[發明專利]大型發酵罐攪拌裝置及攪拌方法

有效

• 申請號: 201610219906.1
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN105695305B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 吳文宇;張勇
• 申請（專利權）人: 吳文宇;張勇
• 主分類號: C12M1/04
• 分類號: C12M1/04;C12M1/02
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 楊秉利

本發明提供一種大型發酵罐攪拌裝置及攪拌方法，包括：罐體、罐體內的攪拌裝置及控制系統，其特點是：攪拌裝置包括中心軸和葉片軸，中心軸豎向設置在罐體內的中間，中心軸上設置回轉盤，中心軸由中心軸動驅動電機驅動并帶動所述回轉盤轉動，回轉盤上至少設置兩根葉片軸，葉片軸上設置攪拌葉片，葉片軸由葉片軸驅動電機驅動，使所述葉片軸在隨所述回轉盤公轉的同時也在自轉。控制系統通控制中心軸動驅動電機和葉片軸驅動電機的聯動、轉速及葉片軸轉動方向，實現葉片軸的自轉與公轉，由葉片軸上的葉片對罐體內的物料進行攪拌。既能使發酵液能夠得到充分攪拌，提高發酵質量，又能降低攪拌能耗、降低罐體底部過濾空氣輸入電力消耗。

技術領域

本發明涉及一種攪拌裝置及攪拌方法，主要用于制藥、食品以及檸檬酸生產，屬于化工設備技術領域，具體說是一種大型發酵罐攪拌裝置及攪拌方法。

背景技術

大型發酵罐設備是制藥、食品以及檸檬酸等生產企業發酵生產工藝所配備的專用裝備，大型發酵罐是一種立式安裝的圓筒形容器，直徑可達到6米以上，高度至8米左右。發酵罐的罐體頂端設計有進料口、罐體側壁設計有冷卻管，罐體內部設置有攪拌器，罐體底部設置有過濾空氣進氣口。在發酵過程中，通過大型泵機將已經過濾的新鮮空氣源源不斷地輸入發酵罐中，攪拌器持續不斷地攪拌發酵液，使發酵液中的各類物質充分混合，罐體各處的發酵液溫度與濃度統一；將發酵罐的罐底部泵機輸入的新鮮空氣分散成小氣泡，增加氣、液接觸面積；強化發酵液的湍流程度，降低氣泡周圍的液膜厚度和湍流中的流體的阻力，從而提高氧的轉移速率；減少菌絲結團，降低細胞壁周圍的液膜阻力，有利于菌體對氧的吸收，同時，可盡快排除細胞代謝產生的“廢氣”和“廢物”，有利于細胞的代謝活動。因此，攪拌裝置對發酵生產起著舉足輕重的作用。

目前，大型發酵罐的攪拌裝置是通過安裝在罐體頂部的電機帶動一根自罐底至頂部的攪拌軸，在攪拌軸的不同高度上布置有若干組葉片，屬于單軸攪拌方式。由于大型發酵罐罐體直徑大，葉片回轉直徑越大，則攪拌范圍越大，對于發酵工藝有利，但是，由于攪拌阻力與葉片線速度平方成正比，隨著葉片回轉半徑增大，攪拌阻力必然急劇加大，能耗也急劇加大，而且攪拌均勻性也受影響。因此，葉片回轉半徑只能局限在一定范圍內選取，實際上，也就使罐體直徑只能局限在一定范圍內選取，所以，目前看到的傳統罐體形狀大致呈現“瘦高”型。因此，在一定罐體容積的條件下，盡管相對減小罐體直徑，增大罐體高度可以降低攪拌阻力，但是，由于罐體底部壓強與罐體高度呈正比例關系，罐體高度增加則罐體底部壓強增大，最終使要求的罐體底部過濾空氣輸入泵機功率成正比例增加。對于傳統的大型發酵罐裝備，罐體底部過濾空氣輸入電機功率占發酵過程電力消耗的60%以上，是發酵過程電力消耗的最大因素，而攪拌動力約占總電力消耗30%左右。通常，一個直徑6米、高8米的大型發酵罐設備，過濾空氣泵機與頂部攪拌器電機功率之和達數百千瓦。

隨著生化技術的持續發展以及對生化產品需求量不斷增加，對發酵罐的大型化、節能與高效提出了越來越高的要求，目前，國際上最大標準式發酵罐容積已達380立方米。但是，迄今為止，對大型攪拌罐節能降耗研究之側重點，均基于以單軸攪拌為前提條件所開展的對于高效率電機、高效節能攪拌葉片的研究與開發，但是，都未取得理想的效果。

因此，這是長期以來困擾本領域的技術難題，發酵罐的大型化與節能這對矛盾至今也未得到很好地解決。

如何設計一種大型發酵罐攪拌裝置及攪拌方法，既能使發酵液能夠得到充分攪拌，提高發酵質量，又能降低攪拌能耗、降低罐體底部過濾空氣輸入電力消耗，這是目前本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明為現有技術存在的上述問題，提供一種大型發酵罐攪拌裝置及攪拌方法，既能使發酵液能夠得到充分攪拌，提高發酵質量，又能降低攪拌能耗、降低罐體底部過濾空氣輸入電力消耗。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：