一种交错抄板式混合器的制作方法

本发明属于混合设备技术领域，尤其涉及一种交错抄板式混合器。

背景技术：

在化学工业中，约有一半的产品和四分之三的原材料属于颗粒物质，因而针对颗粒物质的粉体工程获得了较为广泛的关注与研究，并在制药、陶瓷、水泥、煤炭、冶金、食品、能源及化工等领域具有较为普遍的应用。据估计，在相关工业部门，由于人们对颗粒流动以及混合机理的认识不够深入，由颗粒材料的输送以及混合方面遭遇的问题所带来的工业设备利用效率的降低以及能耗的浪费高达40％，这远达不到设计参数优化和节省能源的要求。

当前，滚筒混合器因其径向混合能力较强、便于生产制造、易于操作清洁等特点，较多地应用于颗粒物质的混合、干燥及研磨等不同类型的加工过程。但是，滚筒混合器的轴向混合能力较弱，因此，在其设计过程中通常采用较小的滚筒长径比，从而减弱轴向混合对整体混合的影响。即便如此，轴向混合效率仍然在很大程度上限制了滚筒设备整体混合效率的提升，并较大地限制了滚筒混合设备的工业应用。

CN 102294191 A公开了一种粉体材料及颗粒材料的混合装置，该混合装置包括混合筒体，混合筒体的内壁上安装有抄板，所述的抄板由主抄板和副抄板组成，其中主抄板为多组内螺带，每组内螺带的一端直接安装在混合筒体的内壁上，而多组内螺带均匀分布，每两组主抄板的安装空隙之间，都均匀安装有一组副抄板，副抄板为与主抄板反向布置的叶片，副抄板通过支撑架安装在混合筒体的内壁上，即与主抄板错层安装，高度在0.1-0.6m范围内，但是该混合 装置结构复杂，并且其轴向混合效率较低，达到轴向混合平衡状态所需时间较长；CN 203853034U公开了一种稀土功能肥生产用混合机，该混合机包括壳体、通过轴承安装在壳体内的主轴、安装在主轴上的抄板，所述壳体的上端设有进料口，壳体的下端设有出料口，所述抄板与主轴呈5-10°夹角，抄板的内端固定连接在主轴上，抄板的外端固定连接有铲刀，所述铲刀与抄板垂直设置，所述抄板的中段设有条状漏孔，但是，该混合机用于颗粒物料的混合时，容易卡料，并且混合效果还不够好。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种交错抄板式混合器，所述混合器结构简单，用于颗粒物料的混合，轴向混合效率高，达到轴向混合平衡状态所需的时间短，并且能够减弱混合器主体的长宽比对混合效率的影响程度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种混合器，所述混合器包括混合器主体，所述混合器主体随转轴转动，所述混合器主体安装有抄板，所述抄板的长边固定于混合器主体的内壁上，抄板的长度方向与转轴平行，抄板的长度小于抄板所在截面的长度。

所述抄板的个数为大于零的偶数。

优选地，所述抄板的个数为2-10个。

优选地，所述抄板的个数为4个或6个。

各抄板的长边在转轴上的投影不完全重合。

优选地，所述抄板为等间距分布。

所述抄板的长度与其所在截面的长度之比为0.6-0.9。

优选地，各抄板的长度相同。

所述抄板的宽度与其所在截面的宽度之比为0.1-0.5。

优选地，各抄板的宽度相同。

所述抄板垂直安装于混合器主体的内壁上。

所述混合器为圆锥形混合器、滚筒混合器、双锥形混合器、V形混合器或方锥形混合器。

优选地，所述混合器为滚筒混合器。

优选地，所述滚筒混合器中滚筒的长径比为0.1-4.0。

所述混合器还包括加料装置和动力装置，所述加料装置与所述混合器主体连接，所述动力装置与所述转轴相连。

所述动力装置为电机。

优选地，所述加料装置为漏斗。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的颗粒混合器，其混合器主体内壁上安装的抄板的长度小于抄板所在的混合器主体的截面的长度，并且所述抄板错开安装在混合器主体的内壁上，能够在保留原始滚筒优异的径向混合能力的同时，大大提升混合器的轴向混合效率，其混合效率分别达到了无抄板滚筒混合器与全抄板滚筒混合器的16倍与5倍，并且其达到轴向混合平衡状态所需的时间短；

