一种搅拌与投料一体化装置的制作方法

1.本实用新型涉及化工装置技术领域，具体而言，涉及一种搅拌与投料一体化装置。


背景技术：

2.在化工领域，反应釜、搅拌釜均是比较常用且关键的单元设备，其通常具有搅拌功能以将各种物料混合均匀，并提供物料发生化学反应的场所。在化学反应中，动量传递、热量传递、质量传递(即三传一反)是反应釜等考虑的重要因素，尤其是小尺度材料合成工艺对“三传一反”的化学反应动力学要求更高，特别是质量传递及动量传递过程，已成为小尺度材料能否产业化的关键所在。
3.现有的反应釜、搅拌釜大多是在釜盖上设计投料口，投料口上方连接物料储罐等，投料口下方连接内伸管。实验或生产开始前，将物料置于物料储罐内，到达投料温度点或时间点后，打开投料阀进行投料操作，投料完成后，关闭投料阀。这种形式的投料存在诸多弊端，例如，常见的材料合成容器内由于存在压力，使得物料投料过程中下料速度不一；物料储罐中没有伴热，投料过程中冷的物料与热的物料需要先进行换热，然后才会进行反应，会导致传质及传热不一致，甚至影响反应速率；投料口大多分布于釜盖的边缘附近，但对于容器内部，容器的边缘液体混流程度较中心区域小很多，传质效率远不如中心区域。


