CN205252977U - 一种自动控制通气量的通气搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自动控制通气量的通气搅拌装置，它包括釜体，通气结构、控制结构和搅拌结构；搅拌结构包括搅拌轴、给搅拌轴动力的搅拌轴动力输入结构和设置在搅拌轴上，且位于釜体内的多个搅拌桨叶；通气结构包括多条独立的通气线路，一个进气室、一端与该进气室连通的通气管道和与该通气管道另一端连通的通气支管形成一条通气线路；每条通气线路上设有电磁阀控制进气量；控制结构包括多个控制器，每个搅拌桨叶上固定一个溶氧仪的探头，控制器根据接受的氧气浓度信号控制对应电磁阀的通断。该装置能够有效地控制放大反应釜中，气体传递不均一性、能耗大、气体资源浪费，成本高，产品品质差，生产效率低的难题。

Description

一种自动控制通气量的通气搅拌装置

技术领域

本实用新型涉及一种搅拌装置，具体涉及一种通气搅拌装置，特别涉及一种自动控制通气量的通气搅拌装置。

背景技术

在化工、食品、医药等技术领域中，如高密度发酵、有氧参与的酶催化反应、有氧参与的化学反应等，常常需要考虑物料的混合的均一性和气体的溶解效率。而产品质量和成本与反应过程密不可分，反应的快慢和物料转化的程度直接受到搅拌作用的物料流动和混合效果的影响。在反应器中大范围内进行体积循环的宏观流程和局部小涡流的动态变化为特征的微观流场的直接影响，对于有气体参与的过程中，气体的导入方式对搅拌操作和物料-化学过程也有重大的影响。在现有的技术中，气体沿着固定的管道通入容器的底部或上部，再以气泡上升穿过液体物料，气体分布的均匀性、气泡的大小和气体对容器底部物料的搅拌作用均难以控制。

中国实用新型专利ZL92225889.9公开了一种通气搅拌装置，由安装于机架上并由传动机构驱动的搅拌轴，搅拌桨叶上装有开若干小孔的通气支管，通过毂体上的气孔与搅拌轴的气体通道连通，进气帽，轴封件等组成。气体通入进气帽后，经过搅拌轴上的气体通道和搅拌桨上的通气支管小孔进入液体物料，保证通入气体的均匀性，减少逸出液面的气体量，提高气—液混合效果。本实用新型特别适用于含有悬浮固体颗粒的液体物料的通气搅拌设备中。该方案仅仅一路通气，气泡聚并机会多，气体在反应釜中上下难以均匀分布，气体浪费严重，尤其对于柱式大型反应釜，单层搅拌桨叶不能满足放大生产的需求。

中国实用新型专利申请201410298843.4公开了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，该装置能改善反应釜内的传质和混合效果，使气泡在釜内部分布更加均匀，聚并机会减少，避免气泡的短路和形成“空穴现象”。但该装置仅一路通气，气流由上至下依次减弱，导致越是靠近反应釜底部越是供气量不足，无法满足反应釜底部对氧气需求，以至于反应釜上部氧气过剩、气体浪费或是反应过度氧化导致副产物产生，而反应釜下部却因气流不足而氧化不够充分，不能实现通气量的精确控制。

中国实用新型专利申请2012102502709公开了一种通气发酵罐，包括罐体(1)及与所述的罐体连接的供气系统和温度调节系统，所述的罐体上具有迷宫式排气通道(2)，所述的供气系统包括空气压缩机(3)，所述的空气压缩机通过总闸(4)连接螺旋形供气主管(5)，所述的供气主管通过一组电磁阀(6)连接供气支管(7)，所述的供气支管通入所述的罐体中，所述的供气支管上具有一组排气孔(8)，所述的罐体中间具有一组溶解氧率测定仪(9)，所述的总闸、电磁阀和所述的溶解氧率测定仪都与控制器(10)连接。本实用新型用于发酵反应。该实用新型提供一种通气发酵罐。现有的发酵罐对粘性较高的发酵液传质能力低，设备运行时工况操作的调节手段狭窄，不易控制等，对于耗氧量较大的生物不适宜。该实用新型的目的是针对上述存在的问题提供一种通气发酵罐，能够有效解决粘性较高的物质的氧传递不均的问题，并且输氧量容易调控。但该反应釜无搅拌桨，不能充分使氧气均匀分布，尤其是对于柱式大型反应釜，整体效果差，同样没有实现对上产放大反应釜内整体物料的有效混合和通气量的精确控制。

