本發(fā)明屬于破碎混合裝置，涉及一種用于生產(chǎn)纖維素漿粥的水平破碎混合裝置。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)中，破碎混合裝置廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，破碎效率和混合均勻度是評價(jià)混合裝置的重要技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)設(shè)備的可靠性與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和人身安全密切相關(guān)，也是十分重要的問題。

2、萊賽爾纖維被譽(yù)為21世紀(jì)綠色纖維，未來將是粘膠纖維、蛋白纖維等纖維的替代品。它是以nmmo為溶劑，用干濕法紡制的再生纖維素纖維。紡絲原液的制備是萊賽爾纖維生產(chǎn)最為關(guān)鍵的流程，而纖維素漿粕與nmmo水溶液的預(yù)混合效果是溶解的關(guān)鍵，如果混合不均，還會(huì)給后續(xù)的溶解、紡絲等工藝帶來困難，進(jìn)而影響萊賽爾纖維的產(chǎn)品品質(zhì)。

3、目前在萊賽爾纖維生產(chǎn)過程中使用的預(yù)混合器有立式混合器和水平混合器兩種，相比于立式混合器而言，水平混合器可實(shí)現(xiàn)纖維素漿粥的連續(xù)制備，不同批次制備的纖維素槳粥質(zhì)量連續(xù)且穩(wěn)定，同時(shí)水平混合器的工藝條件易操控、易維護(hù)和清洗，因此，其使用更為廣泛。但是，現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的水平混合器的混合筒為等直徑，在使用這種混合裝置進(jìn)行物料混合時(shí)，會(huì)存在破碎效率低、混合不均勻、纖維素顆粒溶脹不充分、溶液流出較快等問題。如專利cn202211195173.4、cn202223132275.x、cn202211195173.4、cn201621421360.x等，混合筒均采用等直徑結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)用于生產(chǎn)纖維素漿粥時(shí)，nmmo水溶液從液體進(jìn)口注入時(shí)，會(huì)出現(xiàn)nmmo水溶液從物料出口快速流出問題，造成溶液的浪費(fèi)。

4、專利201510542825.0的混合筒也采用等直徑結(jié)構(gòu)，該專利通過增加擋板形成“儲(chǔ)液池”結(jié)構(gòu)來解決nmmo水溶液從物料出口快速流出導(dǎo)致的纖維素顆粒與nmmo水溶液無法充分接觸和接觸時(shí)間短的問題，但是會(huì)影響混合的均勻性和最終的產(chǎn)品質(zhì)量，且會(huì)帶來安裝和維護(hù)等方面的問題。首先，增設(shè)擋板雖然在一定程度上緩解了液體快速流出的問題，但也可能導(dǎo)致混合過程中的“死區(qū)”現(xiàn)象，即部分區(qū)域由于擋板的阻礙，物料無法充分流動(dòng)和混合，進(jìn)而影響整體的混合均勻性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量；其次，復(fù)雜的擋板設(shè)計(jì)以及與之相關(guān)的滑動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、定位結(jié)構(gòu)等，不僅增加了設(shè)備的制造和安裝成本，也提升了后續(xù)維護(hù)和調(diào)整的難度，特別是滑動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可能因設(shè)計(jì)或筒體內(nèi)徑小問題而無法進(jìn)行安裝，無法有效調(diào)節(jié)液體流速和液面高度，齒條與錐齒輪等部件的易“卡死”現(xiàn)象也會(huì)顯著降低設(shè)備的整體可靠性和穩(wěn)定性。此外，擋板形成“儲(chǔ)液池”結(jié)構(gòu)雖解決了接觸時(shí)間短問題，但是未有效增加物料的接觸面積，也導(dǎo)致纖維素顆粒的溶脹和混合效率未得到提升。

