[发明专利]大型发酵罐搅拌装置及搅拌方法

说明书

本发明提供一种大型发酵罐搅拌装置及搅拌方法，包括：罐体、罐体内的搅拌装置及控制系统，其特点是：搅拌装置包括中心轴和叶片轴，中心轴竖向设置在罐体内的中间，中心轴上设置回转盘，中心轴由中心轴动驱动电机驱动并带动所述回转盘转动，回转盘上至少设置两根叶片轴，叶片轴上设置搅拌叶片，叶片轴由叶片轴驱动电机驱动，使所述叶片轴在随所述回转盘公转的同时也在自转。控制系统通控制中心轴动驱动电机和叶片轴驱动电机的联动、转速及叶片轴转动方向，实现叶片轴的自转与公转，由叶片轴上的叶片对罐体内的物料进行搅拌。既能使发酵液能够得到充分搅拌，提高发酵质量，又能降低搅拌能耗、降低罐体底部过滤空气输入电力消耗。

技术领域

本发明涉及一种搅拌装置及搅拌方法，主要用于制药、食品以及柠檬酸生产，属于化工设备技术领域，具体说是一种大型发酵罐搅拌装置及搅拌方法。

背景技术

大型发酵罐设备是制药、食品以及柠檬酸等生产企业发酵生产工艺所配备的专用装备，大型发酵罐是一种立式安装的圆筒形容器，直径可达到6米以上，高度至8米左右。发酵罐的罐体顶端设计有进料口、罐体侧壁设计有冷却管，罐体内部设置有搅拌器，罐体底部设置有过滤空气进气口。在发酵过程中，通过大型泵机将已经过滤的新鲜空气源源不断地输入发酵罐中，搅拌器持续不断地搅拌发酵液，使发酵液中的各类物质充分混合，罐体各处的发酵液温度与浓度统一；将发酵罐的罐底部泵机输入的新鲜空气分散成小气泡，增加气、液接触面积；强化发酵液的湍流程度，降低气泡周围的液膜厚度和湍流中的流体的阻力，从而提高氧的转移速率；减少菌丝结团，降低细胞壁周围的液膜阻力，有利于菌体对氧的吸收，同时，可尽快排除细胞代谢产生的“废气”和“废物”，有利于细胞的代谢活动。因此，搅拌装置对发酵生产起着举足轻重的作用。

目前，大型发酵罐的搅拌装置是通过安装在罐体顶部的电机带动一根自罐底至顶部的搅拌轴，在搅拌轴的不同高度上布置有若干组叶片，属于单轴搅拌方式。由于大型发酵罐罐体直径大，叶片回转直径越大，则搅拌范围越大，对于发酵工艺有利，但是，由于搅拌阻力与叶片线速度平方成正比，随着叶片回转半径增大，搅拌阻力必然急剧加大，能耗也急剧加大，而且搅拌均匀性也受影响。因此，叶片回转半径只能局限在一定范围内选取，实际上，也就使罐体直径只能局限在一定范围内选取，所以，目前看到的传统罐体形状大致呈现“瘦高”型。因此，在一定罐体容积的条件下，尽管相对减小罐体直径，增大罐体高度可以降低搅拌阻力，但是，由于罐体底部压强与罐体高度呈正比例关系，罐体高度增加则罐体底部压强增大，最终使要求的罐体底部过滤空气输入泵机功率成正比例增加。对于传统的大型发酵罐装备，罐体底部过滤空气输入电机功率占发酵过程电力消耗的60%以上，是发酵过程电力消耗的最大因素，而搅拌动力约占总电力消耗30%左右。通常，一个直径6米、高8米的大型发酵罐设备，过滤空气泵机与顶部搅拌器电机功率之和达数百千瓦。

随着生化技术的持续发展以及对生化产品需求量不断增加，对发酵罐的大型化、节能与高效提出了越来越高的要求，目前，国际上最大标准式发酵罐容积已达380立方米。但是，迄今为止，对大型搅拌罐节能降耗研究之侧重点，均基于以单轴搅拌为前提条件所开展的对于高效率电机、高效节能搅拌叶片的研究与开发，但是，都未取得理想的效果。

因此，这是长期以来困扰本领域的技术难题，发酵罐的大型化与节能这对矛盾至今也未得到很好地解决。

如何设计一种大型发酵罐搅拌装置及搅拌方法，既能使发酵液能够得到充分搅拌，提高发酵质量，又能降低搅拌能耗、降低罐体底部过滤空气输入电力消耗，这是目前本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为现有技术存在的上述问题，提供一种大型发酵罐搅拌装置及搅拌方法，既能使发酵液能够得到充分搅拌，提高发酵质量，又能降低搅拌能耗、降低罐体底部过滤空气输入电力消耗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：