因此，目前已公开的通气搅拌反应装置仍难以满足氧化反应放大生产中，对于通气量的精确控制，从而导致对生产成本、能耗、气体资源、以及产品品质和生产效率的影响。对于生物香料的制备而言，大量通气鼓泡气流会带走相当大的易挥发香原料产品，直至产品收率减少，同时也会对周围环境造成影响。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是一种气体传递均匀性好，氧气控制精度高的自动控制通气量的搅拌装置，能够有效地控制放大反应釜中，气体传递不均一性、能耗大、气体资源浪费，成本高，产品品质差，生产效率低的难题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种自动控制通气量的通气搅拌装置，包括釜体，包括通气结构、控制结构和搅拌结构；

所述搅拌结构包括搅拌轴、搅拌轴动力输入结构和设置在搅拌轴上的多个搅拌桨叶；所述搅拌轴分成上半部和下半部，其中搅拌轴的下半部位于釜体内，多个搅拌桨叶设置在搅拌轴的下半部位，且多个搅拌桨叶沿搅拌轴轴向分布，搅拌轴动力输入结构与搅拌轴上半部端部连接，带动搅拌轴转动；

所述通气结构包括固定在釜体上方的气室帽、多个通气管道、多个通气支管和储气罐；

所述搅拌轴的上半部位于气室帽内，搅拌轴的上半部与气室帽内壁形成一个密封腔体，搅拌轴的上半部上套设有多个轴密封圈，多个轴密封圈将所述密封腔体分成相互独立的多个进气室；

每个进气室都具有一个进气口，每个进气口分别通过一根进气管与储气罐连通，在每根进气管上设有控制其通气或停止通气的电磁阀；

所述通气支管上具有多个出气孔，每个搅拌桨叶的上表面和下表面均固定有通气支管；

所述多个通气管道分别固定在搅拌轴的外表面上，通气管道的数量与进气室的数量相等，且通气管道与进气室一一对应，每个通气管道的一端对应地与一个进气室连通，另一端对应的与一个搅拌桨叶上的通气支管连通；

所述控制结构包括多个控制器和多个溶氧仪，控制器的数量与溶氧仪的数量相等，且一一对应，每个控制器一一对应的控制一个电磁阀；

每个搅拌桨叶上固定一个溶氧仪的探头，每个溶氧仪的信号输出端与对应的控制器的输入端连接，控制器的信号输出端与对应的电磁阀连接，并根据接受的氧气浓度信号控制对应的电磁阀的通断。

作为优化，所述多个控制器集成在一个控制柜中。

作为优化，所述每个溶氧仪与其对应的探头之间的数据线设置在相应的通气管道内，且该数据线在通气管道与对应的进气室的连接处采用电刷连接。

作为优化，还包括位于釜体底部的轴底支架，所述搅拌轴的底部与轴底支架的顶部转动连接。

相对于现有技术，本实用新型具有如下优点：

1、在每个搅拌桨叶上都安装了溶氧仪探头，可以根据釜体内相应位置氧浓度的高低，随时调节各个进气管上电磁阀的开闭，控制供气量，利于精细化控制局部位点溶解氧浓度，确保反应体系中溶解氧浓度的均一性，有利于有氧反应的平稳顺利进行。避免过多气体的浪费，节约能源；以及由于过度通气对空气过滤器的损耗及由此带来的杂菌污染。

2、本实用新型中一个进气室、一端与该进气室连通的通气管道和与该通气管道另一端连通的通气支管形成一条通气线路，气体最后从通气支管的出气孔中射出，从而使气泡在釜体内分布更加均匀，聚并机会减少，避免气泡的短路和形成“空现象”。另外气动电磁阀的精确控制，保证通入气体的均匀性，减少逸出液面的气体量，提高气-液混合效果。本实用新型的装置特别适用于含有固-液-气三相混合的物料通气搅拌设备中。

3、由于通气支管固定搅拌桨叶的上表面和下表面，从而相邻搅拌桨叶通气支管上出气孔射出的气体相向喷射，加上搅拌桨叶的轴相混合，大大增强了搅拌效果，加强了气液传质能力，提高了料液气含率，可以在较低的搅拌速度和低的通气量下实现好的通气效果和高的气含率。从而降级能耗，节约成本。同时减少因过度通气引发空气过滤系统的损耗所致杂菌污染的难题。提高反应的成功率。而且本装置流场控制力强，混合能力好，传质效率高，氧传递效率高，混合均匀，性能好，有利于原料的利用和釜体内气液分散及传质效果。