5、因此，研究一種用于生產(chǎn)纖維素漿粥的水平破碎混合裝置，以解決上述問題，具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種用于生產(chǎn)纖維素漿粥的水平破碎混合裝置。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種用于生產(chǎn)纖維素漿粥的水平破碎混合裝置，包括混合筒和以共軸線的方式安裝在混合筒內(nèi)的攪拌器，混合筒的筒體為變徑結(jié)構(gòu)；

4、混合筒由水平放置且共軸的大圓柱筒、圓臺(tái)狀筒和小圓柱筒依次連接構(gòu)成，圓臺(tái)狀筒的大端直徑與大圓柱筒的直徑相等，圓臺(tái)狀筒的小端直徑與小圓柱筒的直徑相等；

5、大圓柱筒上遠(yuǎn)離圓臺(tái)狀筒的位置設(shè)有纖維素顆粒進(jìn)口，大圓柱筒上靠近圓臺(tái)狀筒的位置設(shè)有nmmo水溶液進(jìn)口，小圓柱筒上遠(yuǎn)離圓臺(tái)狀筒的位置設(shè)有纖維素漿粥出口；

6、攪拌器包括攪拌軸以及固定在攪拌軸上的攪拌葉片，攪拌葉片為螺旋葉片；

7、混合筒與螺旋葉片相互配合形成一個(gè)相對封閉的攪拌區(qū)域，對纖維素顆粒與nmmo水溶液進(jìn)行攪拌，使纖維素顆粒充分吸收nmmo水溶液，并充分溶脹。

8、本發(fā)明的水平破碎混合裝置主要用于生成纖維素漿粥，固體物料是直徑為3~4mm的纖維素顆粒（或近似圓形顆粒狀），液體物料是nmmo水溶液；將9~12%（質(zhì)量比例）的纖維素顆粒在nmmo水溶液進(jìn)行溶脹破碎并攪拌混合均勻，制備成的高濃度纖維素懸浮液即為纖維素漿粥。

9、如圖5所示，圖中的方框表示一個(gè)充滿nmmo水溶液的方槽，①在0秒時(shí)刻，干的纖維素顆粒被投入到充滿nmmo水溶液的方槽中，此時(shí)纖維素顆粒未吸收nmmo水溶液，用全黑色圓形表示未吸收nmmo水溶液的干纖維素顆粒；②t1秒時(shí)刻表示nmmo水溶液向纖維素顆粒內(nèi)部滲入，因此中間未吸收nmmo水溶液的干纖維素顆粒的面積不斷縮小，中間的黑色小圓表示未吸收nmmo水溶液的干纖維素顆粒的面積，小圓與大圓之間的透明部分表示吸收了nmmo水溶液的纖維素顆粒面積，此時(shí)整個(gè)纖維素顆粒的面積比0秒時(shí)刻有所增大；③t2秒時(shí)刻表示纖維素顆粒已完全被nmmo水溶液充滿，內(nèi)部表示干纖維素顆粒面接的黑色小圓完全消失，整個(gè)纖維素顆粒面積比t1秒時(shí)刻進(jìn)一步增大；④在60秒時(shí)纖維素顆粒在nmmo水溶液的作用下面積進(jìn)一步增大。

10、如圖6所示，現(xiàn)有技術(shù)等徑混合筒中纖維素顆粒溶脹過程是：①在0秒時(shí)刻，干的纖維素顆粒被投入到盛有nmmo水溶液的槽中，但纖維素顆粒只有少半部分體積接觸到nmmo水溶液，因?yàn)閚mmo水溶液易向右邊的物料出口流動(dòng)；②從0到t1秒時(shí)刻，部分nmmo水溶液滲入到纖維素顆粒內(nèi)部，中間的黑色圓部分表示未吸收nmmo水溶液的干纖維素顆粒的面積，小圓與大圓之間的透明部分表示吸收了nmmo水溶液的纖維素顆粒面積，由于從0到t1秒時(shí)刻纖維素顆粒未充分接觸nmmo水溶液，因此造成溶脹的纖維素顆粒外徑尺寸較小而中間干纖維素顆粒面積較大的現(xiàn)象；③從t1秒到t2秒時(shí)刻纖維素顆粒大部分體積接觸到nmmo水溶液，整個(gè)纖維素顆粒面積比t1秒時(shí)刻增大，內(nèi)部干纖維素顆粒面積進(jìn)一步縮??；④從t2秒到60秒時(shí)刻纖維素顆粒完全浸沒在nmmo水溶液中，整體纖維素顆粒面積進(jìn)一步增大，但中心仍有較大面積的干纖維素顆粒存在，該現(xiàn)象易導(dǎo)致纖維素漿粥固含量不均、形成白芯等問題。

