專利名稱：一種發(fā)酵液消泡攪拌裝置以及裝有該裝置的發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)酵及生物工程領(lǐng)域的消泡裝置，具體的說是一種發(fā)酵液消泡攪拌裝置和裝有該裝置的發(fā)酵罐。
背景技術(shù)：
發(fā)酵及生物工程中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備是發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器，罐內(nèi)發(fā)酵液在發(fā)酵時(shí)由于底物的化學(xué)性質(zhì)或微生物起泡菌的原因會產(chǎn)生大量氣泡，形成泡沫，如不及時(shí)處理，泡沫會迅速上升，溢出罐外，造成污染或發(fā)酵液流失，此現(xiàn)象在好氧發(fā)酵工藝中尤其嚴(yán)重。一般消泡工藝采用化學(xué)或物理的方法。前者是向發(fā)酵液中加入低碳醇、礦物油、有機(jī)極性化合物或硅樹脂類化學(xué)消泡劑以降低發(fā)酵液的表面張力，從而抑制或減少泡沫形成，但由于生物反應(yīng)對菌種或產(chǎn)物有嚴(yán)格的要求，往往不能或不希望加入化學(xué)消泡劑。后者的物理方法則是用機(jī)械碰撞原理破泡，常用的是耙式消泡攪拌槳，結(jié)構(gòu)如圖1所示，耙式消泡攪拌槳安裝在攪拌軸6上方發(fā)酵液面A處，通過耙針B破泡，但這種方式對泡沫多和泡沫發(fā)展快的發(fā)酵液面效果很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種發(fā)酵液消泡攪拌裝置以及裝有該裝置的發(fā)酵罐，能有效消除發(fā)酵液泡沫。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
一種發(fā)酵液消泡攪拌裝置，包括安裝在攪拌軸上的消泡槳葉，消泡槳葉由二片相同的蝶翅狀槳葉片和連接兩片蝶翅狀槳葉片的槳葉軸座組成；蝶翅狀槳葉片的展開面是一個(gè)弧面，弧面偏心部缺了一個(gè)半圓；槳葉軸座上有二條對稱的繞槳葉軸座180°的槳葉安裝曲線，槳葉安裝曲線的長度等于蝶翅狀槳葉片展開面偏心半圓的半圓周長，兩片蝶翅狀槳葉片被壓成一個(gè)曲面沿槳葉軸座上的安裝曲線左右對稱的固定在槳葉軸座上。一種發(fā)酵罐，發(fā)酵罐安裝有上述的發(fā)酵液消泡攪拌裝置。本發(fā)明采用上寬下窄類似蝶翅狀的螺旋攪拌槳葉，并將其安裝在普通攪拌軸上。消泡攪拌系統(tǒng)采用獨(dú)立動(dòng)力裝置，安裝在發(fā)酵罐的頂上，蝶翅狀攪拌槳葉在攪拌軸可上下移動(dòng)，一般情況下，消泡槳葉的下端約1 / 3處是發(fā)酵液面，即槳葉的下端1 / 3部分是浸在發(fā)酵液面之下的。正常狀態(tài)下，消泡攪拌系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，并不旋轉(zhuǎn)。當(dāng)泡沫形成并快速擴(kuò)展，需要控制時(shí)，才啟動(dòng)消泡攪拌系統(tǒng)。利用蝶翅狀槳葉在液面下的部分快速旋轉(zhuǎn)時(shí)將液體攪向旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生旋渦的原理，對起泡的液面進(jìn)行攪拌，泡沫在向心吸力作用下迅速向旋渦中心移動(dòng)，并隨旋渦下沉，部分未及下沉的泡沫在槳葉上部螺旋曲面的撞擊下，表面張力遭破壞，泡沫無法繼續(xù)形成或擴(kuò)展，從而達(dá)到消泡的目的。本發(fā)明的消泡過程如下:
⑴消泡攪拌系統(tǒng)啟動(dòng)前如圖3所示，消泡攪拌系統(tǒng)啟動(dòng)前泡沫形成在發(fā)酵液表面，并不斷擴(kuò)展上升；⑵消泡攪拌系統(tǒng)啟動(dòng)初期如圖4所示，消泡槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)在攪拌中心液面形成旋渦，泡沫受下旋力吸引，向旋渦中心匯集；
⑶消泡攪拌系統(tǒng)工作時(shí)如圖5所示，匯聚在旋渦中心的泡沫在強(qiáng)大的旋渦吸力下失去表面張力被破壞或吸入液面以下；
⑷消泡攪拌系統(tǒng)工作后期如圖6所示，部分未及下沉的泡沫遭到旋轉(zhuǎn)的槳葉上部螺旋曲面的撞擊，表面張力遭破壞，泡沫無法繼續(xù)形成或擴(kuò)展。由于發(fā)酵液泡沫形成存在其特殊性，本發(fā)明人為了解決發(fā)酵液消泡不理想的問題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果搞清楚了消泡效果取決于消泡槳葉的外形，發(fā)現(xiàn)螺旋攪拌槳葉對發(fā)酵液消泡有一定的效果，但是不同螺旋形狀的消泡槳葉的消泡效果卻大相徑庭；于是，詳細(xì)研究了不同形狀的螺旋攪拌槳葉的消泡效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上寬下窄的類似蝶翅狀的螺旋攪拌槳葉消泡效果較好；本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)本發(fā)明具體形狀的消泡槳葉可以完成以上⑴-⑷的消泡過程，從而完成了本發(fā)明。本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是:
前述的發(fā)酵液消泡攪拌裝置，消泡槳葉下端I / 3部分浸在需消泡的液面之下。前述的發(fā)酵罐，蝶翅狀槳葉組件設(shè)計(jì)參數(shù)及其相互間數(shù)學(xué)關(guān)系為:發(fā)酵罐直徑為P，蝶翅狀槳葉片旋轉(zhuǎn)直徑D = P / 8 P / 6，槳葉軸座直徑H=D / 8，所述蝶翅狀槳葉片高Q = D / 3，蝶翅狀槳葉片展開面小端弦長r=l/20* (D-H)，半圓(即槳葉繞軸座圓)半徑m=l.2*Q/3.14159，蝶翅狀槳葉片展開面弦弧長L=2*m+ll*r，蝶翅狀槳葉片展開面弦弧高h(yuǎn)=L / 2.43，蝶翅狀槳葉片展開面弦弧半徑R= (L*L/(8 * h) ) + (h/2)。前述的發(fā)酵罐，消泡槳葉位于發(fā)酵罐中央、一側(cè)或?qū)ΨQ分布在發(fā)酵罐內(nèi)兩側(cè)。本發(fā)明消泡槳葉 的旋轉(zhuǎn)直徑受二個(gè)因素影響:1.發(fā)酵罐的直徑；2.攪拌槳轉(zhuǎn)速。一般消泡槳葉的旋轉(zhuǎn)直徑D為發(fā)酵罐直徑P的I / 8至I / 6。當(dāng)發(fā)酵罐直徑在0.5 — 5米范圍，消泡攪拌槳轉(zhuǎn)速在50 - 400rpm,電動(dòng)機(jī)功率需求0.2 — 5.5kw。對不固定發(fā)酵液或生產(chǎn)批次間發(fā)酵液變化大的發(fā)酵罐，采用變頻調(diào)速電機(jī)，以便能更好地控制消泡效果和節(jié)能。本發(fā)明發(fā)酵液消泡攪拌裝置可以有效的效消除發(fā)酵液泡沫，消泡效果好；除了有上述消泡功能，還有攪拌功能。只要調(diào)節(jié)槳葉在液面下的深度，便可起到攪拌作用。一般情況下，槳葉的I / 2或更多在液面下，攪拌效果便十分明顯，當(dāng)然，槳葉在液面下的部分越多，攪拌直徑越大，需要的動(dòng)力也越大。