4、本实用新型操作方便，自动化程度高，可控性能力强，不仅能满足常规反应要求，更加能适合于精细化控制反应要求高的环境。

附图说明

图1为本实用新型通气搅拌装置的上半部分的结构示意图。

图2为本实用新型通气搅拌装置的下半部分的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型作进一步详细说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1和图2，一种自动控制通气量的通气搅拌装置，包括釜体27，通气结构、控制结构和搅拌结构。

所述搅拌结构包括搅拌轴11、搅拌轴动力输入结构和设置在搅拌轴上的多个搅拌桨叶15；所述搅拌轴11分成上半部和下半部，其中搅拌轴的下半部位于釜体27内，多个搅拌桨叶15设置在搅拌轴的下半部位，且多个搅拌桨叶15沿搅拌轴11轴向分布，搅拌轴动力输入结构与搅拌轴11上半部端部连接，带动搅拌轴转动；搅拌轴11的下半部可以由多段组成，各段之间通过联轴器13连接，搅拌轴动力输入结构，可以是电动机，搅拌桨叶15可以通过桨叶连接器20设置在搅拌轴11上。多个搅拌桨叶15可以是3个，如图2所示。

还包括位于釜体27底部的轴底支架21，所述搅拌轴11的底部与轴底支架21的顶部转动连接，增强搅拌轴的稳定性能，同时如果需要，也可用于通气系统在搅拌轴底端的安装使用。

所述通气结构包括固定在釜体27上方的气室帽28、多个通气管道6、多个通气支管16和储气罐23；储气罐23内储蓄的气体是经过空气压缩机压入的气体，因此具有压力较大。

所述搅拌轴的上半部位于气室帽28内，搅拌轴的上半部与气室帽28内壁形成一个密封腔体，搅拌轴的上半部上套设有多个轴密封圈1，多个轴密封圈1将所述密封腔体分成相互独立的多个进气室7。轴密封圈1可以是四个，从而形成三个进气室，如图1所示。

每个进气室7都具有一个进气口26，每个进气口26分别通过一根进气管24与储气罐23连通，在每根进气管24上设有控制其通气或停止通气的电磁阀25。

所述通气支管16上具有多个出气孔17，每个搅拌桨叶15的上表面和下表面均固定有通气支管16。随着搅拌轴的转动，其带动搅拌桨叶转动，气体从通气支管上的出气孔中喷射而出，由于通气支管固定在搅拌桨叶的表面，因此在搅拌桨叶的上下面上分别相向喷射流使气体分散成微小气泡，均匀分散在物料中。

所述多个通气管道6分别固定在搅拌轴11的外表面上，通气管道6的数量与进气室7的数量相等，且通气管道6与进气室7一一对应，每个通气管道6的一端对应地与一个进气室7连通，另一端对应的与一个搅拌桨叶15上的通气支管16连通；即进气室7、通气管道6和搅拌叶15的数量相等，且一一对应。

具体实施时，可以是如下结构：每个搅拌叶15的上表面固定一根通气支管16，下表面固定也一根通气支管16，每根通气管道6的一端对应地与一个进气室连通，另一端对应的与固定在一个搅拌叶15上的两根通气支管16连通。

通气线路中的通气量受到气动电磁阀25开闭频率的精确控制，而每个溶氧仪的信号输出端与对应的控制器的输入端连接，控制器的信号输出端与对应的电磁阀25连接，并根据接受的氧气浓度控制对应的电磁阀25的通断形成回路。

所述控制结构包括多个控制器和多个溶氧仪，控制器的数量与溶氧仪的数量相等，且一一对应，每个控制器一一对应的控制一个电磁阀25；每个搅拌桨叶15上固定一个溶氧仪的探头19，每个溶氧仪的信号输出端与对应的控制器的输入端连接，控制器的信号输出端与对应的电磁阀25连接，并根据接受的氧气浓度控制对应的电磁阀25的通断。

为了方便安装。所述多个控制器集成在一个控制柜22中。

采用多条独立的通气线路，且每条通气线路通过设置在进气管24上的电磁阀25，具有如下有益效果：

1、这种方式实现通气量的控制，确保通气均匀性分布，使得反应体系局部氧浓度的一致性。有利于反应平稳数量进行，底物转化彻底，同时避免氧化过头的副反应。

2、随着通气支管的转动，小气泡均匀分布，减少了小气泡合并为大气泡的现象，因而减少逸出液面的气体量，降低能耗；同时避免由于过度通气对空气过滤器的损耗及由此带来的杂菌污染。避免通气短路现象，气含量分层现象严重。避免因搅拌系统设计不合理引起工业生产罐混和不均匀的严重问题。