2、本发明提供的颗粒混合器结构简单，能够减弱混合器主体的长宽比对混合效率的影响程度；

3、本发明提供的颗粒混合器，可适用于不同物性、填充率(小于60％)以及填充方式的颗粒物料的高效混合。

附图说明

图1是实施例1提供的交错抄板式滚筒混合器的滚筒的结构示意图；

其中，1，滚筒；2，滚筒左端面；3，滚筒右端面；4，左侧第一抄板；5，左侧第二抄板；6，右侧第一抄板；7，右侧第二抄板。

图2是实施例1提供的交错抄板式滚筒混合器对颗粒物料的增混机理示意图；

图3是实施例1、实施例8和实施例9提供的滚筒混合器用于颗粒物料的混合，在不同的混合时刻颗粒的混合效果图；

图4是滚筒的长径比对颗粒物料的混合速度的影响曲线图；

图5是抄板的排布方式对滚筒中颗粒的混合速度的影响曲线图；

图6是滚筒内安装的抄板数对颗粒混合速度的影响曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种混合器，所述混合器包括混合器主体，所述混合器主体随转轴转动，所述混合器主体安装有抄板，所述抄板的长边固定于混合器主体的内壁上，抄板的长度方向与转轴平行，抄板的长度小于抄板所在截面的长度。

所述抄板的个数为大于零的偶数。

优选地，所述抄板的个数为2-10个，如2、4、6、8或10等。

优选地，所述抄板的个数为4个或6个。

抄板数目的增加在一定程度上能够促进其对颗粒的径向抛洒作用，但是过多的抄板会造成抄板间距的降低，反而将导致颗粒在抄板间的堵塞，从而降低颗粒的混合效率。

作为优选的技术方案，本发明提供的混合器，各抄板的长边在转轴上的投影不完全重合。

优选地，所述抄板为等间距分布。

所述抄板的长度与其所在截面的长度之比为0.6-0.9，如0.65、0.7、0.75、0.8或0.85等。

所述混合器中的各个抄板可以是相同长度的抄板，也可以是不同长度的抄板。

优选地，各抄板的长度相同。

所述抄板在一定程度上促进了颗粒沿抄板的轴向导流作用，并且抄板的长度影响抄板轴向末端在混合器主体内的分布，从而对沿抄板进行轴向对流运动的颗粒位置产生较大影响，并且影响颗粒在抄板间的轴向循环运动。

所述抄板的宽度与其所在截面的宽度之比为0.1-0.5，如0.1、0.2、0.3、0.4或0.5。

所述混合器中的各个抄板可以是相同宽度的抄板，也可以是不同宽度的抄板。

优选地，各抄板的宽度相同。

随着抄板宽度的增加，抄板的径向抛洒作用日益显著，从而在一定程度上促进颗粒的径向混合以及轴向混合。然而，当抄板宽度较为接近甚至等于混合器主体径向长度的一半时，部分颗粒很可能会在滚筒内的抄板间发生某种堵塞，这反而将降低颗粒的轴向混合性能。

所述抄板垂直安装于混合器主体的内壁上。所述抄板为直立抄板。

所述混合器为圆锥形混合器、滚筒混合器、双锥形混合器、V形混合器或方锥形混合器。

优选地，所述混合器为滚筒混合器。

优选地，所述滚筒混合器中滚筒的长径比为0.1-4.0，如0.2、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0、2.5、3.0、3.2、3.5或3.8等。

优选地，所述滚筒的长径比为1-1.5。

所述滚筒混合器中滚筒的长径比为0.1-4.0时，所述混合器对颗粒物料的混合效率最好，随着滚筒长径比的增加，颗粒轴向混合性能将逐渐下降，但相对而言，其混合性能仍然高于常规的无抄板滚筒或全抄板滚筒(抄板长度等于滚筒长度)。