11、綜上所述，在等徑混合筒中由于纖維素顆粒未能與nmmo水溶液充分接觸，易導(dǎo)致纖維素顆粒溶脹不充分，從而導(dǎo)致實(shí)際生成過程中纖維素漿粥固含量不均、形成白芯等問題；而本發(fā)明中的變徑混合筒體和螺旋葉片結(jié)構(gòu)使纖維素顆粒與nmmo水溶液充分接觸并攪拌，提高了纖維素顆粒的溶脹程度和效率，且由于纖維素顆粒是易吸收nmmo水溶液的物料，在充分接觸并攪拌吸收nmmo水溶液后纖維素顆粒的體積會(huì)變大，強(qiáng)度急劇降低，質(zhì)地也會(huì)變松軟，易破碎，從而提高了纖維素顆粒的破碎效率和纖維素漿粥固含量的均勻性。

12、小圓柱筒的直徑為900~1000mm，小圓柱筒與大圓柱筒的直徑之比為0.7~0.9:1，如此可防止溶液從物料出口快速流出問題，圓臺(tái)狀筒的半頂角為30°~60°，混合筒總長度為3500~6000mm，大圓柱筒的長度為混合筒總長度的10~40%。

13、本發(fā)明中通過設(shè)置合理的圓臺(tái)狀筒的半頂角，以達(dá)到減小混合死區(qū)（避免圓臺(tái)狀筒處產(chǎn)生渦旋）、利于溶脹纖維素顆粒流動(dòng)、減少溶液浪費(fèi)和利于加工及裝配的目的。本發(fā)明中設(shè)置圓臺(tái)狀筒的半頂角α為30°~60°，其原因是：①當(dāng)圓臺(tái)狀筒的半頂角α大于60°時(shí)，會(huì)在圓臺(tái)狀筒處形成混合死區(qū)，造成混合不均，從而影響纖維素顆粒與nmmo水溶液的混合均勻性，影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量。例如當(dāng)圓臺(tái)狀筒的半頂角α接近90°時(shí)，混合物料會(huì)長時(shí)間滯留在大圓柱筒和小圓柱筒交接的臺(tái)階處，不產(chǎn)生流動(dòng)，形成混合死區(qū)，嚴(yán)重影響纖維素顆粒與nmmo水溶液的混合均勻性，因此該處設(shè)置斜度較大的臺(tái)階是不可取的。②當(dāng)圓臺(tái)狀筒的半頂角α小于30°時(shí)，圓臺(tái)狀筒的長度較長，易使nmmo水溶液向纖維素漿粥出口流動(dòng)，較少纖維素顆粒與nmmo水溶液的接觸面積，不利于纖維素顆粒的充分溶脹，從而影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量。另外，nmmo水溶液向出口的流動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致部分溶液直接從漿粥出口流出，造成溶液的浪費(fèi)。③半頂角α為30°~60°有利于溶脹的纖維素顆粒從大圓柱筒輸送到小圓柱筒，從而準(zhǔn)確控制纖維素顆粒的溶脹時(shí)間。

