CN101480587A - 一种针对高粘度发酵过程的气液分散型搅拌桨 - Google Patents

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詹晓北
郑志永
吴剑荣
朱莉
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Abstract

一种针对高粘度发酵过程的气液分散型搅拌桨，属化学工程、生物工程和医药工程领域。本发明的搅拌桨由圆盘(1)、偶数个均布在圆盘外缘下侧的下斜叶片(2)、偶数个均布在圆盘外缘上侧的上斜叶片(3)和轮毂(4)组成，上斜叶片(3)与下斜叶片(2)对称地连接于圆盘(1)的上下两面，并呈一定的夹角，其夹角的方向与搅拌旋转方向一致；斜叶片呈L型，斜叶片外缘(5)和内缘(6)上设置有锯齿，叶片外缘与相邻的边呈直角，叶片外缘与内缘呈一定的夹角。搅拌桨属径流剪切桨，圆盘上、下斜叶片之间呈一定夹角，适合大气量在液体中的分散，提高了液体的流动性。该搅拌桨为高粘度流体体系下的气－液分散，液－液分散提供了良好的搅拌保证，具有搅拌效果好、效率高、能耗省、结构简单的优点。

Description

一种针对高粘度发酵过程的气液分散型搅拌桨
技术领域
一种针对高粘度发酵过程的气液分散型搅拌桨，尤其涉及一种适用于高粘度体系下气-液、液-液分散的搅拌桨。本发明属化学工程、生物工程和医药工程领域，
背景技术
气-液分散在发酵工业微生物好氧培养的操作中是必不可少的，通过强烈的气-液分散作用可使空气中的氧气溶解在发酵培养基中以供微生物菌体呼吸和代谢。用于气-液分散和液-液分散的搅拌桨通常为圆盘直叶涡轮搅拌桨、圆盘箭叶涡轮搅拌桨和圆盘弯叶涡轮搅拌桨，属径向流搅拌桨。由于圆盘直叶涡轮搅拌桨在搅拌过程中的径向排量不高，在叶片背后易形成气穴，因此其单位体积功率下的分散效率不是很高。目前国外专门从事工业搅拌设计的公司如Lightnin、Chemineer等相继开发了圆盘半圆管叶片涡轮搅拌桨和圆盘抛物线型叶片搅拌桨，这两种径向流搅拌桨相比于传统的径向流搅拌桨，气体捕获能力、液体径向排量和气-液分散能力都有了显著的提高，由于采用了曲面型叶片，搅拌桨旋转过程中叶片背后不易形成气穴，有效地提高了常规好氧发酵过程的气-液传质能力，同时也节约了能耗。但在真菌培养和微生物多糖等高粘度发酵过程中，发酵液表现出高粘度、假塑性流体的特征，此时气-液传质的阻力大大增加，普通的搅拌桨无法适应高粘度体系下的气-液传质需求，细胞无法有效地得到溶解氧而使微生物的代谢和产物合成受到限制，影响高粘度体系下好氧发酵过程的实施。本发明采用了对称的锯齿形叶片，增强了桨叶与液体的接触与剪切，利用假塑性流体的剪切稀释作用，促进气-液传质过程，在上、下叶片之间设置一个夹角以保证气体的捕获，而在上、下叶片内缘之间设置一个夹角，一方面保证桨叶的剪切作用，另一方面使一部分流体泄漏出叶片区，避免气穴形成，降低了搅拌桨的功率消耗。
发明内容
本发明的目的是提出一种针对高粘度发酵过程的气-液分散型搅拌桨，克服现有技术的不足，针对高粘度发酵体系中气-液传质效率较低的现状，提供一种适用于高粘度体系、结构简单、分散效率高的搅拌桨。
本发明的技术方案：一种气液分散型搅拌桨，包括搅拌轴、以及与搅拌轴连接的搅拌桨，搅拌桨包括圆盘(1)、偶数个均布在圆盘外缘下侧的下斜叶片(2)、偶数个均布在圆盘外缘上侧的上斜叶片(3)和轮毂(4)、上斜叶片(3)与下斜叶片(2)对称地连接于圆盘(1)的上下两面，并呈30～65度的夹角，其夹角的方向与搅拌旋转方向一致；所述的斜叶片呈L型，斜叶片外缘(5)和内缘(6)上设置有锯齿，所述的叶片外缘(5)与相邻的边呈直角，叶片外缘(5)与内缘(6)呈5～15度的夹角。
