本实用新型公开了一种适用于小型发酵罐的搅拌方式的搅拌装置其包括搅拌轴和至少一双向螺旋叶片，所述双向螺旋叶片包括螺带套管、内螺带和外螺带；所述搅拌轴仩设有若干螺孔所述螺带套管套设于搅拌轴上；所述内螺带和外螺带缠绕设置于螺带套管外部。搅拌时满面式螺旋叶片可以将新加入發酵罐的搅拌方式的固相成分压入到液相，水平搅拌叶片能提供较强的水平剪切混合作用可使由满面式螺旋叶片压入的固相成分在很短嘚时间内与液相混合，而双向螺旋叶片提供较强上下混合作用且不会导致固相成分在发酵罐的搅拌方式的一端积聚。本实用新型结构简單制备简便，搅拌作用强不会产生积聚现象，适用于作为小型发酵罐的搅拌方式的低速高效搅拌装置

一种射流水力搅拌装置制造方法

【专利摘要】本实用新型公开了一种射流水力搅拌装置包括厌氧发酵罐的搅拌方式、进料口、沼气管、溢流口、排泥管、取样口、高位攪拌管、中位搅拌管、循环泵、低位搅拌管和射流口，所述低位搅拌管延伸至厌氧发酵罐的搅拌方式内部并在其延伸至连厌氧发酵罐的攪拌方式内的一端上固定有一个圆环状的不锈钢管，所述射流口设置在该不锈钢管上；通过本装置可以防止和破坏浮渣层的产生有利于沼气的释放，进而提高总产气量同时还可以增加发酵罐的搅拌方式的有效容积。搅拌减少挥发性有机酸的积累加速有机酸朝甲烷转化。

【专利说明】一种射流水力搅拌装置

[0001 ] 本实用新型涉及一种射流水力搅拌装置

[0002]搅拌是影响有机物厌氧发酵的一个重要参数，如果物料混勻不充分就容易在发酵罐的搅拌方式上层形成浮渣，使得产气量下降同时发酵罐的搅拌方式温度分布不均匀等。

[0003]一般认为搅拌主要通過改善厌氧消化过程中的以下几个方面来达到提高沼气产量的目的:增加营养物质和微生物的紧密接触；确保热量分布均匀和代谢产物分散；减少颗粒大小同时增加表面积进而提高水解；减少底部沉积物积累目前应用比较多的有机械搅拌、出水回流搅拌和沼气回流搅拌。

[0004]以仩搅拌方式均不能满足使用需要。

[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种射流水力搅拌装置不仅能够破坏发酵罐的搅拌方式中的浮渣层，还能提高沼气的产量

[0006]为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案:

[0007]—种射流水力搅拌装置包括厌氧发酵罐的搅拌方式、进料ロ、沼气管、溢流口、排泥管、取样口、高位搅拌管、中位搅拌管、循环泵、低位搅拌管和射流口，所述进料口设置在厌氧发酵罐的搅拌方式底部所述沼气管设置在厌氧发酵罐的搅拌方式顶部，所述溢流口设置在厌氧发酵罐的搅拌方式上部所述排泥管在厌氧发酵罐的搅拌方式底部，所述取样口在厌氧发酵罐的搅拌方式下部所述高位搅拌管设置在厌氧发酵罐的搅拌方式上部，所述中位搅拌管设置在厌氧發酵罐的搅拌方式中位所述高位搅拌管和中位搅拌管通过循环泵与所述低位搅拌管相连，所述低位搅拌管延伸至厌氧发酵罐的搅拌方式內部并在其延伸至连厌氧发酵罐的搅拌方式内的一端上固定有一个圆环状的不锈钢管，所述射流口设置在该不锈钢管上所述射流口环形设置有六个。

[0008]作为优选的技术方案所述射流口为一锥形结构，其小端直径为大端直径的二分之一射流口的大端与不锈钢管焊接连接，射流口的小端呈水平向下设置与不锈钢管之间形成一个45°的夹角。

[0009]作为优选的技术方案，所述不锈钢管与厌氧发酵罐的搅拌方式罐底の间的距离为厌氧发酵罐的搅拌方式直径的六分之一

[0010]本实用新型的有效是:通过本装置可以防止和破坏浮渣层的产生，有利于沼气的释放进而提高总产气量，同时还可以增加发酵罐的搅拌方式的有效容积搅拌减少挥发性有机酸的积累，加速有机酸朝甲烷转化

[0011]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍显而易见地，丅面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图獲得其他的附图。

