2 1之间。优选动态混合元件上动突起的个数与动态混合元件的直径之比为1 25 20 1，优选为1 10 10 1，最优选为1 5 5 1 ；静态混合元件上的静凹槽的个数与静态混合元件的直径之比为1 25 20 1，优选为1 10 10 1，最优选为 1 5 5 1。优选动态混合元件与静态混合元件之间的间隙为0. 1 10mm，优选为0. 2 5. Omm,进一步 0. 3 1. 5mm 之间。优选动突起的数量与静凹槽的数量相同；进一步优选动突起围绕动态混合元件的外圆环圆周方向均勻分布，静凹槽围绕静态混合元件的内圆环圆周方向均勻分布。优选静态混合元件之间分体式设置或一体式设置，动态混合元件之间分体式设置或一体式设置。 优选在物料混合装置与出料口之间设置有出料推进装置。优选在外套筒的右端还设置有一个或多个辅料进料口。本发明的有益效果是，该动态混合器可以有效地多级分配，同时也增强了剪切效果，流通阻力小，具有较高的混合效率。
下面结合附图对本发明具体说明。图1为本发明实施例的内部剖面示意图。图2为实施例1中动态混合元件的主视图。图3为实施例1中静态混合元件的主视图。图4为实施例2中动态混合元件的主视图。图5为实施例2中静态混合元件的主视图。图6为实施例3中动态混合元件的主视图。图7为实施例3中另一种动态混合元件的主视图。其中1.中心转动轴，2.主料进料口，3.辅料进料口，4.进料推进装置，5.物料混合装置，6.出料推进装置，7.外套筒，8.出料口，9.动态混合元件；10.静态混合元件， 91.动突起，92.动凹槽，93.动突起顶部，101.静凹槽。103.静凹槽底部。
具体实施例方式实施例1在图1中，动态混合器包括中心转动轴1和中心转动轴外部的外套筒7，在中心转动轴1与外套筒7之间，从右向左依次设置有进料推进装置4、物料混合装置5、出料推进装置6，外套筒7的左端设置有出料口 8，外套筒7的右端设置有主料进料口 2和辅料进料口 3，物料混合装置5包括多个固定在中心转动轴1上的动态混合元件9和多个固定在外套筒内壁的静态混合元件10，动态混合元件9与静态混合元件10之间左右交替装配，在中心转动轴的轴线方向，动态混合元件9与静态混合元件10上设置凹槽，在动态混合元件相对于静态混合元件转动的过程中，动态混合元件与静态混合元件之间左右交替装配，当动态混合元件旋转到一定角度时，该凹槽能使物料通过物料混合装置的左右两侧，该凹槽此时就形成了连通物料混合装置左右两侧的通道。凹槽也可以用圆形孔或方形孔代替，关键是中心转动轴带动动态混合元件旋转，当动态混合元件上的凹槽或通孔与静态混合元件上的凹槽或通孔在中心转动轴方向的投影有公共部分时，动态混合元件或静态混合元件上的凹槽或通孔就形成了连通物料混合装置左右两侧的通道。本实施例主要用于粘度为数万至数百万厘泊之间物料混合，如化纤行业熔体直纺在线添加环节。针对聚酯熔体粘度较大，熔体压阻较大特点，动态混合元件和静态混合元件的特点为1、混合元件的凹槽相对较宽、较浅；2、混合元件厚度较大。在图2和图3中，每个动态混合元件9为圆环形，动态混合元件的内圆环直径等于中心转动轴1的直径，动态混合元件的外圆环上设置有动突起91，每个静态混合元件10为圆环形，静态混合元件10的外圆环直径等于外套筒7的内径，静态混合元件10的内圆环直径大于或等于中心转动轴1的直径，静态混合元件10的内圆环上设置有静凹槽101。动态混合元件可以和中心转动轴一起转动，静态混合元件与外套筒一起保持不动，动态混合元件9上动突起91与动突起91之间的动凹槽92与静态混合元件10上的静凹槽101在转动的过程中可以连通，这样动凹槽92和静凹槽101就形成了连接物料混合装置左右两侧的通道。动突起91与静凹槽101在垂直于中心转动轴轴线的平面内的投影形状相同，当通道闭合时，投影位置也相同。静凹槽101的形状为矩形，当然也可以选择半圆形、梯形、三角形、梯形中的一种。动态混合元件9的动突起91顶部93与外套筒7的内壁之间的间隙在0. 1 10mm， 较优在0. 2 5. 0mm，最优0. 3 1. 0mm。静态混合元件10的静凹槽101底部103与中心转动轴1之间的间隙在0. 1 10mm，较优在0. 2 5. 0mm，最优0. 3 1. Omm之间。动态混合元件与外套筒内壁间的距离以小为宜，静态混合元件与中心转动轴间的距离也是以小为宜，因为物料运动到此处后将不容易再移动，即成为了死角。据物料粘度情况，选择动态混合元件9和静态混合元件10的厚度与其直径之比在 1 50 4 1之间，优选在1 40 3 1之间，更优选在1 30 2 1之间。动态混合元件9上动突起91的个数与动态混合元件9的直径(单位cm)之比为1 25 20 1，优选为1 10 10 1，最优选为1 5 5 1 ；静态混合元件10上的静凹槽 101的个数与静态混合元件10的直径(单位cm)之比为1 25 20 1，优选为1 10 10 1，最优选为1 5 5 1。优选动突起91的数量与静凹槽的数量相同，动突起91围绕动态混合元件的外圆环圆周方向均勻分布，静凹槽101围绕静态混合元件的内圆环圆周方向均勻分布。 优选动态混合元件9与静态混合元件10的数量相同，每个动态混合元件9与静态混合元件10在物料混合装置5中左右交替紧密装配。但动态混合元件9与静态混合元件
