一種應(yīng)用于發(fā)酵罐的錯流導(dǎo)向式攪拌槳的制作方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于發(fā)酵罐的錯流導(dǎo)向式攪拌槳，屬于化工機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】。本攪拌槳包括輪轂3、弧面斜葉槳2和錯流導(dǎo)向管1。輪轂3為中空圓柱形，弧面斜葉槳2截面為向上凸起的圓弧，弧面斜葉槳槳葉2~4片在輪轂上對稱布置，弧面斜葉槳末端設(shè)有錯流導(dǎo)向管1。攪拌槳安裝在罐內(nèi)攪拌軸上，屬軸向流攪拌槳，適用于液-液混合、氣-液分散和強(qiáng)制傳熱等場合。發(fā)酵罐內(nèi)的流體在弧面斜葉槳的作用下做軸向流動，同時在攪拌槳末端的錯流導(dǎo)向管作用下，部分流體被導(dǎo)引至槳葉外側(cè)后上方，并沖擊至罐壁，與弧面斜葉槳形成的向下軸向流形成交錯流動；更有利于流體混合、氣液分散和熱量傳遞。本攪拌槳的槳葉結(jié)構(gòu)比較簡單，可按需求制作成不同規(guī)格和尺寸，制造成本低廉。
【專利說明】一種應(yīng)用于發(fā)酵罐的錯流導(dǎo)向式攪拌槳
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于發(fā)酵罐的錯流導(dǎo)向式攪拌槳，可應(yīng)用于化工、食品、發(fā)酵、造紙、紡織等領(lǐng)域，屬于化工機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌過程是化工、生物、制藥、食品、環(huán)保等工業(yè)中最常見的關(guān)鍵單元操作之一。經(jīng)過近一個世紀(jì)的實驗研究和理論探索，當(dāng)今的流體混合技術(shù)已進(jìn)人快速發(fā)展時期，開發(fā)了各種不同應(yīng)用和具有獨特性能的攪拌系統(tǒng)，并積累了大量可用于分析和預(yù)測混合體系的設(shè)計經(jīng)驗和關(guān)聯(lián)式。但由于流體混合體系的多樣性和物料流變特性的復(fù)雜性，攪拌系統(tǒng)很難采用統(tǒng)一的型式和構(gòu)造。針對不同的流體特性和攪拌混合需求，開發(fā)獨具特色和高效節(jié)能的攪拌系統(tǒng)是大規(guī)模攪拌技術(shù)的核心追求目標(biāo)。目前，國際上攪拌混合技術(shù)的研究主要集中在專業(yè)混合設(shè)備公司，如美國LightniruChemineer等公司、德國EKATO公司、法國Robin公司等。它們不但有自己的設(shè)備制造廠，而且在研發(fā)上投入巨額的資金來開發(fā)各種應(yīng)用場合的新型攪拌系統(tǒng)。
[0003]在生物發(fā)酵領(lǐng)域，特別是通風(fēng)發(fā)酵過程中，典型的徑向流攪拌槳如Rushton、Chemineer CD-6 和 Chemineer BT-6,典型的軸向流攬拌獎如 Lightnin A200(45° 斜葉獎)、Lightnin A310、Lightnin A315 和 Lightnin A320。徑向流攬拌獎 Chemineer BT-6 顯著提高了發(fā)酵過程中的氣液兩相分散效果，軸向流攪拌槳Lightnin A315和Lightnin A320兼具混合和氣液分散的功能。徑向流攪拌槳與軸向流攪拌槳的高效組合改變了通風(fēng)發(fā)酵攪拌系統(tǒng)高能耗的基本面貌，在中低粘度發(fā)酵系統(tǒng)中獲得了眾多成功應(yīng)用。
