一种强化油泥脱油的可滑动刚柔组合搅拌桨

1.本发明涉及化学热洗法处理油泥中搅拌装置的搅拌桨，具体是一种强化油泥脱油的可滑动刚柔组合搅拌桨。


背景技术：

2.化学热洗处理油泥的方法需要使用到搅拌装置。搅拌装置是增加水对油泥的渗透性和润湿性，提高油、水、泥三相的分离效果的核心设备。搅拌可以促进油从固体表面去除和油相分解成小油滴，从而达到油相从固相中分离除去的效果。大多数通过化学热洗法处理油泥的搅拌装置是两叶式刚性搅拌桨。
3.研究表明，传统刚性桨的轴向混合较差，在流场中易形成混沌混合区与混合隔离区，且混沌混合区与混合隔离区之间存在着较为稳定的流场结构界面，导致固液两相有效接触面积较小。此外，由于搅拌槽内流场结构的对称性，使搅拌桨的大部分能量在搅拌桨边缘和搅拌桨后的尾涡处。
4.柔性体在流场中可形成明显不同于刚性桨的涡结构，可破坏流场中混合隔离区内外结构界面，强化流体混沌混合行为，提高流体混合效果。研究表明，刚柔组合桨不但具有刚性桨的剪切作用，还具有柔性体的多体运动，通过刚-柔-流的耦合作用，提高流体混合效率。
5.为解决化学热洗法处理油泥使用的传统搅拌装置弊端，本发明将相邻两层刚性桨桨叶使用柔性片相对应连接，通过调节连接装置来调控柔性片的长度及曲度，强化流体与固相的接触行为，缩短油泥脱油时间，提高油泥脱油效率。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种强化油泥脱油的可滑动刚柔组合搅拌桨，其特征在于:包括搅拌轴(2)、至少一个所述滑动桨叶组(4)、固定桨叶组(40)和若干柔性片(6)；
7.所述滑动桨叶组(4)包括轴套i(402)，以及呈辐射状连接在所述轴套i(402)四周的刚性桨叶片i(401)；
8.所述固定桨叶组(40)包括轴套ii(4002)，以及呈辐射状连接在所述轴套ii(4002)四周的刚性桨叶片ii(4001)；
9.所述搅拌轴(2)上端连接电机；滑动桨叶组(4)的轴套i(402)套设于搅拌轴(2)上；所述搅拌轴(2)的下端固定连接固定桨叶组(40)的轴套ii(4002)；
10.所述柔性片(6)的数量等于刚性桨叶片i(401)的数量；
11.当只有一个滑动桨叶组(4)时，每一片刚性桨叶片i(401)通过一片柔性片(6)连接一片刚性桨叶片ii(4001)；
12.当具有多于一个滑动桨叶组(4)时，最下层的滑动桨叶组(4)的每一片刚性桨叶片i(401)通过一片柔性片(6)连接一片刚性桨叶片ii(4001)；其余滑动桨叶组(4)的每一片刚性桨叶片i(401)均通过一片柔性片(6)连接下方滑动桨叶组(4)的一片刚性桨叶片i(401)。
13.进一步，当只有一个滑动桨叶组(4)，刚性桨叶片i(401)与刚性桨叶片ii(4001)数量相等；当具有多于一个滑动桨叶组(4)时，每一个滑动桨叶组(4)的刚性桨叶片i(401)与固定桨叶组(40)的刚性桨叶片ii(4001)数量相等。
14.进一步，轴套i(402)在搅拌轴(2)上自由滑动；所述轴套i(402)上有用于锁紧轴套i(402)转动的装置；所述轴套i(402)上有用于锁紧轴套i(402)滑动的装置；
15.进一步，所述刚性桨叶片i(401)倾斜45～75
°
连接于轴套i(402)；所述刚性桨叶片ii(4001)倾斜45～75
°
连接于轴套ii(4002)。
16.进一步，所述刚性桨叶片i(401)远离轴套i(402)的一端为圆弧形；所述刚性桨叶片ii(4001)远离轴套ii(4002)的一端为圆弧形；