圖1是現(xiàn)有的耙式消泡攪拌槳的使用狀態(tài)圖。圖2是本發(fā)明發(fā)酵液消泡攪拌裝置的安裝位置圖。圖3是本發(fā)明發(fā)酵液消泡攪拌裝置啟動(dòng)前的狀態(tài)圖。圖4是本發(fā)明發(fā)酵液消泡攪拌裝置啟動(dòng)初期的狀態(tài)圖。圖5是本發(fā)明發(fā)酵液消泡攪拌裝置工作中期的狀態(tài)圖。圖6是本發(fā)明發(fā)酵液消泡攪拌裝置工作后期的狀態(tài)圖。圖7是本發(fā)明發(fā)酵液消泡攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明攪拌軸與消泡槳葉的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖9是本發(fā)明攪拌軸與消泡槳葉的結(jié)構(gòu)主視圖。
圖10是本發(fā)明蝶翅狀槳葉片展開面結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本發(fā)明槳葉安裝曲線結(jié)構(gòu)示意圖。圖12是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖14是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。圖15是槳葉深度與動(dòng)力需求關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
本實(shí)施例的發(fā)酵液消泡攪拌裝置，結(jié)構(gòu)如圖7所示，消泡攪拌系統(tǒng)的動(dòng)力由頂部的電動(dòng)機(jī)I提供，電動(dòng)機(jī)I通過減速器2將動(dòng)力傳給攪拌軸6，攪拌軸6帶動(dòng)消泡槳葉8旋轉(zhuǎn)。機(jī)架3起支撐電動(dòng)機(jī)和固定攪拌軸的作用。軸承組件4起定位和減少旋轉(zhuǎn)阻力的作用。發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器上的凸臺5是支撐消泡攪拌系統(tǒng)的安裝平臺。攪拌軸上鍵槽7可以防止消泡槳葉打滑，而槳葉鎖定螺絲9起消泡槳葉上下位置調(diào)節(jié)定位功能。攪拌軸與消泡槳葉的結(jié)構(gòu)俯視圖如圖8所示，主視圖如圖9所示，消泡槳葉由二片相同的蝶翅狀槳葉片10和11和連接兩片蝶翅狀槳葉片的槳葉軸座12組成；蝶翅狀槳葉片的展開面是一個(gè)弧面，如圖10所示，弧面偏心部缺了一個(gè)半圓13 ;槳葉軸座12上有二條對稱的繞槳葉軸座180°的槳葉安裝曲線12A，如圖11所示，圖中實(shí)線是正面，虛線是反面，槳葉安裝曲線的長度等于蝶翅狀槳葉片10或11展開面偏心半圓的半圓周長，兩片蝶翅狀槳葉片被壓成一個(gè)曲面沿槳葉軸座上的安裝曲線左右對稱的固定在槳葉軸座上。

蝶翅狀攪拌槳葉在攪拌軸可上下移動(dòng)，一般情況下，消泡槳葉8的下端約I / 3處是發(fā)酵液面，即消泡槳葉8的下端I / 3部分是浸在發(fā)酵液面A之下的，如圖2所示。本發(fā)明發(fā)酵液消泡攪拌裝置除了有上述消泡功能，還有攪拌功能。只要調(diào)節(jié)槳葉在液面下的深度，便可起到攪拌作用。一般情況下，槳葉的I / 2或更多在液面下，攪拌效果便十分明顯，當(dāng)然，槳葉在液面下的部分越多，攪拌直徑越大，需要的動(dòng)力也越大。以一個(gè)安裝在直徑為5000mm的反應(yīng)器槳葉旋轉(zhuǎn)直徑650mm的消泡攪拌系統(tǒng)為例，變頻電機(jī)功率為5.5kw,轉(zhuǎn)速IOOrpm,攪拌槳葉進(jìn)入液面的深度從IOOmm開始,每次加深50mm,直至槳葉全部進(jìn)入液面之下，其電流從6.8A增加到8.8A，如圖15所示。實(shí)施例2