[0004]在高粘度通風(fēng)發(fā)酵過程中(如微生物多糖生物合成和絲狀菌體培養(yǎng)),高粘度體系使氣液兩相傳質(zhì)和傳熱成為限制生物反應(yīng)器放大規(guī)模的瓶頸。由于高粘度發(fā)酵液多具有擬塑性流體的特征，在高速旋轉(zhuǎn)的攪拌槳附近，能獲得較好的傳質(zhì)和傳熱效果，但在遠(yuǎn)離攪拌系統(tǒng)的罐壁附近，流體則幾乎處于停滯不動的狀態(tài)，位于此處的微生物常因缺氧和無法散熱導(dǎo)致代謝失常，積累代謝副產(chǎn)物，甚至導(dǎo)致死亡，嚴(yán)重影響發(fā)酵產(chǎn)率和生產(chǎn)效率。對于這種高粘度發(fā)酵體系，理想的攪拌系統(tǒng)是由發(fā)酵罐中心的高速攪拌系統(tǒng)和罐壁附近的低速螺帶攪拌系統(tǒng)組成的共軸攪拌系統(tǒng)(Industrial & Engineering Chemistry Research,2005，44，5036-5043)，但底部攪拌系統(tǒng)的機(jī)械密封易損，給發(fā)酵過程的無菌操作帶來高風(fēng)險，一直影響其在發(fā)酵工業(yè)的實際應(yīng)用。近年開發(fā)的Intermig槳(Chemical EngineeringScience, 2004, 59(18): 3793 - 3805)由于兼具軸向流和末端高剪切的特征，特別適用于罐壁附近處流動停滯和傳熱不佳的場合，在中高粘度的擬塑性流體系統(tǒng)中獲得了應(yīng)用。但在攪拌槳末端處，高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高剪切力對于絲狀菌體等微生物細(xì)胞帶來潛在的損傷，將對微生物的生長和正常代謝帶來不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種新型高效的錯流導(dǎo)向式攪拌槳，同時兼具良好的軸向混合和氣-液分散效果，特別適用于于中、高粘度擬塑性體系的傳質(zhì)和傳熱過程，而且制造簡單，成本低廉。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種應(yīng)用于發(fā)酵罐的錯流導(dǎo)向式攪拌槳，包括輪轂3、弧面斜葉槳2和錯流導(dǎo)向管I ;
所述輪轂3中心結(jié)構(gòu)為中空圓柱形，輪轂直徑一般為攪拌槳直徑的l/2(Tl/5，輪轂的高徑比相近，可根據(jù)攪拌條件和材料強(qiáng)度進(jìn)行計算，輪轂上安裝有弧面斜葉槳2，輪轂和弧面斜葉槳采用焊接方式連接；輪轂既可以是開式的，也可以是閉式的，可根據(jù)不同工況進(jìn)行選擇；
所述弧面斜葉槳2截面為圓弧形，弧面向上凸起，旋轉(zhuǎn)運動時可以形成下壓式軸向流；弧面斜葉槳2的數(shù)量為2?4片，弧面斜葉槳在輪轂上對稱布置，弧面斜葉槳末端設(shè)置有錯流導(dǎo)向管I ;
所述錯流導(dǎo)向管I是等徑彎管或異徑彎管，入口直徑與出口直徑之比為1.0?2.0:1，入口直徑為攪拌槳直徑的1/15?1/8，入口朝下而出口朝上，錯流導(dǎo)向管的安裝面與攪拌槳的旋轉(zhuǎn)平面呈一夾角，夾角為15°?45°，錯流導(dǎo)向管的入口平面與弧面斜葉槳末端軌跡線的切線相垂直，出口平面面向末端軌跡線的外側(cè)后上方(見附圖1);錯流導(dǎo)向管I與弧面斜葉槳2采用焊接方式連接；
攪拌槳的直徑是發(fā)酵罐直徑的1/2?4/5。攪拌槳運動過程中，能吸引流體向外側(cè)后上方流動，并沖擊至罐壁，與弧面斜葉槳形成的下壓式軸向流形成錯流，有利于流體混合、氣液分散和強(qiáng)制傳熱。
[0007]所述的攪拌槳采用不銹鋼板、碳鋼板或合金板為加工材料；