17.进一步，每一个柔性片(6)的两端分别连接一个圆环(5)；通过圆环(5)使得刚性桨叶片i(401)与柔性片(6)连接；通过圆环(5)使得刚性桨叶片ii(4001)与柔性片(6)连接；每一个所述刚性搅拌桨(4)的桨叶一端与连接装置(7)相连，另一端开有通孔，通孔内连接一个圆环(5)；每一个所述柔性片(6)长边的两端分别开有一个通孔；所述刚性桨叶片i(401)和刚性桨叶片ii(4001)的端头具有通孔，这些通孔用于使得圆环(5)穿过；所述刚性桨叶片i(401)和刚性桨叶片ii(4001)一端的通孔直径和所述柔性片(6)长边的两端的通孔直径d＝1mm～4mm。
18.进一步，所述柔性片(6)为矩形。所述柔性片(6)的厚度t＝0.8mm～2mm，宽度w＝8mm～12mm。
19.进一步，所述柔性片(6)的自然伸直长度为l；所述轴套i(402)上有用于限制轴套i(402)下滑的限位装置；滑动桨叶组(4)与固定桨叶组(40)之间的垂直距离为s，s＝(0.45～1.0)
×
l；当多于一个滑动桨叶组(4)时，相邻的滑动桨叶组(4)之间的垂直距离为s，s＝(0.45～1.0)
×
l。
20.进一步，所述刚性桨叶片i(401)和刚性桨叶片ii(4001)的水平方向长度为q，w＝(0.32～0.48)
×
q；所述滑动桨叶组(4)扫过区域的直径为d，w＝(0.1～0.15)
×
d。
21.进一步，所述圆环(5)的直径为φ，φ＝(0.12～0.24)
×
q；所述搅拌槽(3)的高度为h，所述刚性桨叶片ii(4001)与搅拌槽(3)底部的距离为d，d＝(0.1～0.2)
×
h。
22.本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明将对流体有切割作用的刚性搅拌桨以及对流体有扰动作用的柔性片相结合形成刚柔组合搅拌桨。柔性片的厚度和宽度设置适当的尺寸，以确保在搅拌过程中能够出现抖动但分散能力又不会太弱。在柔性片所受阻力以及功耗产生尽量小的前提下实现桨叶“横扫”范围和对流体“横扫”的截面积最大化，从而增大桨叶区域附近流体的流动效果，增大搅拌槽内流体的湍动程度，强化能量传递过程以及流体与固相的接触行为，缩短油泥脱油时间，提高油泥脱油效率。
附图说明
23.图1为位于搅拌装置内的本发明的可滑动刚柔组合搅拌桨示意图；
24.图2为本发明的可滑动刚柔组合搅拌桨结构示意图。
25.图中：电机(1)、搅拌轴(2)、滑动桨叶组(4)、刚性桨叶片i(401)、轴套i(402)、固定桨叶组(40)、刚性桨叶片ii(4001)、轴套ii(4002)、刚性搅拌桨(4)、圆环(5)、柔性片(6)。
具体实施方式
26.下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
27.实施例1：
28.一种强化油泥脱油的可滑动刚柔组合搅拌桨，其特征在于:包括搅拌轴2、至少一个滑动桨叶组4、固定桨叶组40和若干柔性片6；
29.所述滑动桨叶组4包括轴套i402，以及呈辐射状连接在所述轴套i402四周的刚性桨叶片i401；
30.所述固定桨叶组40包括轴套ii4002，以及呈辐射状连接在所述轴套ii4002四周的刚性桨叶片ii4001；
31.所述搅拌轴2上端连接电机；滑动桨叶组4的轴套i402套设于搅拌轴2上；所述搅拌轴2的下端固定连接固定桨叶组40的轴套ii4002；
32.所述柔性片6的数量等于刚性桨叶片i401的数量；
33.当只有一个滑动桨叶组4时，每一片刚性桨叶片i401通过一片柔性片6连接一片刚性桨叶片ii4001；