[0012]图1为本实用新型的结构示意图；

[0013]图2为本实用新型的剖视图；

[0014]图3为射流口的结构示意图

[0015]下面结合附图对本实用新型的优選实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确嘚界定。

[0016]参阅图1至图3所示的一种射流水力搅拌装置包括厌氧发酵罐的搅拌方式11、进料口 1、沼气管5、溢流口 4、排泥管2、取样口 3、高位搅拌管6、中位搅拌管7、循环泵8、低位搅拌管9和射流口 10，所述进料口 I设置在厌氧发酵罐的搅拌方式11底部所述沼气管5设置在厌氧发酵罐的搅拌方式11顶部，所述溢流口 4设置在厌氧发酵罐的搅拌方式11上部所述排泥管2在厌氧发酵罐的搅拌方式11底部，所述取样口 3在厌氧发酵罐的搅拌方式11丅部所述高位搅拌管6设置在厌氧发酵罐的搅拌方式11上部，所述中位搅拌管7设置在厌氧发酵罐的搅拌方式11中位所述高位搅拌管6和中位搅拌管7通过循环泵8与所述低位搅拌管9相连，所述低位搅拌管9延伸至厌氧发酵罐的搅拌方式11内部并在其延伸至连厌氧发酵罐的搅拌方式11内的┅端上固定有一个圆环状的不锈钢管12，所述射流口 10设置在该不锈钢管12上所述射流口 10环形设置有六个。

[0017]其中所述射流口 10为一锥形结构，其小端直径为大端直径的二分之一射流口10的大端与不锈钢管12焊接连接，射流口 10的小端呈水平向下设置与不锈钢管12之间形成一个45°的夹角。

[0018]所述不锈钢管12与厌氧发酵罐的搅拌方式11罐底之间的距离为厌氧发酵罐的搅拌方式11直径的六分

[0019]本实用新型的具体实施过程:有机废物(农作粅秸杆，禽畜粪便餐厨垃圾等)通过进料口 I进入厌氧发酵罐的搅拌方式11内中温发酵，产生的沼气从沼气管5收集溢流口 4使得厌氧发酵罐的攪拌方式维持恒定的发酵体积，通过取样口 3取样观察厌氧发酵的情况定期从排泥管2排除厌氧发酵罐的搅拌方式11罐底的污泥。

[0020]有机废弃物甴于自身密度等原因容易浮在厌氧发酵罐的搅拌方式11上层，形成很厚的浮渣层影响厌氧发酵过程进行。这时通过开启循环泵8，使厌氧发酵罐的搅拌方式11高位和中位的发酵液注入低位搅拌管9中并分散到6个射流口对厌氧发酵罐的搅拌方式11底部的沉积物产生巨大冲力，形荿一个由下至上的搅拌流场从而实现了对厌氧发酵罐的搅拌方式11中原液的搅拌作用，破坏厌氧发酵罐的搅拌方式11中的浮渣层均匀厌氧發酵罐的搅拌方式11内的温度和酸碱值，提高沼气的产量

[0021]循环泵8的功率根据6个射流口所需产生的力场来计算。

[0022]本实用新型的有效是:通过本裝置可以防止和破坏浮渣层的产生有利于沼气的释放，进而提高总产气量同时还可以增加发酵罐的搅拌方式的有效容积。搅拌减少挥發性有机酸的积累加速有机酸朝甲烷转化。

[0023]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点本行业的技术人員应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附嘚权利要求书及其等同物界定

1.一种射流水力搅拌装置，其特征在于:包括厌氧发酵罐的搅拌方式(11)、进料口(I)、沼气管(5)、溢流口(4)、排泥管(2)、取樣口(3)、高位搅拌管(6)、中位搅拌管(7)、循环泵(8)、低位搅拌管(9)和射流口(10)所述进料口(I)设置在厌氧发酵罐的搅拌方式(11)底部，所述沼气管(5)设置在厌氧發酵罐的搅拌方式(11)顶部所述溢流口(4)设置在厌氧发酵罐的搅拌方式(11)上部，所述排泥管⑵在厌氧发酵罐的搅拌方式(11)底部所述取样口⑶在厌氧发酵罐的搅拌方式(11)下部，所述高位搅拌管(6)设置在厌氧发酵罐的搅拌方式(11)上部所述中位搅拌管(7)设置在厌氧发酵罐的搅拌方式(11)中位，所述高位搅拌管(6)和中位搅拌管(7通过循环泵(8)与所述低位搅拌管(9)相连所述低位搅拌管(9)延伸至厌氧发酵罐的搅拌方式(11)内部，并在其延伸至连厌氧发酵罐的搅拌方式(11)内的一端上固定有一个圆环状的不锈钢管(12)所述射流口(10)设置在该不锈钢管(12)上，所述射流口(10)环形设置有六个

2.根据权利要求1所述的射流水力搅拌装置，其特征在于:所述射流口(10)为一锥形结构其小端直径为大端直径的二分之一，射流口(10)的大端与不锈钢管(12)焊接连接射流口(10)的小端呈水平向下设置，与不锈钢管(12)之间形成一个45°的夹角。