610之间的间隙也要适中。动态混合元件9与静态混合元件10之间的间隙为0. 1 10mm， 优选为0. 2 5. Omm,进一步0. 3 1. 5mm之间。间隙大则物料滞留在间隙中造成浪费与清洗困难，间隙太小也容易使动态混合元件与静态混合元件间的摩擦力过大，额外增加能耗和磨损零件。静态混合元件10之间分体式设置或一体式设置，动态混合元件9之间分体式设置或一体式设置。静态混合元件10的内圆环与中心转动轴1之间的空间在混合的过程中会有物料存留，物料在此将很难向前移动，也就成为了混合的“死角”，所以最好在此处填充， 如设置一个套筒，套筒的内径等于中心转动轴1的直径，套筒的外径等于静态混合元件10 的内圆环的直径。同理可知，在动态混合元件9的外圆环与外套筒7之间空间也是混合的 “死角”，在此处也设置一个套筒，套筒的外径等于外套筒7的内径，套筒的内径等于动态混合元件9的外径。静态混合元件与静态混合元件间的套筒可以分体式设置也可以一体式设置，动态混合元件与动态混合元件间的套筒可以分体式设置也可以一体式设置。该动态混合器的运转过程是，当物料从主料进料口 2和辅料进料口 3进入动态混合器的内部，随即被物料推进装置4推向物料混合装置5，在此过程中物料有一个非常粗略的混合，辅料以类似的聚集状态存在于主料中。物料混合装置中的动态混合元件9在物料混合的过程中与中心转动轴1 一起转动，静态混合元件10与外套筒7 —起保持静止。动态混合元件9和静态混合元件10上设置有动突起91和静凹槽101，动态混合元件与静态混合元件之间左右交替设置，当动态混合元件旋转到一定角度时，动态混合元件的动凹槽92与静态混合元件的静凹槽101完全连通，形成了可以连通物料混合装置的左右两侧的通道， 在物料推进装置4的作用下物料被从该通道向前推进。然后中心转动轴1带动动态混合元件继续旋转，在静态混合元件通道中的物料会受到物料推进装置4的推力和动态混合元件 9的剪切作用力继续向前运动，直到动态混合元件9旋转到动态混合元件的动凹槽92与静态混合元件的静凹槽101不再连通，以上过程为物料在静态混合元件的静凹槽101内完成了一次混合分配，如果有多个静态混合元件与动态混合元件左右交替串联时，混合分配将在静态混合元件的通道和动态混合元件的动凹槽中完成。如果动态混合元件的动突起91的个数为n，静态混合元件的静凹槽101的个数也为n，则动态混合元件9相对于静态混合元件10每转一圈，物料被剪切分配的次数为物料被剪切分配次数=η2当物料从第上述静态混合元件10中流出，流入下一个动态混合元件时，又重新被剪切分配η2次，辅料在主料中的分布进一步均化。如果物料混合装置5中共有m个混合元件，则物料被剪切分配次数总计为物料被分配总次数=η2"例如，动态混合元件厚5mm，动突起12个，静态混合元件厚5mm，静凹槽12个，动态混合元件与静态混合元件之间的间隙为1mm，共10个混合元件为例，即动态混合元件和静态混合元件各有5个混合段总长度=5X 10+1 X (10-1)= 59mm物料被剪切分配总次数=IO2xao-" = IO18由此可见，长度仅59mm的混合段，本发明对物料剪切和分配次数就可达到IO18次，
7因此本发明混合效果及效率非常高。当物料在混合过程中，当动态混合元件的通道与静态混合元件间的通道没有连通时，静态混合元件通道中的物料不受力；当动态混合元件的通道旋转到与静态混合元件的通道开始连通时，静态混合元件通道中的物料受物料推进装置的推力与动态混合元件的剪切力。从宏观上来看，物料从动态混合元件与静态混合元件上的通道通过，静态混合元件通道中的物料的运动方向是沿着中心转动轴的方向，动态混合元件通道中的物料的运动方向是沿着中心转动轴的轴向与外套筒圆周的周向。可见物料在混合器中不会向中心转动轴的径向运动，物料不再受中心转动轴直径方向的力，即不会有走“蛇形”的现象，所以大幅降低了流通阻力。实施例2主要应用于粘度在数千至数万厘泊之间物料混合，比如油墨生产环节。在生产过程中，关键环节是颜料在连接料中的均勻分散。由于颜料粒径非常小，其比表面积很大，因此非常容易发生团聚，导致其在连接料中很难均勻分散。在通常生产过程中，主要是使用研磨机反复多次研磨，生产效率相对较低。为解决该类问题，该混合元件特点为1、混合元件的凹槽相对较窄、较深；2、混合元件厚度较薄。具体动态混合元件和静态混合元件的形状见图4、图5。动态混合器的其它结构与实施例1相同。实施例3本实施例中将动态混合元件上凹槽用通孔替代，该通孔可以为圆形、矩形、三角形、正五边形、正六边形中的一种，见图6。该通孔在动态混合元件上的布置方式还可以是沿着动态混合元件的圆周方向设置成不同直径的两排，设置成两排可以在有限的空间内提高孔的数量，加强混合与分配的效果，见图7。同时静态混合元件上的凹槽也用通孔代替，孔的大小、形状、分布方式都可以与所述的动态混合元件上的孔相同。其它部分与实施例1相同，不再复述。
