CN104073430A - 一种高粘发酵体系的通气搅拌装置 - Google Patents

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谢明辉
邹晨
周强
黄志坚
王洪群
周国忠
虞培清
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    • C12M27/04—Stirrer or mobile mixing elements with introduction of gas through the stirrer or mixing element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers

Abstract

一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，包括位于减速机顶部的旋转接头、减速机和用于驱动的电机、搅拌轴和多层搅拌器等，气体从旋转接头入口，经由中空的减速机轴、中空的搅拌轴直至多层搅拌器，最后从搅拌器的主桨叶的斜面上的小孔中射流而出，本装置能改善反应釜内的传质和混合效果，使气泡在釜内分布更加均匀，聚并机会减小，避免气泡的短路和形成“空穴现象”。

Description

一种高粘发酵体系的通气搅拌装置
技术领域
本发明涉及一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，该装置特别适用于黄原胶、结冷胶等好氧微生物多糖的发酵生产。
背景技术
生物发酵的产品，有些品种如黄原胶、结冷胶等，发酵过程中粘度会逐渐增加，在中后期粘度很高，并且发酵溶液是典型的假塑性流体，具有剪切稀化的性质。现有的多糖发酵的通气搅拌方式是采用底部分布器通入空气，搅拌器分散气体。但是对于剪切稀化的高粘流体，搅拌器采用小直径桨叶(如圆盘涡轮桨)的话，在桨叶附近形成高剪切区域，导致相对较低的粘度，而在远离桨叶区域，剪切率较低粘度则相对较高。搅拌槽内这种非牛顿流体会形成粘度梯度。当通入气体后，气体会吸入到桨叶附近，气体在桨叶附近分散，而很难在全槽分散均匀。更有甚者，气体被吸入桨叶后方形成气穴后，由于气泡上升速度较小且外部粘度较高，容易形成“空穴现象”，这种现象会大大地降低反应器的传质和混合能力。而当采用大直径桨叶(如锚框式)，混合性能较好，但是转速低，气体的分散能力很差，传质很低。况且底部通气，发酵液中添加的固体物料，很容易造成局部通气口堵塞，导致出气不均匀，以及容易出现染菌的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是开发一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，能改善反应釜内的传质和混合效果，使气泡在釜内分布更加均匀，聚并机会减小，避免气泡的短路和形成“空穴现象”。
为了解决上述技术问题，所开发的一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，包括位于减速机顶部的旋转接头、减速机和用于驱动的电机、连接减速机轴和下部搅拌轴的联轴器、用于定位安装减速机的机架、轴穿过釜口处的轴封、位于釜口的安装底盖、中心搅拌轴、用于多段轴连接的轴法兰和轴上的多层搅拌器以及釜体。其中搅拌器包括主桨和副桨，主桨是中空的管状斜桨，桨叶上下斜面上开小孔，主桨中空管状斜桨的中心面与水平面夹角在15～75°为宜，并且桨叶上下斜面上开小孔的孔径在0.1mm～5mm较佳。副桨由一对叶片组成，运转时转动方向前端开口大，尾端开口小，两个叶片中心面与水平面夹角为15～45°。旋转接头入口通过减速机的空心轴经由联轴器和空心的搅拌轴以及轴法兰一直贯通到搅拌器的主桨中空部位。工作时，气体从旋转接头入口导入，经由减速机的空心轴、联轴器和空心的搅拌轴以及轴法兰到达搅拌器位置，最后从搅拌器的主桨叶的斜面上的小孔中射流而出，气体被分散成很小的气泡。随着桨叶的旋转，气泡分散在反应釜内，并且在主桨叶的斜上方与斜下方喷射出来的气体，会形成旋转射流，斜上方喷出的气体与流体的方向相同，增强了轴向循环，而斜下方喷出的气体与流体方向相反，两股流体相撞，增强了气液传质，主桨为上翻操作，副桨为下压操作。多层搅拌器从上往下的投影所形成的投影图中，桨叶之间夹角在30～45°为最优，这样能够形成比较好的轴向混合。搅拌器可以是2～4叶。
本发明的有益效果在于气泡在釜内分布更加均匀，聚并机会较小，避免了气泡的短路和形成“空穴现象”，增强了搅拌效果，加强了气液传质能力。由于去掉了底部的通气管路，也避免了底部通气的容易堵以及容易染菌问题。搅拌器的副桨能够形成涡流，提高了搅拌槽内的剪切速率，且能够加强槽内流体的湍动。同时这种多层桨的组合能够形成比较好的轴向混合，有利于反应釜内的传热、物料的混合以及高浓度溶解氧区和低溶解氧的交换。
作为本发明的进一步改进，在电机下部设有支撑件。
作为本发明的进一步改进，在所述搅拌轴下端设有底轴承。
附图说明
图1是一种高粘发酵体系的通气搅拌装置结构示意图。
图2是图1中搅拌器的放大示意图。
图3是轴向俯视搅拌器时多层搅拌器的投影示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种实施方式做以下说明。
图1是一种高粘发酵体系的通气搅拌装置结构示意图，作为搅拌容器的釜体12釜口上配装安装底盖8，其上依此安装有机架5、减速机2和旋转接头1。旋转接头1设计有气体入口并通往中空的减速机轴。减速机2配装驱动电机3。通过釜口伸入釜内的搅拌轴9由轴封6实现密封。搅拌轴9上端通过联轴器4与减速机轴中通式联接。根据安装设计需要，搅拌轴9可采用多段设计并由轴法兰10实现中通式联接，本实施例是2段轴设计。搅拌轴9上可以依据设计需要安装多层搅拌器11，本实施例安装有四层搅拌器11。搅拌器11包括主桨111、副桨112、接板113和轮毂114。主桨111是中空管状斜桨，桨叶上下斜面上开小孔，中空管状斜桨的中心面与水平面的夹角为45°，桨叶上下斜面上开小孔的孔径为0.3mm。副桨112由一对叶片组成，运转时转动方向的前端开口大，尾端开口小，两个叶片中心面与水平面夹角α为35°。接板113用于衔接主桨111和副桨112，他们分别焊接在接板113两侧，同时对主桨111的中空管状端头密封。轮毂114不仅负责把焊接在其上的主桨111安装到搅拌轴9上，同时设计了通道使得搅拌轴9的中空部分与主桨111的中空部分贯通。本实施例为四层搅拌器从上往下的投影所形成的投影图中，桨叶之间夹角β为45°，搅拌器为2叶。
为了稳固电机3，在其下部设有支撑件7。
为了稳定搅拌轴9，在其下端设有底轴承13。