14、本發(fā)明中小圓柱筒的直徑為900~1000mm，小圓柱筒與大圓柱筒的直徑之比為0.7~0.9:1，其原因是：①如增加裝置直徑（小圓柱筒的直徑），則造成的問題有：增加裝置直徑易出現(xiàn)破碎效率低和攪拌軸周圍混合不均的現(xiàn)象，影響混合裝置內(nèi)物料混合的均勻性和最終的產(chǎn)品質(zhì)量；增加裝置直徑還會(huì)造成單位能耗的增加。②如減小裝置直徑，則造成的問題有：纖維素顆粒與nmmo水溶液的接觸面積減小，出現(xiàn)溶脹不均和混合不均的現(xiàn)象，影響最終產(chǎn)品質(zhì)量；纖維素漿粥產(chǎn)量減??；單位能耗增加；設(shè)備的固定投入增加；后期維護(hù)成本增加。③如增加小圓柱筒與大圓柱筒的直徑之比，即單獨(dú)增加大圓柱筒的直徑，則造成的問題有：易在攪拌軸周圍形成混合死區(qū)，影響纖維素顆粒的溶脹程度及均勻性，造成溶脹不均，從而影響混合與破碎效率；混合物料會(huì)長時(shí)間滯留在大圓柱筒和小圓柱筒交接的臺(tái)階處，不產(chǎn)生流動(dòng)，形成混合死區(qū)，影響混合均勻性；造成向下一個(gè)區(qū)域（破碎區(qū)）的物料輸送量過大，從而造成破碎不均，影響破碎效率。④如減小兩者的直徑之比，則造成的問題有：大圓柱筒底部作為一個(gè)小型的“儲(chǔ)液池”的儲(chǔ)液量減小，減小了纖維素顆粒和nmmo水溶液的接觸面積，造成纖維素顆粒溶脹不均，從而影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量；易使未來得急被纖維素顆粒吸收的nmmo水溶液從纖維素漿粥出口流出，造成纖維素顆粒溶脹不均和溶液浪費(fèi)問題?？傊景l(fā)明設(shè)置的小圓柱筒的直徑為900~1000mm，小圓柱筒與大圓柱筒的直徑之比為0.7~0.9:1是在提高溶脹效率和綜合考慮其他多方面影響因素的情況下設(shè)置的較為合理的尺寸范圍。

15、本發(fā)明中混合筒總長度為3500~6000mm，大圓柱筒的長度為混合筒總長度的10~40%，其原因是：①如增加混合筒總長度，則造成的問題有：造成混合筒體和攪拌器長度超長，機(jī)械制造和加工困難；造成裝置單位能耗的增加；會(huì)增加后期維裝置的維護(hù)成本。②如減小混合筒總長度，則造成的問題有：造成纖維素顆粒溶脹不充分，從而影響溶脹和破碎效率；造成纖維素顆粒破碎效率低、纖維素漿粥固含量不均和形成白芯等問題；造成纖維素漿粥產(chǎn)量減??；造成裝置單位能耗增加。③如增加大圓柱筒的長度占比，則造成的問題有：由于在大圓柱筒處的攪拌器設(shè)置的為螺旋葉片，該型葉片對纖維素顆粒沒有破碎作用，因此增加大圓柱筒的長度占比會(huì)造成破碎效率低、纖維素漿粥固含量不均和形成白芯等問題；由于纖維素顆粒對nmmo水溶液的吸收呈指數(shù)衰減趨勢，因此增加大圓柱筒的長度占比不會(huì)顯著纖維素顆粒的溶脹程度。④如減小大圓柱筒的長度占比，則造成的問題有：造成纖維素顆粒與nmmo水溶液混合不均勻，影響纖維素顆粒的溶脹程度與均勻性；造成纖維素顆粒溶脹不充分，從而造成破碎效率低、纖維素漿粥固含量不均和形成白芯等問題；另外，實(shí)踐表明纖維素顆粒的溶脹時(shí)間占總的混合破碎時(shí)間的1/3較為合適?？傊?，本發(fā)明設(shè)置的混合筒總長度為3500~6000mm，大圓柱筒的長度為混合筒總長度的10~40%是在提高溶脹、破碎效率和綜合考慮其他多方面影響因素的情況下設(shè)置的較為合理的尺寸范圍。