3、这种方式避免已有技术中，因压力不同，气体分布不均，气泡不能均一分布，上面气压高，气体快速逸出液面，而不得不依靠提高转速，增加溶解氧效率的浪费能耗的传统工艺，即使如此，对高耗氧的反应也难以单纯通过提高转速来满足高耗氧浓度的需求，影响反应的数量进行。避免出现反应高耗氧时的供氧不足的难题。

4、这种方式使得搅拌局部有强烈的微观液流，提高气-液混合效果。提高反应体系溶解氧浓度，保持液体中高的气含率。同时提高体系中氧气的传递效率。

所述每个溶氧仪与其对应的探头19之间的数据线3设置在相应的通气管道6内，且该数据线3在通气管道6与对应的进气室7的连接处采用电刷2连接。这主要是因为搅拌轴在转动的过程中，固定在搅拌轴上的通气管道6也会随着一起转动，为了防止位于通气管道6内的溶氧仪与其对应的探头之间的数据线被缠绕搅断，所以将数据线在通气管道6的上端口(即通气管道6与对应的进气室7的连通处)采用电刷进行连接。

随着搅拌桨叶的转动，溶氧仪的探头19实时测定其所在区域的氧气浓度信号，该氧气浓度信号经过数据线，经电刷传送到对应的控制器中，控制器通过反应体系所需氧气浓度的高低，控制对应电磁阀的开闭，从而精确控制气体通气量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种自动控制通气量的通气搅拌装置，包括釜体(27)，其特征在于：包括通气结构、控制结构和搅拌结构；

所述搅拌结构包括搅拌轴(11)、搅拌轴动力输入结构和设置在搅拌轴上的多个搅拌桨叶(15)；所述搅拌轴(11)分成上半部和下半部，其中搅拌轴的下半部位于釜体(27)内，多个搅拌桨叶(15)设置在搅拌轴的下半部位，且多个搅拌桨叶(15)沿搅拌轴(11)轴向分布，搅拌轴动力输入结构与搅拌轴(11)上半部端部连接，带动搅拌轴转动；

所述通气结构包括固定在釜体(27)上方的气室帽(28)、多个通气管道(6)、多个通气支管(16)和储气罐(23)；

所述搅拌轴的上半部位于气室帽(28)内，搅拌轴的上半部与气室帽(28)内壁形成一个密封腔体，搅拌轴的上半部上套设有多个轴密封圈(1)，多个轴密封圈(1)将所述密封腔体分成相互独立的多个进气室(7)；

每个进气室(7)都具有一个进气口(26)，每个进气口(26)分别通过一根进气管(24)与储气罐(23)连通，在每根进气管(24)上设有控制其通气或停止通气的电磁阀(25)；

所述通气支管(16)上具有多个出气孔(17)，每个搅拌桨叶(15)的上表面和下表面均固定有通气支管(16)；

所述多个通气管道(6)分别固定在搅拌轴(11)的外表面上，通气管道(6)的数量与进气室(7)的数量相等，且通气管道(6)与进气室(7)一一对应，每个通气管道(6)的一端对应地与一个进气室(7)连通，另一端对应的与一个搅拌桨叶(15)上的通气支管(16)连通；

所述控制结构包括多个控制器和多个溶氧仪，控制器的数量与溶氧仪的数量相等，且一一对应，每个控制器一一对应的控制一个电磁阀(25)；

每个搅拌桨叶(15)上固定一个溶氧仪的探头(19)，每个溶氧仪的信号输出端与对应的控制器的输入端连接，控制器的信号输出端与对应的电磁阀(25)连接，并根据接受的氧气浓度信号控制对应的电磁阀(25)的通断。

2.如权利要求1所述的自动控制通气量的通气搅拌装置，其特征在于：所述多个控制器集成在一个控制柜(22)中。

3.如权利要求1或2所述的自动控制通气量的通气搅拌装置，其特征在于：所述每个溶氧仪与其对应的探头(19)之间的数据线(3)设置在相应的通气管道(6)内，且该数据线(3)在通气管道(6)与对应的进气室(7)的连接处采用电刷(2)连接。

4.如权利要求3所述的自动控制通气量的通气搅拌装置，其特征在于：还包括位于釜体(27)底部的轴底支架(21)，所述搅拌轴(11)的底部与轴底支架(21)的顶部转动连接。