中空搅拌轴在搅拌混合领域的应用

李凤喜 国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心

搅拌设备广泛应用于化工、医药、食品、生物、冶金等领域中。在许多场合，搅拌设备作为反应器来使用。带有中空搅拌轴（以下简称中空轴）的搅拌设备是在容器（反应釜）内设置有一根空心搅拌轴，容器（反应釜）用于盛放需要混合（或反应）的物质，空心搅拌轴上设置有通孔，搅拌轴上通常连接有搅拌叶片，搅拌叶片的结构可以根据需要进行选择，如搅拌杆、搅拌框、螺旋搅拌叶、搅拌盘等。搅拌叶片可以是中空结构，与空心搅拌轴连通，搅拌叶片上也设置有通孔，搅拌叶片上设置通孔能够增加物料分散面积，比只在搅拌轴上设置通孔的效果好。物料从中空搅拌轴的顶部或底部通入轴内，搅拌轴在旋转时，物料通过搅拌轴和搅拌叶片上的通孔进入容器（反应釜）内，与容器（反应釜）内的原料充分接触混合，提高了分散效果。

一、搅拌设备的分类

按照搅拌设备的类型，带中空搅拌轴的搅拌设备分为卧式[1]和立式。如图1 是空心轴立式搅拌设备的示例[2]。卧式和立式的区别仅仅是混合设备放置的方向不同，在实际应用中可以根据需要调整搅拌轴的方向，也可以将搅拌轴倾斜放置[3]，这并不影响搅拌轴的结构和功能。

图1 空心轴立式搅拌设备

二、中空搅拌轴的应用

向中空搅拌轴内通入的物质的类型分为气体、液体和粉体三种，常见的是气体和液体。

1.通入液体。这种情况通常液体是作为反应原料（液体也可以是水），中空轴连接物料桶，在泵的压力下将物料抽入至中空轴内，启动电机带动搅拌轴旋转，中空轴和搅拌叶片可旋转的将原料喷洒出来，使得反应物料充分混合。也有向空心搅拌轴内通入清洗水，在搅拌轴旋转时，均匀的将水喷洒至反应器的内表面，水在增压泵的作用下具有较高的压力，一方面可以解决通孔堵塞的问题，另一方面可以对反应器的内表面进行清洗。

2.通入气体。通入气体常有两种情形，一种是用于提高混合效果，如有气体参与的反应，或者是用气体促进混合，如曝气；另一种是通入气体进行换热。对于通入气体的搅拌轴，通常中空轴与泵或风机相连，启动泵，泵向搅拌轴内注入气体，气体从搅拌轴上的孔中喷出，在与搅拌轴相连的搅拌叶上也具有气孔的情况下，气体通过中空轴进入空心搅拌叶内，从搅拌叶片上的孔中喷出，能够促进物料的翻腾，使得不同层面之间的物料交汇融合，提高了搅拌效果。当从底部喷出气体时，还能够避免釜底物料沉积，使得物料加工混合更加均匀。对于有些需要加热或者冷却的反应，向中空轴内通入热空气或者冷空气，热空气或冷空气从搅拌轴和搅拌叶的孔中流出，随着搅拌轴的旋转，气体与反应物料充分接触，大大提高了加热和冷却效果，同时由于气体的翻腾作用，还能够促进物料之间的充分混合[4]。如果仅仅是换热，这种情况适合于通入的气体不与反应原料发生反应，当然对于有气体原料参与反应以及反应需要加热的情况，也可以通入加热的气体原料，这样能够提升加热速率。

3.通入粉体。通入粉体的情形比较少，原因是粉体容易导致搅拌轴和搅拌叶片上的孔堵塞。王建恩等[5]提出了一种卧式粉料搅拌机，具有空心的搅拌轴和进料管，搅拌轴表面均匀分布有多个通孔，粉料通过进料管输入并从通孔分散至壳体内部。

三、结论

从结构上来说，通入气体、液体或粉体，用作清洗、反应、曝气、加热或者冷却，对中空搅拌轴没有影响，可以使用一套中空搅拌轴在操作中根据不同的工况需求通入不同的物质。