34.当具有多于一个滑动桨叶组4时，最下层的滑动桨叶组4的每一片刚性桨叶片i401通过一片柔性片6连接一片刚性桨叶片ii4001；其余滑动桨叶组4的每一片刚性桨叶片i401均通过一片柔性片6连接下方滑动桨叶组4的一片刚性桨叶片i401。
35.本实施例只有一个滑动桨叶组4，刚性桨叶片i401与刚性桨叶片ii4001数量相等；
36.所述刚性桨叶片i401远离轴套i402的一端为圆弧形；所述刚性桨叶片ii4001远离轴套ii4002的一端为圆弧形；所述刚性桨叶片i401倾斜60
°
连接于轴套i402；所述刚性桨叶片ii4001倾斜60
°
连接于轴套ii4002。
37.轴套i402可在搅拌轴2上自由滑动；所述轴套i402上有用于限制轴套i402滑动和转动的限位装置；实施例中，可以在所述轴套i402上设置有插销，用于锁紧。也可以在轴套i402上设置径向的螺纹通孔，在螺纹通孔中旋入紧定螺栓，使得轴套i402和搅拌轴2固定在一起。
38.每一个柔性片6的两端分别连接一个圆环5；通过圆环5使得刚性桨叶片i401与柔性片6连接；通过圆环5使得刚性桨叶片ii4001与柔性片6连接；
39.每一个所述刚性搅拌桨4的桨叶一端与连接装置7相连，另一端开有通孔，通孔内连接一个圆环5；
40.每一个所述柔性片6长边的两端分别开有一个通孔；
41.所述刚性桨叶片i401和刚性桨叶片ii4001的端头具有通孔，这些通孔用于使得圆环5穿过；
42.当柔性片6的自然伸直的长度l过短，桨叶“横扫”范围减小，弹簧的抖动行为减弱，难以将桨叶能量传递到流场远处；当柔性片6的自然伸直的长度l过长，桨叶“横扫”范围增大，弹簧的抖动行为增加，但柔性片所受阻力增大。由于连接装置7可在搅拌轴2上自由滑动，因此可以根据实际需要来调节上层刚性搅拌桨4的下边沿与上层刚性搅拌桨4的上边沿之间的距离s。
43.实施例2：
44.本实施例的主要结构同实施例1，进一步，所述刚性桨叶片i401和刚性桨叶片ii4001一端的通孔直径和所述柔性片6长边的两端的通孔直径d＝1mm。所述柔性片6为矩形。所述柔性片6的厚度t＝0.8mm，宽度w＝8mm。
45.所述柔性片6的自然伸直长度为l；所述轴套i402上有用于限制轴套i402下滑和转动的限位装置；滑动桨叶组4与固定桨叶组40之间的垂直距离为s，s＝0.45l；
46.所述刚性桨叶片i401和刚性桨叶片ii4001的水平方向长度为q，w＝0.32q；
47.所述滑动桨叶组4扫过区域的直径为d，w＝0.1d。
48.所述圆环5的直径为φ，φ＝0.12q；
49.所述搅拌槽3的高度为h，所述刚性桨叶片ii4001与搅拌槽3底部的距离为d，d＝0.1h。
50.本实施例中所述刚性桨叶片i401根据实验物料高度进行调节，刚性桨叶片i401整体淹没于实验物料之中。
51.实施例3：
52.本实施例的主要结构同实施例1，进一步，所述刚性桨叶片i401和刚性桨叶片ii4001一端的通孔直径和所述柔性片6长边的两端的通孔直径d＝4mm。所述刚性桨叶片i401倾斜60
°
所述刚性桨叶片ii4001倾斜60
°
53.所述柔性片6为矩形。所述柔性片6的厚度t＝2mm，宽度w＝12mm。
54.所述柔性片6的自然伸直长度为l；滑动桨叶组4与固定桨叶组40之间的垂直距离为s，s＝l；
55.本实施例具有多于一个滑动桨叶组4，相邻的滑动桨叶组4之间的垂直距离为s，s＝l。
56.所述刚性桨叶片i401和刚性桨叶片ii4001的水平方向长度为q，w＝0.48q；
57.所述滑动桨叶组4扫过区域的直径为d，w＝0.15d。