所述的一种气液分散型搅拌桨，所述的上、下斜叶片数量相等，且各为4～8中的偶数个。
所述的一种气液分散型搅拌桨，搅拌桨圆盘(1)的设置方式选用分体设置或连体设置，轮毂(4)内侧设置有键槽。
对于小尺寸的搅拌桨，圆盘的设置方式可以为连体设置。而对于大尺寸的搅拌桨，圆盘的设置方式可以为分体设置，这时圆盘由两个对称的半圆盘组成，通过轮毂外侧的螺栓相互固定，为了有效固定搅拌桨至搅拌轴上，在轮毂内侧设置有键槽。
本发明的有益效果：搅拌桨属径流剪切桨，由于圆盘上下的斜叶片之间呈一定角度的夹角，适合大气量在液体中的分散，提高了液体的流动性。由于上下两叶片的内缘形成一夹缝，并且夹缝的开度随搅拌桨半径增加而增加，可供一部分流体通过，避免了在叶片背面形成气穴，同时减少了搅拌功率的消耗。在搅拌桨的斜叶片内缘和外缘设有锯齿，增加了边界的接触面，提高了流体剪切力，提高了气-液分散能力和对高粘度假塑性流体的剪切稀释作用，为高粘度的好氧发酵体系提供了有效的气-液传质保证，节省了高粘度流体搅拌过程的功率消耗，利用搅拌桨吐出场的压力变化及低动力叶轮的扬力使流体集中，产生了强大的剪断破坏作用。本发明的搅拌桨为高粘度流体体系下的气-液分散，液-液分散提供了良好的搅拌保证，具有搅拌效果好、效率高、能耗省、结构简单的优点。本发明仅对搅拌桨进行改进，对于传统发酵设备的改造经济可行，可以在不增加功率消耗的条件下增强高粘度好氧发酵体系的气-液传质效率。最后，可以根据设备的规模选择连体式或分体式，具有拆装方便的优点。
由于在搅拌桨的斜叶片内缘和外缘设置有锯齿，增加了边界的接解面，而斜叶片内缘与外缘之间设置一角度，使上、下叶片之间的间隙随着半径增加而增加，一方面避免了在斜叶片背后形成气穴，同时又减少了搅拌桨的功率消耗。
附图说明
图1搅拌桨总体结构示意图。1、圆盘；2、下叶片；3、上叶片；4、轮毂。
图2搅拌桨的叶片示意图。5、外缘锯齿；6、内缘锯齿。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种针对高粘度发酵过程的气-液分散型搅拌桨，本实施例以连体式的搅拌桨作说明。如图1和图2所示，搅拌桨包括圆盘(1)、轮毂(4)、6个均布在圆盘外缘上侧的上斜叶片(3)和6个均布在圆盘外缘下侧的下斜叶片(2)，所述的上斜叶片(3)和下斜叶片(2)的外缘(5)和内缘(6)上分别设置有10个和7个锯齿，所述的叶片(图2)外缘(5)与相邻的边呈直角，叶片内缘(6)与外缘(5)的夹角为10度。上叶片与下叶片的夹角为45度，其夹角的方向与搅拌旋转方向一致。搅拌桨圆盘(1)的设置方式为连体设置，轮毂(4)内侧设置有键槽。

Claims (3)

1、一种气液分散型搅拌桨，包括搅拌轴、以及与搅拌轴连接的搅拌桨，其特征是：搅拌桨包括圆盘(1)、偶数个均布在圆盘外缘下侧的下斜叶片(2)、偶数个均布在圆盘外缘上侧的上斜叶片(3)和轮毂(4)、上斜叶片(3)与下斜叶片(2)对称地连接于圆盘(1)的上下两面，并呈30～65度的夹角，其夹角的方向与搅拌旋转方向一致；所述的斜叶片呈L型，斜叶片外缘(5)和内缘(6)上设置有锯齿，所述的叶片外缘(5)与相邻的边呈直角，叶片外缘(5)与内缘(6)呈5～15度的夹角。
2、根据权利要求1所述的一种气液分散型搅拌桨，其特征是：所述的上、下斜叶片数量相等，且各为4～8中的偶数个。
3、根据权利要求1或2所述的一种气液分散型搅拌桨，其特征是：搅拌桨圆盘(1)的设置方式选用分体设置或连体设置，轮毂(4)内侧设置有键槽。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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