鉴于长滚筒在工业界中的应用较为广泛，因此所述抄板设计具有十分重要的潜在工业应用价值。

本发明提供的混合器可在一定程度上减弱滚筒长径比对于其混合效率的影响程度，为滚筒设备中颗粒混合效率的提高以及其应用范围的进一步推广提供了一种具有较高可行性的设计方案。

所述抄板和混合器主体的内壁具有光滑或粗糙的表面。

所述混合器还包括加料装置和动力装置，所述加料装置与所述混合器主体连接，所述动力装置与所述转轴相连。

所述动力装置为电机。

优选地，所述加料装置为漏斗。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

图1是交错抄板式滚筒混合器中滚筒1的结构示意图。其中，L、D与R分别为滚筒1的长度、直径与半径，L_b与W_b分别为抄板的长度与宽度，ω为滚筒1的转动速度。所述滚筒1的内壁上沿滚筒1轴向安装有抄板，抄板的长边固定在滚筒1的内壁上，抄板能够随滚筒1转动，抄板的个数为4个，左侧第一抄板4与左侧第二抄板5均靠近滚筒左端面2；右侧第一抄板6和右侧第二抄板7均靠近滚筒右端面3，4个抄板的长度及宽度均相同，并且是等间距分 布，所述轴向为沿滚筒1长度L的方向。所述滚筒1的长径比L/D为0.1-4.0，所述抄板的长度L_b与滚筒1长度L之比L_b/L为0.6-0.9，所述抄板的宽度W_b与滚筒1的半径R之比W_b/R为0.1-0.5。

实施例2

一种滚筒混合器，所述滚筒混合器的结构与实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器的结构相同，唯一的不同点在于，4个抄板均安装在靠近滚筒左端面2的内壁上，且4个抄板的长边在滚筒转轴上的投影完全重合。

实施例3

一种滚筒混合器，所述滚筒混合器的结构与实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器的结构相同，唯一的不同点在于，4个抄板均安装于滚筒的中部，且4个抄板的长边在滚筒转轴上的投影完全重合。

实施例4

一种交错抄板式滚筒混合器，所述滚筒混合器的结构与实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器的结构相同，唯一的不同点在于，抄板的个数为2个，分别安装在靠近滚筒左端面2和滚筒右端面3的滚筒内壁上。

实施例5

一种交错抄板式滚筒混合器，所述滚筒混合器的结构与实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器的结构相同，唯一的不同点在于，抄板的个数为6个，其中，3个抄板安装在靠近滚筒左端面2的滚筒内壁上，3个抄板安装在靠近滚筒右端面3的滚筒内壁上，6个抄板的间距相同。

实施例6

一种交错抄板式滚筒混合器，所述滚筒混合器的结构与实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器的结构相同，唯一的不同点在于，抄板的个数为8个，其 中，4个抄板安装在靠近滚筒左端面2的滚筒内壁上，4个抄板安装在靠近滚筒右端面3的滚筒内壁上，8个抄板的间距相同。

实施例7

一种交错抄板式滚筒混合器，所述滚筒混合器的结构与实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器的结构相同，唯一的不同点在于，所述抄板的个数为10个，其中，5个抄板安装在靠近滚筒左端面2的滚筒内壁上，5个抄板安装在靠近滚筒右端面3的滚筒内壁上，10个抄板的间距相同。

实施例8

一种无抄板滚筒混合器，所述滚筒混合器的结构与实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器结构相同，不同点在于：滚筒中不含有抄板。

实施例9

一种全抄板滚筒混合器，所述滚筒混合器的结构与实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器结构相同，不同点在于：抄板的长度与滚筒的长度相同。

混合性能测试：

本发明采用的混合质量指标通过混合区颗粒浓度的相对标准偏差表征，并将所得结果与当前的常规滚筒混合器相比较。取样方法为“数格子”方法(Chemical Engineering Science 58(2003)401-415)，将混合区域划分为有限数目尺寸相同的格子，对格子中颗粒浓度进行相应的分析(格子中颗粒数目需要大于某一定值，本文选为50)。标准偏差σ的计算方法为(AICHE Journal 48(2002)50-58)