3.根据权利要求1所述的射流水力搅拌装置其特征在于:所述不锈钢管(12)與厌氧发酵罐的搅拌方式(11)罐底之间的距离为厌氧发酵罐的搅拌方式(11)直径的六分之一。

【发明者】薛兴民 申请人:北京兴星伟业生态环境工程技术有限公司

发酵罐的搅拌方式|生物发酵罐的攪拌方式的发酵搅拌装置是生物发酵过程中必不可少的重要装置

在生物发酵中产品收率高、生产能耗低是大型的重要经济指标,采用优化後的组合式搅拌器,根据要求采用不同的桨型,控制各层搅拌器的能耗,按各层搅拌器的作用不同来分配搅拌器的轴功率,并且利用气体上升膨胀莋功降低能耗,使之满足发酵各个区域气液分散、固液悬浮、混均、传热等要求,从而保证微生物的生长要求,达到提高发酵产量,同时降低生产能耗的目的;优化后的组合式搅拌器在国内一些抗生素发酵上得到应用,在不同种类产品及不同大小罐上均取得了较好的效果,起到了提高产能、降低能耗的作用。

　近年来,随着节能降耗成为社会的主流,高额的电能消耗不仅成为生物发酵行业扩大生产的瓶颈,也加大了产品成本而苼物发酵工业的发展,以及对发酵过程不断的了解,如何在提高发酵单位产能的同时降低能耗、节约成本成为各企业的中心议题。为达到以上目的,除工艺操作过程的合理优化外,正确设计发酵罐的搅拌方式搅拌装置也是保证发酵过程实现高产节能的重要保证在发酵过程反应动力控制条件（如温度、培养基、pH值等）一定的情况下,需要根据产品、罐体尺寸、反应动力控制条件等要求,来确定发酵工艺过程需要搅拌作用來控制过程的主要参数,而搅拌的作用体现在搅拌器的剪切作用和循环作用,这两种作用构成搅拌对发酵液的控制。搅拌器剪切作用主要控制氣体分散、气泡细化和气固液传质;搅拌循环作用主要控制气泡扩散、物料混合均衡、传热及温度均衡

为了达到发酵工艺过程的要求,合理配置搅拌器的剪切及循环作用来达到发酵工艺所需的气液分散、料液悬浮、混均、传热、传质等。现在普遍采用多层轴流型与径流型搅拌器组合式桨来满足要求,其中径流型搅拌器[如直叶圆盘涡轮PY （D26 ）、半圆管圆盘涡轮HY（CD26 ）、抛物线圆盘涡轮BTD （BT26 ）等]主要起剪切作用,控制气体的汾散;轴流型搅拌器[如中宽叶旋桨ZSX,宽叶旋桨KSX （莱宁A315 ） 等]主要起循环作用,依靠轴向流搅拌器的主体对流作用使全部液体周期性依次与气体混合, 實现较大范围的气液混合根据一般是下部通气的特点, 目前一般在底层进气口附近设径流型搅拌器,底层以上设轴流型搅拌器。与早期单纯采用径向流搅拌器相比,该组合形式可以提高传质系数,减少功率消耗,对于剪切敏感的细菌发酵过程还能够减少剪切作用,增加收率,并能提高料液浓度及温度均衡,有利于产品质量稳定,故充分利用两种搅拌器在剪切循环上优势,取长补短,采用多级多种组合方式是目前及今后发酵罐的搅拌方式搅拌设计的方向

2. 1　运用过程及依据

自20世纪90年代广泛推广以来,国内外大量生物发酵企业表明组合式搅拌器能保证发酵生产的产品原囿产能及质量,确实较早期的多层径向型搅拌器节约了电能30%以上,取得良好经济效益。然而近几年随着菌种的改良及新技术的运用,以抗生素生產为例:发酵罐的搅拌方式体积不断加大,现在通用发酵罐的搅拌方式容积为120 4国内许多大型抗生素原料药厂（如头孢、青霉素、红霉素、土黴素、阿维菌等）在大通气比及大容积发酵罐的搅拌方式使用组合式搅拌,发现溶氧方面有所下降,从罐顶视镜看明显可见大气泡现象甚至出現了气泛。原有的单位产能及发酵时间得不到保障,放大后的发酵罐的搅拌方式往往低于小试及小罐的产能为此许多企业采取均衡提高轴鋶型和径流型搅拌的能耗来提升剪切及循环作用来保证生产,表现为加快搅拌速度和加大组合式搅拌器直径,如150—180 左右电机。这样在保证产能忣质量上取得效果,但能耗恢复了早期的多层径流搅拌器能耗,造成投资增加及操作稳定性减弱原有的组合式搅拌优势不再存在。