58.所述圆环5的直径为φ，φ＝0.24q；
59.所述搅拌槽3的高度为h，所述刚性桨叶片ii4001与搅拌槽3底部的距离为d，d＝0.2h。
60.实验：
61.本实验采用上述一种强化油泥脱油的可滑动刚柔组合搅拌桨，其特征在于，包括与电机相连的搅拌轴、刚性搅拌桨、圆环、连接装置以及柔性片。
62.采取6组未经处理的油泥样品，计算其含水率、含油率以及含泥率。
63.含水率：油泥经105℃干燥后的失重率。
64.含油率：105℃干燥后在450℃焙烧后的质量差值与油泥质量的比值。
65.含泥率：450℃焙烧后油泥与被烧前质量的比值。
66.表1油泥原样的含水率、含油率以及含泥率
[0067][0068]
从表1中数据可以看出，不同取样点油泥的含油率具有一定的差异。如果热洗后可以回收油泥中的油品具有一定的经济价值。
[0069]
使用实施例1中的装置进行以下实验。
[0070]
其具体数值如下所示：
[0071]
(1)所述刚性搅拌桨4一端的通孔直径和所述柔性片6长边的两端的通孔直径d＝2mm。
[0072]
(2)所述柔性片6的厚度t＝1mm，宽度w＝10mm，
[0073]
值得说明的是，所述柔性片6的厚度不能低于0.5mm，且应当有上限值，要保证能够出现抖动但分散能力又不会太弱；
[0074]
当柔性片6的宽度w过小，对流体“横扫”的截面积减小，能够运动的流体的量减少；难以实现流体均匀混合；
[0075]
当柔性片6的宽度w过大，对流体“横扫”的截面积增大，能够运动的流体的量增大，但柔性片所受阻力增大。
[0076]
(3)初始状态时，所述柔性片6的自然伸直的长度为l，l＝100mm所述相邻两层刚性搅拌桨4中，上层刚性搅拌桨4的下边沿与上层刚性搅拌桨4的上边沿之间的距离为s，l＝(1.2～1.8)
×
s,s＝60mm。
[0077]
由于连接装置7可在搅拌轴2上自由滑动，因此可以根据实际需要来调节上层刚性搅拌桨4的下边沿与上层刚性搅拌桨4的上边沿之间的距离s。
[0078]
(4)所述刚性搅拌桨4的桨叶长度为q，w＝(0.32～0.48)
×
q,q＝26mm。
[0079]
(5)所述刚性搅拌桨4的桨叶直径为d，w＝(0.1～0.15)
×
d,d＝80mm。
[0080]
通过研究发现，当所述柔性片6的宽度w过小，有利于弹簧发生扭转或抖动，但传递能量的能力较差；
[0081]
当所述柔性片6的宽度w过大，不利于弹簧发生扭转或抖动，但传递能量的能力较强。
[0082]
(6)所述圆环5的直径为φ，所述刚性搅拌桨4的桨叶长度为q，φ＝(0.12～0.24)
×
q,φ＝5mm。
[0083]
所述搅拌轴由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。
[0084]
所述搅拌槽3为圆柱形敞口搅拌槽，槽径为0.12m，槽高为0.15m；
[0085]
所述搅拌槽3内装有未经处理的油泥150g，向搅拌槽内加入600ml的清洗液，搅拌转速为210rpm；
[0086]
通过测定油泥清洗时间及最终残油率，以此表征搅拌桨的除油效率。实验结果见表2和表3。
[0087]
表2原有单层刚性搅拌桨体系油泥清洗时间及最终残油率
[0088][0089]
表3本发明可滑动刚柔组合搅拌桨体系油泥清洗时间及最终残油率
[0090][0091]
从表2和表3的实验结果可以看出，在其余实验条件相同的情况下，本发明公开的可滑动刚柔组合搅拌桨与原有单层刚性搅拌桨相比，体系能显著缩短油泥泥屑除油时间并降低残油率，油泥的残油率降低了3.51％，清洗时间缩短了66.7％。