台式多功能搅拌装置设计

【摘 要】本课题对目前实验室搅拌装置进行了创新和改造，实现了搅拌、摇晃、振荡、分离、调速多功能一体化，增强了技术人员对搅拌的可操控性，同时也使得试验样品搅拌更加充分，为后续实验带来益处。

【关键词】搅拌器；多功能；机械

一、研究背景

搅拌作为过程工业的基础单元操作，也是重要环节，被广泛用于化工 、石油化工、医药、食品 、生化、化妆品、胶粘剂 、印刷油墨 、油漆、涂料等工业，其过程就是在流动场中进行动量传递或是包括动量、热量、质量传递及化学反应的过程，搅拌原理涉及流体力学、传热、传质及化学反应等多种过程。而在传统科研、教学实验室研究当中搅拌也发挥着重要作用，尤其在化工、物理等方面。本课题主要针对科研及教学小型实验过程中搅拌装置的研究。经调研发现，在一般实验中虽然搅拌应运时间长，应用范围广泛，但是针对搅拌操作的研究却远远缺乏。常见实验室搅拌有人工搅拌、磁力搅拌、机械搅拌三种方式，但搅拌操作所涉及的因素极为复杂，搅拌的样品的物性千差万别，搅拌的目的也不尽相同，搅拌设备形式多种多样，如何合理正确地选择搅拌方式都没有一个严密的理论指导，在很大程度上仍依赖于经验，而且不同的搅拌方式其搅拌效果也不同，这样就对搅拌后的样品在进行下一个实验工段产生实验影响，而这种影响对实验结果不可避免的会产生误差，为后续实验数据分析带来不必要的影响。特别是近年来，随着科学技术的发展，搅拌器和搅拌容器获得飞速发展的同时， 正面临着必须满足合理利用资源、节能降耗和对环境保护要求的严峻挑战，与此同时，化工、高分子等的实验室研究对搅拌操作的要求越来越高，搅拌的物料也呈现出复杂性，不再是低黏度的牛顿流体，高黏度、变黏度的流体也经常碰到。但调查发现机械搅拌在实验中占据着重要的地位，其在实验搅拌过程中应运最为频繁，因而本课题主要对近几年来机械搅拌器的研究热点进行了分析、归纳。

二、研究操作

本课题对传统实验室搅拌装置改进设计主要包括三大方面，分别为：结构紧凑化设计、多功能设计和宜人外观设计。结构设计采用模块化设计，有动力设计、结构紧凑安排与可拆卸组合；功能方案设计为单机多种功能，包含搅拌、分离、摇晃、振荡和调速五种工作方式，设计为双方向工作，可以顺时针方向旋转，也可以逆时针方向运行。采用无极变速调节，速度分为低速、中速和高速，采用无极变速调节方式；外观设计包括两个方案，一个是仿生设计方案，一个是具有现代感的流线型设计方案，美观大方。接下来对以上三大结构设计进行较为详细说明。

（一）结构设计：主要为动力系统、结构设置与可拆卸设计。其中动力系统分为上下两个部分：上部分控制搅拌棒与旋转分离；下部分实现震荡与偏心摇摆。工作原理具体是依靠电动机提供动力，设计为双方向转动，固定在支架和主体上，由调速器调节其转动快慢。设备上端搅拌棒与电动机相连，当接通电源后，电动机就带动搅拌棒转动而进行搅拌。设备下端旋转装置与电动机相连，当接通电源后，电动机就带动旋转装置转动，可拆卸的凸起设计，可以实现摇晃、震动与旋转功能，调速器主要由压紧的主动轮装置、摩檫传动机构、调速控制机构组成。工作头可以更换。搅拌棒置于转轴下端的搅拌棒夹具中，拧紧夹具的旋纽。使搅拌棒与瓶口垂直，并处在瓶口中心， 再行调节它们的高度，再将搅拌导管套入瓶口中。置于转轴下端的搅拌棒夹具拆卸，可以安装摇瓶夹具，调节距离，搅拌棒旋转，实现摇瓶功能，根据需要，调节速度，可以实现低速旋转到高速离心分离功能变速范围大，变速比为1：5；调速精度为1-0.5转；同轴结构：输入轴、输出轴同向旋转；调定的转速恒定。结构设置紧凑合理，优化可操作空间，搅拌棒可拆卸和更换，托盘上容器可以更换。

（二）功能设计：为单机多种功能，包含搅拌、分离、摇晃、调速和振荡五种工作方式，动力部分的电动机，设计为双方向工作，可以顺时针方向旋转，也可以逆时针方向运行；速度分为低速、中速和高速，采用无极变速调节方式。

（三）外观设计：注重本设备与实验室周围环境的和谐性、使用的人性化及操作符合人机工程学。方案一：以装甲车形态的仿生形态设计。寓意深刻，以全新的理念，实用的功能，开拓市场，打造一片新天地。将瓶颈装在夹子里，固定好，打开旋钮，实现低速摇匀和高速分离；位于下端的托盘，可实现偏心旋转和无极变速震荡；侧面配有工具箱。该方案造型以直线型为主，倡导勇往直前，新颖别致，绿色设计，“工具效果”强。方案二：现代感流线型设计。外观设计为流线型，形态可人，美观大方，色彩温和，质感好，富有亲和力，“装饰效果”强。

三、实验室应用前景分析

搅拌器是物理实验、化学实验和生物实验过程中必不可少的常用仪器之一，具有广阔的应用前景。搅拌器不仅在实验室中应用，在很多企业和行业中，也得到广泛应用。涉及到混合物料问题企业和行业，都需要借助搅拌器来实现其充分的混合。搅拌作为过程工业的基础单元操作，被广泛用于化工、石油化工、医药、食品、生化、化妆品、胶粘剂、印刷油墨、油漆、涂料等工业，市场面宽，应用领域多。从资源的最合理利用方面的最新发展，主要是针对高黏度物料搅拌器和新型搅拌桨叶的发展，多功能搅拌器和搅拌过程的自动化未来的发展，相比磁力搅拌，更具有很好的应用前景。本项目研究产品实为科研单位、大专院校、石油、化工、医疗等实验及小型生产单位的理想搅拌工具。

四、结论

本课题研究的实验室多功能搅拌装置，结构设计巧妙，紧凑，很好的将理论与实践结合起来，使实验室搅拌装置实现一机多功能化，减少设备数量，节约资金，符合当下“节能减排”这一环保理念。在实际应用中本装置设计体积小，重量轻，便于安装和固定，减少占用空间，设备工作性能稳定，运行平稳、噪音低，有LED显示功能，相信可以大规模进行应运。