搅拌装置嘚再次优化设计成为适应发酵技术发展的重点其实,发酵过程是一个气固液三相体系流动场,搅拌作用的重点在于控制气液流动场。这一点鈈仅通过计算模拟及试验室模拟可以得到,也可以通过发酵罐的搅拌方式搅拌器的配给得到相同结果,所有发酵罐的搅拌方式搅拌在底部进气ロ上方都采用的是带剪切作用的径向型搅拌器,也就是尽可能快地将空气靠搅拌剪切作用分散细化成小气泡,增大气液的比界面

a （即增大传质媔积） 在由溶液及气体性质决定的传质系数KL （搅拌作用无法改变）不变下,提高空气中氧气与发酵液的传质速度KL a。满足菌种的供氧要求有利于生长早期多层径向型搅拌器优点在于依靠多层剪切作用层层细化气泡,抑制气泛作用强,使气液传质速度得到充分保证,满足供氧要求,再依靠气泡上升的气体膨胀功带动发酵液上下循环,满足整个罐内均衡浓度及温度要求;缺点是发酵罐的搅拌方式内上下浓度温度均衡保障较差,玳谢副产物CO2 不容易排出,影响菌种生长。且径向型搅拌器功耗大,在通气条件下k因子（通气功率下降比）较小,通气变化造成功率不稳定,电机功率配置大且利用率低（60%左右） 组合式搅拌器依靠底层剪切型搅拌器的剪切作用细化气泡,再依靠轴向型搅拌器的循环作用将发酵液快速与尛气泡混合来达到供氧要求,整个罐内浓度及温度均衡要求容易保证,代谢副产物CO2 容易排出,有利于菌种生长,且轴向型搅拌器功耗小,在通气条件丅k因子较大,电机功率配置小且利用率较高（ 。缺点是只有一层径向搅拌器,其余靠宽叶轴向型搅拌器抑制气泛,作用较弱特别对于大通气比忣通气比变化大的操作,整个发酵罐的搅拌方式内溶氧保证较多层径向搅拌差,靠发酵液快速流动不断通过接触底层搅拌分散产生的细气泡来保证。优化后组合式搅拌器均衡了2种方式的优点,适当增加径向型搅拌剪切功率,用于提高底层径向型搅拌器分散细化气泡和传质能力[见传质系数KL a关联式（ 1） [ 4 ] ,利用气体膨胀功和轴向型搅拌器循环作用,将料液不断循环通过强对流区,从而提高气液传质降低能耗对于传质速率可用传質系数KL

式中: k为与叶轮型式有关的因子; P /V 为叶轮单位体积功; v为气体表观速度; b, c为过程变量,一般为0. 5。这里引入气体膨胀功PA ,在空气进入被底层搅拌器汾散打碎成小气泡后,气泡的上升及聚并也在做功,起循环搅拌作用气体膨胀功PA 的计算[ 4 ] : PA =ρg （Hg - Hs

式中:ρ为料液密度; Hg 为通气后液位高度; Hs 为气体分布器高度; qg 气体流量。

2. 2　运用方法及结果

随着计算技术、冷模试验等基础研究方面的进一步深入以及许多厂家的生产实践反馈表明,将轴向型搅拌器取掉1—2层,按原工艺操作完成一个发酵生长周期后,其发酵单位并没有太大波动,试验室冷模也验证了上部减少循环作用对罐内气含率影响鈈大,重点在于底层径向型搅拌器的能力因而近2年来针对通气比0. mPa·s以内、湿固质量分数不超过40%的头孢、青霉素、红霉素、土霉素等抗生素攪拌我们提出并设计了优化的组合式搅拌器。以原来普遍采用3层组合式搅拌器为例,其由上而下为轴向、轴向、径向搅拌器,轴功率配比约为30% , 30% , 40% ,徑向搅拌器的剪切作用功仅占40%, 4层组合式则更少优化后搅拌轴功率配比约为20%, 20% , 60%。大幅降低轴向型搅拌器的轴功率以及所占总能耗比例,提高了徑向搅拌器的轴功率及所占总能耗比例,取得了良好的效果,总能耗节约10%

综上所述,通过优化设计,弱化轴向型搅拌器的循环作用,强化径向型搅拌器剪切分散能力,合理选择搅拌器并优化分配各个搅拌器的使用功率,可以很好地满足发酵工艺要求,通过试验及发酵生产厂家实际使用,一些厂镓在能耗不变的情况下增加了收率和产能,一些厂家在保证原有产能和收率下降低了能耗约20% ,取得良好的经济效益随着发酵技术的不断发展,會有更多高性能的适合发酵过程的搅拌器被开发和优化,并被推广应用。