技术实现要素：

4.本实用新型解决的问题是现有产品大多在反应釜的釜盖上设置投料口，物料直接由储罐经投料口进入釜内，存在下料速度不一、冷热物料换热导致传质与传热不一致、影响反应速率等问题。
5.为解决上述问题中的至少一个方面，本实用新型提供一种搅拌与投料一体化装置，包括：筒体、搅拌轴和进料管，所述搅拌轴设置于所述筒体内，所述搅拌轴内部设置有空腔，所述空腔的底部设置为中间部分向靠近所述进料管方向凸起的凸状结构，所述进料管设置于所述空腔内，所述搅拌轴侧壁设置有与所述进料管的出口端连通的出料口。
6.较佳地，所述进料管的出口端设置为开口逐渐增大的锥形结构。
7.较佳地，所述凸状结构包括圆锥结构、圆台结构、棱台结构和棱锥结构中的一种。
8.较佳地，所述空腔的底部设置于所述筒体内液体处于搅拌状态时的最低液位与最高液位之间。
9.较佳地，所述出料口包括多个出料孔，多个所述出料孔沿所述搅拌轴侧壁的周向设置。
10.较佳地，所述出料孔的孔径沿出料方向逐渐增大。
11.较佳地，所述出料口在所述搅拌轴侧壁上的位置低于所述进料管的出口端在所述空腔内的位置。
12.较佳地，所述搅拌与投料一体化装置还包括加热结构，所述加热结构设置于所述空腔的侧壁与所述进料管外壁之间的区域。
13.较佳地，所述加热结构包括加热丝，所述加热丝设置于所述进料管的外壁。
14.较佳地，所述搅拌与投料一体化装置还包括搅拌桨叶，所述搅拌桨叶设置于所述搅拌轴的底部。
15.本实用新型的搅拌与投料一体化装置相较于现有技术的优势在于：
16.本实用新型通过将搅拌轴空心设置，进料管伸入空腔内，由此，同时实现搅拌和投料的功能，且进料管内的物料可以与筒体内的物料进行换热，从而使得进料管内的物料温度升高，达到了对投料进行预热的效果，使得物料进入筒体内后与筒体内其它物料反应时，减小两种物料的温度差，从而提高反应速率；另外由于投料过程发生在高速运转的搅拌轴内部，使得物料被投放后能够即刻进入筒体内，提高了投料的传质速率，进而提高了筒体内各物料的混合均匀性。另外，本实用新型还通过设置凸状结构，使得下落物料能够均匀散开，分布于筒体内搅拌中心附近，从而增大传质速率。从而解决了现有投料装置中由于冷热物料换热导致的传质与传热不一致、影响反应速率的问题。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例中搅拌与投料一体化装置的整体结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例中搅拌与投料一体化装置的局部结构示意图；
19.图3为本实用新型另一实施例中搅拌与投料一体化装置的局部结构示意图。
20.附图标记说明：
21.1-筒体；2-搅拌轴；3-进料管；4-搅拌桨叶；5-加强筋结构；6-加热丝；
22.21-空腔；22-出料孔；23-凸状结构；51-第一板件；52-第二板件；53
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第三板件；54-通过口。
具体实施方式
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
24.请参阅图1所示，本实用新型实施例的一种搅拌与投料一体化装置(以下简称为装置)，包括：筒体1、搅拌轴2和进料管3，搅拌轴2设置于筒体1 内，搅拌轴2内部设置有空腔21，进料管3设置于空腔21内，搅拌轴2侧壁设置有与进料管3的出口端连通的出料口。
25.本实施例的装置，通过将搅拌轴2空心设置，在其内部设置用于放置进料管3的空腔21，由此可以同时实现搅拌和投料的功能，且物料在投料过程中，由于进料管3插入搅拌轴2的空腔21内，搅拌轴2一般采用传热材质制成，一方面，物料在由进料管3上部运行至下部过程中，由于搅拌轴2的传热作用，进料管3内的物料可以与筒体1内的物料进行换热，从而使得进料管3内的物料温度升高，达到了对投料进行传热的效果，由此使得物料进入筒体1内后与筒体1内其它物料反应时，减小两种物料的温度差，从而提高反应速率；另一方面，与传统的直接将物料投放至筒体1内相比，本实施例中由于投料是在快速运转过程中的搅拌轴2上投入筒体1内，即投料过程发生在搅拌轴2内部，而搅拌轴2是高速运转的，因此物料被投放后在旋转的搅拌轴2的作用下即刻进入筒体1内，由此提高了投料的传质速率(即，单位时间内，单位相接触面上被传递组分的物质的量)，进而提高了筒体1内各物料的混合均匀性，从而解决了现有投料装置中由于冷热物料换热导致的传质与传热不一致、影响反应
速率的问题。本实施例的装置尤其适用于小尺寸材料合成工艺中的投料阶段。
26.其中一些实施方式中，进料管3上设置有进料阀，用于控制是否投料。可以理解，进料管3的一端与储料罐连接，另一端伸入搅拌轴2的空腔21内。进料阀设置于进料管3上未进入空腔21的部分。其中一些实施方式中，进料管3的出口端设置为开口逐渐增大的锥形结构，以便于出料。当物料进行至进料管的出口端时，由于开口增大，能够加速物料甩出。
