中空攪拌軸在攪拌混合領(lǐng)域的應(yīng)用

李鳳喜 國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心

攪拌設(shè)備廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、生物、冶金等領(lǐng)域中。在許多場合，攪拌設(shè)備作為反應(yīng)器來使用。帶有中空攪拌軸（以下簡稱中空軸）的攪拌設(shè)備是在容器（反應(yīng)釜）內(nèi)設(shè)置有一根空心攪拌軸，容器（反應(yīng)釜）用于盛放需要混合（或反應(yīng)）的物質(zhì)，空心攪拌軸上設(shè)置有通孔，攪拌軸上通常連接有攪拌葉片，攪拌葉片的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，如攪拌桿、攪拌框、螺旋攪拌葉、攪拌盤等。攪拌葉片可以是中空結(jié)構(gòu)，與空心攪拌軸連通，攪拌葉片上也設(shè)置有通孔，攪拌葉片上設(shè)置通孔能夠增加物料分散面積，比只在攪拌軸上設(shè)置通孔的效果好。物料從中空攪拌軸的頂部或底部通入軸內(nèi)，攪拌軸在旋轉(zhuǎn)時，物料通過攪拌軸和攪拌葉片上的通孔進(jìn)入容器（反應(yīng)釜）內(nèi)，與容器（反應(yīng)釜）內(nèi)的原料充分接觸混合，提高了分散效果。

一、攪拌設(shè)備的分類

按照攪拌設(shè)備的類型，帶中空攪拌軸的攪拌設(shè)備分為臥式[1]和立式。如圖1 是空心軸立式攪拌設(shè)備的示例[2]。臥式和立式的區(qū)別僅僅是混合設(shè)備放置的方向不同，在實際應(yīng)用中可以根據(jù)需要調(diào)整攪拌軸的方向，也可以將攪拌軸傾斜放置[3]，這并不影響攪拌軸的結(jié)構(gòu)和功能。

圖1 空心軸立式攪拌設(shè)備

二、中空攪拌軸的應(yīng)用

向中空攪拌軸內(nèi)通入的物質(zhì)的類型分為氣體、液體和粉體三種，常見的是氣體和液體。

1.通入液體。這種情況通常液體是作為反應(yīng)原料（液體也可以是水），中空軸連接物料桶，在泵的壓力下將物料抽入至中空軸內(nèi)，啟動電機(jī)帶動攪拌軸旋轉(zhuǎn)，中空軸和攪拌葉片可旋轉(zhuǎn)的將原料噴灑出來，使得反應(yīng)物料充分混合。也有向空心攪拌軸內(nèi)通入清洗水，在攪拌軸旋轉(zhuǎn)時，均勻的將水噴灑至反應(yīng)器的內(nèi)表面，水在增壓泵的作用下具有較高的壓力，一方面可以解決通孔堵塞的問題，另一方面可以對反應(yīng)器的內(nèi)表面進(jìn)行清洗。

2.通入氣體。通入氣體常有兩種情形，一種是用于提高混合效果，如有氣體參與的反應(yīng)，或者是用氣體促進(jìn)混合，如曝氣；另一種是通入氣體進(jìn)行換熱。對于通入氣體的攪拌軸，通常中空軸與泵或風(fēng)機(jī)相連，啟動泵，泵向攪拌軸內(nèi)注入氣體，氣體從攪拌軸上的孔中噴出，在與攪拌軸相連的攪拌葉上也具有氣孔的情況下，氣體通過中空軸進(jìn)入空心攪拌葉內(nèi)，從攪拌葉片上的孔中噴出，能夠促進(jìn)物料的翻騰，使得不同層面之間的物料交匯融合，提高了攪拌效果。當(dāng)從底部噴出氣體時，還能夠避免釜底物料沉積，使得物料加工混合更加均勻。對于有些需要加熱或者冷卻的反應(yīng)，向中空軸內(nèi)通入熱空氣或者冷空氣，熱空氣或冷空氣從攪拌軸和攪拌葉的孔中流出，隨著攪拌軸的旋轉(zhuǎn)，氣體與反應(yīng)物料充分接觸，大大提高了加熱和冷卻效果，同時由于氣體的翻騰作用，還能夠促進(jìn)物料之間的充分混合[4]。如果僅僅是換熱，這種情況適合于通入的氣體不與反應(yīng)原料發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)然對于有氣體原料參與反應(yīng)以及反應(yīng)需要加熱的情況，也可以通入加熱的氣體原料，這樣能夠提升加熱速率。

3.通入粉體。通入粉體的情形比較少，原因是粉體容易導(dǎo)致攪拌軸和攪拌葉片上的孔堵塞。王建恩等[5]提出了一種臥式粉料攪拌機(jī)，具有空心的攪拌軸和進(jìn)料管，攪拌軸表面均勻分布有多個通孔，粉料通過進(jìn)料管輸入并從通孔分散至殼體內(nèi)部。

三、結(jié)論

從結(jié)構(gòu)上來說，通入氣體、液體或粉體，用作清洗、反應(yīng)、曝氣、加熱或者冷卻，對中空攪拌軸沒有影響，可以使用一套中空攪拌軸在操作中根據(jù)不同的工況需求通入不同的物質(zhì)。