本實(shí)施例是一種裝有實(shí)施例1發(fā)酵液消泡攪拌裝置的發(fā)酵罐，本實(shí)施例發(fā)酵罐直徑2米，其消泡攪拌槳葉的制造按表I參數(shù)執(zhí)行。表I槳葉旋轉(zhuǎn)直徑300mm的設(shè)計(jì)參數(shù)(單位mm)
權(quán)利要求
1.一種發(fā)酵液消泡攪拌裝置，包括安裝在攪拌軸上的消泡槳葉，其特征在于:所述消泡槳葉由二片相同的蝶翅狀槳葉片(10和11)和連接兩片蝶翅狀槳葉片的槳葉軸座(12 )組成；所述蝶翅狀槳葉片的展開面是一個(gè)弧面，弧面偏心部缺了一個(gè)半圓(13);所述槳葉軸座(12)上有二條對稱的繞槳葉軸座180°的槳葉安裝曲線(12A)，所述槳葉安裝曲線的長度等于所述蝶翅狀槳葉片(10或11)展開面偏心半圓的半圓周長，所述兩片蝶翅狀槳葉片被壓成一個(gè)曲面沿所述槳葉軸座上的安裝曲線左右對稱的固定在槳葉軸座上。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)酵液消泡攪拌裝置，其特征在于:所述消泡槳葉下端I/ 3部分浸在需消泡的液面之下。
3.一種發(fā)酵罐，所述發(fā)酵罐安裝有權(quán)利要求1或2所述的發(fā)酵液消泡攪拌裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)酵罐，其特征在于:所述發(fā)酵罐直徑為P，所述蝶翅狀槳葉片旋轉(zhuǎn)直徑D = P / 8 P / 6，所述槳葉軸座直徑H=D / 8，所述蝶翅狀槳葉片高Q =D / 3，所述蝶翅狀槳葉片展開面小端弦長r=l/20* (D-H)，所述半圓(即槳葉繞軸座圓)半徑m=l.2*Q/3.14159，所述蝶翅狀槳葉片展開面弦弧長L=2*m+ll*r，所述蝶翅狀槳葉片展開面弦弧高h(yuǎn)=L / 2.43，所述蝶翅狀槳葉片展開面弦弧半徑R= (L*L/(8 ^h))+ (h/2)。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)酵罐，其特征在于:所述消泡槳葉位于發(fā)酵罐中央、一側(cè)或?qū)ΨQ分布在發(fā)酵罐內(nèi)兩側(cè)。`
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)酵及生物工程領(lǐng)域的消泡裝置，是一種發(fā)酵液消泡攪拌裝置和裝有該裝置的發(fā)酵罐，包括安裝在攪拌軸上的消泡槳葉，消泡槳葉由二片相同的蝶翅狀槳葉片和連接兩片蝶翅狀槳葉片的槳葉軸座組成；蝶翅狀槳葉片的展開面是一個(gè)弧面，弧面偏心部缺了一個(gè)半圓；槳葉軸座上有二條對稱的繞槳葉軸座180o的槳葉安裝曲線，槳葉安裝曲線的長度等于蝶翅狀槳葉片展開面偏心半圓的半圓周長，兩片蝶翅狀槳葉片被壓成一個(gè)曲面沿槳葉軸座上的安裝曲線左右對稱的固定在槳葉軸座上。本發(fā)明發(fā)酵液消泡攪拌裝置可以有效的效消除發(fā)酵液泡沫，消泡效果好；除了有上述消泡功能，還有攪拌功能。
文檔編號C12M1/02GK103103109SQ20131003720
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者王曉軍 申請人:王曉軍