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N-{(C-C_i)}^2}{N-1}}$

其中，C为某组分的真实浓度，C_i是第i个样本中的某组分浓度，N为样本数。

将实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器用于颗粒物料的混合，滚筒内不同时刻的颗粒分布状态如图2所示。其中，a，b和c表示混合时间逐渐增加的颗粒分布状态。为了更清晰地描述颗粒运动特征，图中只是显示了部分抄板。从图2可以看出，交错抄板式滚筒混合器不仅能够促进颗粒的径向抛洒作用，而且能够引入较强的颗粒轴向导流作用；此外，在滚筒端面处存在一定程度的颗粒循环流动。由于轴向导流作用能够显著促进颗粒的轴向对流混合，从而导致颗粒整体混合性能的有效提升，因此该因素对提高滚筒内颗粒的混合性能具有十分重要的意义。

将实施例1、实施例8及实施例9所述的滚筒混合器用于颗粒物料的混合，其在相同混合时刻的混合效果如图3所示。其中，A为无抄板滚筒，B为交错抄板式滚筒，C为全抄板滚筒。从图中B的混合效果可以看出，随着时间的延长，初始分别位于滚筒左右区域的两种颗粒逐渐产生轴向上的运动，且两者的混合程度不断增大；A和C的对颗粒的混合效果低于B，说明抄板的不同排布方式对于颗粒混合效果具有很大影响，相对于常规的无抄板滚筒和全抄板滚筒，交错抄板式滚筒混合器能够较快地促进颗粒的混合。

将实施例1、实施例8及实施例9所述的滚筒混合器用于颗粒物料的混合，研究滚筒的长径比对颗粒物料混合速度的影响，结果如图4所示。从图中可以看出，交错抄板式滚筒混合器随着滚筒长径比的增加，其轴向增混能力呈现一定的下降趋势。然而，在几种不同的滚筒长径比(1、1.5、2与3)条件下，交错抄板式滚筒混合器对颗粒物料的混合速度皆不同程度地大于无抄板滚筒混合器与全抄板滚筒混合器。说明所述交错抄板式滚筒混合器能够减弱滚筒长径比 对混合速度的影响。

利用实施例1-3所述的滚筒混合器及实施例8和实施例9所述的滚筒混合器混合颗粒物料，其混合速度如图5所示。滚筒中颗粒在初始的左右填充方式下，颗粒系统的相对标准偏差随着滚筒转动圈数发生的变化。在该种填充方式下，制约滚筒混合性能的轴向混合影响将被进一步放大，成为主要的限制因素。从图5可以看出，与常规的无抄板滚筒混合器和全抄板滚筒混合器相比，交错抄板式滚筒混合器能够显著提高滚筒中颗粒的轴向混合性能，其混合效率分别达到了无抄板滚筒混合器与全抄板滚筒混合器的16倍与5倍。并且，实施例1-3的滚筒混合器的混合速度均大于无抄板滚筒混合器及全抄板滚筒混合器的混合速度，说明减小抄板的长度，有利于颗粒混合效率的提高；此外，实施例1所述的交错抄板式滚筒混合器的混合速度大于实施例2和实施例3所述的滚筒混合器的混合速度，说明抄板的排布方式对滚筒中颗粒的混合性能有重大影响，交错式抄板在提升颗粒混合性能方面表现相对优越。

实施例1及实施例4-7所述的交错抄板式滚筒混合器在不同转数对颗粒物料的混合速度如图6所示。所述混合速度是基于初始左右颗粒填充方式及相对标准偏差的时间演化曲线。由图6可以看出，当抄板数较少时(如2)，随着抄板数目的增多，滚筒中颗粒的混合性能也随之增加。然而，抄板间距随抄板数目的增加而降低，过多的抄板数反而将导致抄板间的颗粒堵塞，从而降低混合效率。由该图可知，最优抄板数介于4-6之间。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。