所述的攪拌槳的應(yīng)用，攪拌槳安裝在發(fā)酵罐內(nèi)的攪拌軸上，輪轂與攪拌軸的連接方式為緊固螺釘，或并緊螺栓和平鍵來連接，隨著攪拌軸一起旋轉(zhuǎn)。所述攪拌槳在發(fā)酵罐內(nèi)可以單層使用或多層使用，也可以與其它類型攪拌槳組合使用，構(gòu)成多層攪拌系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點在于:
(I)對于高粘度擬塑性流體，具有剪切稀釋特征，攪拌槳掠過的區(qū)域可以獲得很好的混合、傳質(zhì)和傳熱效果，如果簡單地增加寬幅葉攪拌槳直徑，所需能耗很大，不利于節(jié)能。所述的錯流導(dǎo)向式攪拌槳葉片根部為弧面斜葉槳，軸向流性能優(yōu)于Lightnin Α200,直徑大,攪拌的工作范圍寬，適用于高粘度擬塑性流體反應(yīng)系統(tǒng)。
[0009](2)葉片根部采用弧面斜葉槳，功率準(zhǔn)數(shù)較小，攪拌過程不易在槳葉背部形成尾渦而損耗能量。葉片端部采用了等徑彎管或異徑彎管，起到錯流導(dǎo)向的作用，彎管向外側(cè)后上方傾斜，通過彎管的流體被導(dǎo)向罐壁，并與弧面斜葉作用下的軸向流相互交錯，一方面，有利于罐壁附近的液體流動，促進(jìn)流體的混合和氣液分散；另一方面，發(fā)酵罐通常在內(nèi)壁設(shè)置有蛇管或列管，本發(fā)明有利于強(qiáng)化罐壁附近的熱量交換。采用彎管設(shè)計，有利于減少流體阻力和功率損耗。在彎管通道中，流體進(jìn)入彎管時先受到壓縮，流出彎管時壓力突然釋放，這個過程有利于流體的微觀混合，也有利于氣液兩相分散?；∶嫘比~槳和異徑彎管在運動過程中產(chǎn)生錯流，槳葉單背部不易產(chǎn)生尾渦，對微生物的剪切損傷比較小，不僅適用于細(xì)菌的培養(yǎng)過程，也適用于霉菌、放線菌和酵母菌的培養(yǎng)過程。
[0010](3)攪拌槳根部的弧面斜葉槳可以采用沖壓方式加工，端部的異徑彎管可通過異徑直管彎制和切割，加工比較方便，結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)備的清洗和維護(hù)比較方便?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的錯流導(dǎo)向式攪拌槳正視圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的錯流導(dǎo)向式攪拌槳俯視圖。
[0013]圖3是組合攪拌槳系統(tǒng)示意圖。
[0014]附圖標(biāo)記說明:1、錯流導(dǎo)向管；2、弧面斜葉槳；3、輪轂；a、Chemineer BT-6攪拌槳；b、錯流導(dǎo)向式攪拌槳；c、錯流導(dǎo)向式攪拌槳；d、軸；e、發(fā)酵罐容器；f、機(jī)架；g、電機(jī)；h、檔板；1、夾套；j、進(jìn)氣管。
【具體實施方式】
[0015]實施例1:
錯流導(dǎo)向式攪拌槳包括輪轂3、弧面斜葉槳2和錯流導(dǎo)向管1，如附圖1-2所示。所述輪轂3直徑為35mm，高度為40mm，整個攪拌槳的直徑為390mm(從對稱兩片漿葉中一片的導(dǎo)向管外端至另一片的導(dǎo)向管外端)，所述弧面斜葉槳2的直徑為330_ (從對稱兩片漿葉中一片的導(dǎo)向管內(nèi)端至另一片的導(dǎo)向管內(nèi)端)，弧面斜葉槳的根部截面尺寸為(半徑R50mm，弧度為45° )，端部截面尺寸為(半徑R50mm，弧度為23° )。所述錯流導(dǎo)向管I入口朝下而出口朝上，錯流導(dǎo)向管的安裝面與攪拌槳的旋轉(zhuǎn)平面呈25°夾角，錯流導(dǎo)向管的入口平面與弧面斜葉槳槳葉末端軌跡線的切線相垂直，入口直徑為36mm，出口平面面向攪拌槳末端軌跡線的外側(cè)后上方，出口直徑為30mm，彎管中心線的半徑為60mm。