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权利要求
1.一种动态混合器，包括中心转动轴(1)和中心转动轴外部的外套筒(7)，在中心转动轴与外套筒之间，从右向左依次设置有进料推进装置G)、物料混合装置(5)，外套筒(7)的左端设置有出料口(8)，外套筒(7)的右端设置有主料进料口 O)，其特征是物料混合装置 (5)包括至少一个固定在中心转动轴(1)上的动态混合元件(9)和至少一个固定在外套筒内壁的静态混合元件(10)，动态混合元件(9)与静态混合元件(10)之间左右交替设置，动态混合元件(9)与静态混合元件(10)上设置有连通物料混合装置( 左右两侧的通道。
2.根据权利要求1所述的动态混合器，其特征是动态混合元件(9)为圆环形，动态混合元件的内圆环直径等于中心转动轴(1)的直径，动态混合元件的外圆环上设置有动突起 (91)或通孔，静态混合元件(10)为圆环形，静态混合元件(10)的外圆环直径等于外套筒 (7)的内径，静态混合元件(10)的内圆环直径大于或等于中心转动轴⑴的直径，静态混合元件(10)的内圆环上设置有静凹槽(101)或通孔。
3.根据权利要求2所述的动态混合器，其特征是动突起(91)与静凹槽(101)在垂直于中心转动轴轴线的平面内的投影形状和位置相同，优选静凹槽(101)的形状为半圆形、 矩形、三角形、梯形中的一种，进一步优选静凹槽(101)为矩形。
4.根据权利要求2所述的动态混合器，其特征是动态混合元件上的通孔或静态混合元件上的通孔为圆形、矩形、三角形、正五边形、正六边形中的一种。
5.根据权利要求2所述的动态混合器，其特征是动态混合元件(9)和静态混合元件 (10)的厚度与其直径之比在1 50 4 1之间，优选在1 40 3 1之间，更优选在 1 30 2 1之间。
6.根据权利要求2所述的动态混合器，其特征是动态混合元件(9)上动突起(91)的个数与动态混合元件(9)的直径之比为1 25 20 1，优选为1 10 10 1，最优选为1 5 5 1 ；静态混合元件(10)上的静凹槽(101)的个数与静态混合元件(10)的直径之比为1 25 20 1，优选为1 10 10 1，最优选为1 5 5 1。
7.根据权利要求1所述的动态混合器，其特征是动态混合元件(9)与静态混合元件 (10)之间的间隙为0. 1 10mm，优选为0. 2 5. 0mm，进一步0. 3 1. 5mm之间。
8.根据权利要求7所述的动态混合器，其特征是优选动突起(91)的数量与静凹槽 (101)的数量相同；进一步优选动突起(91)围绕动态混合元件的外圆环圆周方向均勻分布，静凹槽(101)围绕静态混合元件的内圆环圆周方向均勻分布。
9.根据权利要求1 8中任何一项所述的动态混合器，其特征是静态混合元件(10) 之间分体式设置或一体式设置，动态混合元件(9)之间分体式设置或一体式设置。
10.根据权利要求9所述的动态混合器，其特征是在物料混合装置( 与出料口(8) 之间设置有出料推进装置㈩)。
11.根据权利要求9所述的动态混合器，其特征是在外套筒(7)的右端还设置有一个或多个辅料进料口(3)。
全文摘要
本发明公开了一种动态混合器，包括物料混合装置(5)，其特征是物料混合装置(5)包括至少一个固定在中心转动轴(1)上的动态混合元件(9)和至少一个固定在外套筒内壁的静态混合元件(10)，动态混合元件(9)与静态混合元件(10)之间左右交替设置，动态混合元件(9)与静态混合元件(10)上设置有连通物料混合装置(5)左右两侧的通道。该动态混合器适用于流体粘度在数千至数百万厘泊之间几种物料的均匀混合，并且具有流通阻力小，混合效率高的特点。
文档编号B01F5/00GK102160971SQ201110061520
公开日2011年8月24日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者孔令熙, 李健, 李鑫 申请人:中国纺织科学研究院