Claims (6)

1.一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，包括位于减速机顶部的旋转接头、减速机和用于驱动的电机、连接减速机轴和下部搅拌轴的联轴器、用于定位安装减速机的机架、轴穿过釜口处的轴封、位于釜口的安装底盖、中心搅拌轴、用于多段轴连接的轴法兰和轴上的多层搅拌器以及附体，其特征在于搅拌器包括主桨和副桨，主桨是中空的管状斜桨，桨叶上下斜面上开小孔，而旋转接头入口通过减速机的空心轴经由联轴器和空心的搅拌轴以及轴法兰一直贯通到主桨中空部位。
2.根据权利要求1所述一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，其特征在于在所述电机下部设有支撑件。
3.根据权利要求1所述一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，其特征在于在所述搅拌轴下端设有底轴承。
4.根据权利要求1所述一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，其特征在于所述搅拌器的副桨由一对叶片组成，运转时转动方向的前端开口大，尾端开口小，两个叶片中心面与水平面夹角为15～45°。
5.根据权利要求4所述一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，其特征在于所述搅拌器的主桨中空管状斜桨的中心面与水平面的夹角为15～75°，并且桨叶上下斜面上开小孔的孔径为0.1mm～5mm。
6.根据权利要求1所述一种高粘发酵体系的通气搅拌装置，其特征在于多层搅拌器从上往下的投影所形成的投影图中，桨叶之间夹角在30～45°为宜，搅拌器可以是2～4叶。
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