[0016]實施例2:
所述的錯流導(dǎo)向攪拌槳可以應(yīng)用于通風(fēng)發(fā)酵罐中，如附圖3所示。發(fā)酵罐系統(tǒng)主要包括:a、Chemineer BT-6攪拌槳；b、錯流導(dǎo)向式攪拌槳；c、錯流導(dǎo)向式攪拌槳；d、軸；e、發(fā)酵罐容器；f、機(jī)架；g、電機(jī)；h、檔板；1、夾套；j、進(jìn)氣管。上二層攪拌槳為錯流導(dǎo)向攪拌槳，底層攪拌槳為Chemineer BT-6或鋸齒形對稱斜葉渦輪攪拌槳(中國專利200820237972.2)，組合攪拌系統(tǒng)可應(yīng)用于高粘度通風(fēng)發(fā)酵過程。底層攪拌槳直徑(dl)為發(fā)酵罐直徑D的1/3，底層槳距離發(fā)酵罐底部為1.0 dl ;上二層槳采用本發(fā)明所述的錯流導(dǎo)向攪拌槳，攪拌槳直徑(d2)為發(fā)酵罐直徑D的2/3，這有利于攪拌系統(tǒng)的穩(wěn)定性和均勻性，兩層攪拌槳采用垂直交錯布置，底層攪拌槳與第二層攪拌槳之間的間距及第二層攪拌槳與第一層攪拌槳之間的間距均為1.5dl。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于發(fā)酵罐的錯流導(dǎo)向式攪拌槳，其特征在于:攪拌槳包括輪轂(3)、弧面斜葉槳(2)和錯流導(dǎo)向管(I)； 所述輪轂(3)為中空圓柱形，輪轂直徑為攪拌槳直徑的1/20?1/5，輪轂的高徑比相近，根據(jù)攪拌條件和材料強(qiáng)度進(jìn)行計算，輪轂上安裝有弧面斜葉槳(2)，輪轂和弧面斜葉槳采用焊接方式連接；輪轂為開式或閉式，根據(jù)不同工況進(jìn)行選擇； 所述弧面斜葉槳(2)截面為圓弧形，弧面向上凸起，旋轉(zhuǎn)運動時形成下壓式軸向流；弧面斜葉槳(2)的數(shù)量為2?4片，弧面斜葉槳在輪轂上對稱布置，弧面斜葉槳末端設(shè)置有錯流導(dǎo)向管(I)； 所述錯流導(dǎo)向管(I)是等徑彎管或異徑彎管，入口直徑與出口直徑之比為1.0?2.0:1，入口直徑為攪拌槳直徑的1/15?1/8，入口朝下而出口朝上，錯流導(dǎo)向管的安裝面與攪拌槳的旋轉(zhuǎn)平面呈15°?45°的夾角，錯流導(dǎo)向管的入口平面與弧面斜葉槳末端軌跡線的切線相垂直，出口平面面向末端軌跡線的外側(cè)后上方；錯流導(dǎo)向管(I)與弧面斜葉槳(2)采用焊接方式連接； 攪拌槳的直徑是發(fā)酵罐直徑的1/2?4/5 ;攪拌槳運動過程中，能吸引流體向外側(cè)后上方流動，并沖擊至罐壁，與弧面斜葉槳形成的下壓式軸向流形成錯流，有利于流體混合、氣液分散和強(qiáng)制傳熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌槳，其特征在于攪拌槳采用不銹鋼板、碳鋼板或合金板為加工材料。
3.權(quán)利要求1所述的攪拌槳的應(yīng)用，其特征在于:所述攪拌槳安裝在發(fā)酵罐內(nèi)的攪拌軸上，輪轂與攪拌軸的連接方式為緊固螺釘，或并緊螺栓和平鍵來連接，隨著攪拌軸一起旋轉(zhuǎn)；所述攪拌槳在發(fā)酵罐內(nèi)單層使用或多層使用；或與其它類型攪拌槳組合使用，構(gòu)成多層攪拌系統(tǒng)。
【文檔編號】B01F15/00GK103566797SQ201310577861
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】詹曉北, 鄭志永, 高敏杰, 丁春華 申請人:江南大學(xué), 鎮(zhèn)江東方生物工程設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司