27.其中一些优选实施方式中，如图2所示，空腔21的底部设置为中间部分向靠近进料管3方向凸起的凸状结构23。优选实施方式中，凸状结构23包括圆锥结构、圆台结构、棱台结构和棱锥结构中的一种。
28.本实施例通过凸状结构23的设置，使得下落物料能够均匀散开，分布于筒体1内搅拌中心附近，从而增大传质速率。
29.可以理解，本实施例的搅拌轴2，内部可以全部中空设置，也可以部分中空设置，由于搅拌轴2的主要作用还是搅拌，因此为了保证搅拌轴2的强度，优选将搅拌轴2上部设置为空心结构(即空腔21)，下部为实心结构，空心结构的底部也可以理解为实心结构的顶部设置有凸状结构23。空心结构的目的在于在其中插入进料管3，物料经进料管3运至搅拌轴2内，由于在搅拌轴2 侧壁上开设有出料口，因此物料通过进料管3底部的出口端后由于其自重作用掉落并与凸状结构23接触，再在凸状结构23的作用力以及搅拌轴2的搅拌作用力的共同作用下向平面散开，使得物料从搅拌轴2侧壁的出料口被甩出后与筒体1内正在高速运转的液体接触，从而进行后续的化学反应。
30.其中一些实施方式中，所述装置还包括搅拌桨叶4，搅拌桨叶4设置于搅拌轴2的底部。如图所示，搅拌轴2上部为空心结构，下部为实心结构，搅拌桨叶4设置于搅拌轴2实心结构的底部。在搅拌轴2和搅拌桨叶4的作用下，筒体1的液体高速旋转，从而形成如图1所示的中间低、侧边高的液面，使得筒体1内液体处于搅拌状态时出现最低液位和最高液位。其中，图1中筒体1内大致成v形的线条表示液面，线条以下部分表示筒体内的液体反应物料。
31.为了便于物料可以顺利从搅拌轴2侧壁的出料口出来，可以理解，出料口应设置于搅拌轴2的空腔21侧壁上，且优选地，空腔21的底部设置于筒体1内液体搅拌状态的最低液位与最高液位之间。由于出料口设置于空腔21 侧壁上，因此若出料口埋入液体中，则会造成堵塞影响物料出料，若出料口高于液面，则由出料口出来的物料与筒体1的内壁接触，影响物料与筒体1 内液体的混合均匀性。因此，本实施例将搅拌轴2的空腔21底部设置于筒体 1内液体搅拌状态的最低液位与最高液位之间，以保证从出料口出来的物料可以与筒体1内液体进行接触。
32.其中一些实施方式中，如图2所示，出料口包括多个出料孔22，多个出料孔22沿搅拌轴2侧壁的周向设置。优选地，多个出料孔22在搅拌轴2侧壁的周向均匀间隔设置。本实施例中，将出料口设置为多个出料孔22的形式，一方面为了均匀出料，另一方面也为了保证搅拌轴2具有足够的强度，以满足搅拌要求。出料孔22均匀间隔设置，也有利于搅拌轴2受力均匀以及物料出料均匀。优选实施方式中，出料孔22的孔径沿出料方向逐渐增大。由此，将出料孔22设置为孔径增大的扩孔，有助于物料进入釜内。
33.可以理解，由于投料过程发生在搅拌轴2高速旋转过程中，因此出料口在搅拌轴2侧壁上的位置应低于进料管3的出口端在空腔21内的位置。由此，物料由进料管3的出口端出来后由于自重作用会下落，此时由于搅拌轴2的旋转作用使得物料能够及时散开，并由出
料口甩出。
34.其中一些实施方式中，由于搅拌轴2侧壁上开设有一圈出料孔22，为了保证搅拌轴2的强度，防止搅拌轴2在开孔处断裂等风险，如图3所示，所述装置还包括加强筋结构5，加强筋结构5的截面呈“c”形，加强筋结构5 的上下两端分别与搅拌轴2侧壁连接，且加强筋结构5上设置有与出料口连通的通过口54，以便于物料能够顺利从出料口处进入筒体1内。加强筋结构 5可以设置在搅拌轴2的空腔21内壁，也可以设置在搅拌轴2外壁，如图所示为加强筋结构5设置在搅拌轴2的外壁，加强筋结构5包括依次连接的第一板件51、第二板件52和第三板件53，第一板件51与第三板件53平行设置，且第一板件51和第三板件53分别连接于搅拌轴2的外壁，由此第一板件51、第二板件52和第三板件53构成截面呈c形的结构，通过口54设置于第二板件52上，且通过口54在第二板件52上的位置低于出料口在搅拌轴2 侧壁上的位置，使得出料口与通过口54的连通与物料的出料路径相匹配，实现物料的顺利出料。优选地，第一板件51和第三板件53的侧面具有与搅拌轴2侧壁相匹配的形状，例如，搅拌轴2为圆柱形，则第一板件51和第三板件53的侧面呈弧形，以与搅拌轴2的侧壁贴合。加强筋结构5可以包括一个或多个由第一板件51、第二板件52和第三板件53构成的c形件，包括多个 c形件时，此时c形件的数量可以与出料孔22的数量对应，也可以是一个c 形件与多个出料孔22对应，优选方案是加强筋结构5包括一个c形件，且在该一个c形件上分别设置于出料孔22对应的通过口54。
35.其中一些实施方式中，如图3所示，所述装置还包括加热结构，加热结构设置于空腔21的侧壁与进料管3外壁之间的区域。由此实现了对物料的预热，减小投料与筒体1内液体之间的温度差，以便于加快反应速率。优选地，加热结构包括加热丝6，加热丝6设置于进料管3的外壁，例如在进料管3的外壁螺旋缠绕加热丝6。
36.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。