16、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

17、如上所述的一種用于生產(chǎn)纖維素漿粥的水平破碎混合裝置，纖維素漿粥出口的垂直中心線與大圓柱筒的垂直中心線不重合，且間距不超過200mm，如此設(shè)置更有利于物料的排出。

18、如上所述的一種用于生產(chǎn)纖維素漿粥的水平破碎混合裝置，攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。

19、本發(fā)明的破碎混合裝置最終會(huì)將纖維素顆粒與nmmo水溶液破碎混合成漿粥狀的混合物，該混合物具有一定的流動(dòng)性，但流動(dòng)性較差，易堆積；本發(fā)明的破碎混合裝置的攪拌器設(shè)置為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于攪拌器的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)作用，因此在排料區(qū)漿粥狀的混合物會(huì)堆積在混合筒的一側(cè)（混合筒的左側(cè)），而非中間；為有利于混合物料的排出，并減小物料出口的尺寸，因此本發(fā)明的破碎混合裝置采用物料出口垂直偏心設(shè)置的結(jié)構(gòu)。

20、發(fā)明原理：

21、本發(fā)明的一種用于生產(chǎn)纖維素漿粥的水平破碎混合裝置，混合筒的筒體為變徑結(jié)構(gòu)，中間通過錐體過渡連接，即左段（纖維素顆粒進(jìn)口所在區(qū)域）的筒體直徑大于右段筒體的直徑。當(dāng)nmmo水溶液從nmmo水溶液進(jìn)口注入時(shí)，大直徑d的底部可作為一個(gè)小型的“儲(chǔ)液池”，對注入的nmmo水溶液進(jìn)行少量和短暫的存儲(chǔ)，且變徑混合筒體與螺旋葉片相互配合形成一個(gè)相對封閉的攪拌區(qū)域，對纖維素顆粒與nmmo水溶液進(jìn)行攪拌，使纖維素顆粒充分吸收nmmo水溶液，并充分溶脹；另外在混合筒體內(nèi)同樣液面高度的情況下，大直徑筒體增大了纖維素顆粒和nmmo水溶液的接觸面積，從而提高了纖維素顆粒的溶脹效率。如沒有該“儲(chǔ)液池”結(jié)構(gòu)及所形成的封閉攪拌區(qū)域，當(dāng)nmmo水溶液從nmmo水溶液進(jìn)口注入時(shí)，纖維素顆粒不可能瞬間將nmmo水溶液完全吸收，且nmmo水溶液具有很強(qiáng)的流動(dòng)性，因此造成部分纖維素顆粒溶脹不充分和nmmo水溶液很快從物料出口流出的溶液浪費(fèi)問題。

22、有益效果：

23、（1）本發(fā)明的一種水平變徑破碎混合裝置中混合筒的筒體為變徑結(jié)構(gòu)，大圓柱筒和圓臺(tái)狀筒的組合使其底部可作為一個(gè)小型的“儲(chǔ)液池”，增大了纖維素顆粒和nmmo水溶液的接觸面積，使二者混合更為均勻，其纖維素顆粒也能充分吸收nmmo水溶液，并充分溶脹；此外，這種變徑結(jié)構(gòu)還可防止溶液從物料出口快速流出，提高溶液利用率，減少溶液的浪費(fèi)問題。

24、（2）本發(fā)明的一種水平變徑破碎混合裝置中物料出口以垂直偏心設(shè)置，即物料出口的垂直中心線偏離混合筒的垂直中心線一側(cè)，偏心設(shè)置可防止物料堆積，提高物料排出效率。

25、（3）本發(fā)明的變徑混合筒體與螺旋葉片形成了螺旋泵結(jié)構(gòu)，可將吸收了nmmo水溶液的纖維素顆粒定量地向下個(gè)區(qū)域進(jìn)行推送，實(shí)現(xiàn)控制破碎混合時(shí)間。