專利名稱：引射式渦流通風(fēng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬化工機(jī)械領(lǐng)域，為通風(fēng)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)中的一種新型空氣分布裝置，即引射式渦流通風(fēng)裝置。
在化工、食品、制藥等工業(yè)領(lǐng)域，通風(fēng)發(fā)酵罐是利用好氧性微生物的代謝作用，將發(fā)酵液轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)酵產(chǎn)品(如谷氨酸、檸檬酸、液體曲、酶制劑、抗菌素、酵母等)的化工發(fā)酵工程反應(yīng)設(shè)備。在發(fā)酵罐中的空氣分布裝置的作用是為微生物在發(fā)酵過程中生長繁殖、新陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物的各個(gè)階段吹入無染菌空氣，并藉攪拌裝置使空氣均勻分布，以期不斷提供微生物呼吸所消耗的氧。攪拌裝置的作用是破碎氣泡，讓空氣和溶液均勻混合，增加接觸面積，使空氣中的氧溶解于發(fā)酵液中。由于攪拌造成罐內(nèi)壓強(qiáng)的不同分布，當(dāng)通入空氣流時(shí)，也造成了發(fā)酵液里空氣不均勻分布。因此，如何改進(jìn)大罐的結(jié)構(gòu)尺寸，如何更新空氣分布裝置和攪拌裝置，以提高其溶氧水平，是發(fā)酵工程設(shè)備的一大課題。
目前常用的有以下幾種空氣分布裝置，一種是旋轉(zhuǎn)型分布管，以切線方向用了3－4根支管連通中心管，空氣以旋轉(zhuǎn)形式從中心管噴出。一種是環(huán)形多孔管，在環(huán)形管上設(shè)置三排小孔。另一種是單孔管，它安裝在攪拌輪的正下方，管口朝下并正對(duì)罐底中心，通風(fēng)時(shí)，空氣沿管口四周上升，被正在旋轉(zhuǎn)的攪拌輪破碎，并隨液流夾帶分布于全罐，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，且空氣分散效果較好。采用較多，但由于氣流速度低，氣泡大且直線上升，加之管口距攪拌輪較遠(yuǎn)，上升的大氣泡受液流影響，易從攪拌輪局部周邊逃逸，氣泡破碎效果尚不理想，以致降低了通風(fēng)效率，此外，在罐底周邊還存在空氣難以到達(dá)的死角。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型的空氣分布裝置，即引射式渦流通風(fēng)裝置，它能克服原有裝置的一些缺點(diǎn)，使溶氧水平提高，氣液接觸界面增大，混合均勻，充分。
按本實(shí)用新型提出的引射式渦流通風(fēng)裝置，它由發(fā)酵罐、攪拌輪、進(jìn)氣管、噴嘴組成，其特征在于設(shè)置了布?xì)夂蛯?dǎo)氣兩個(gè)部分，布?xì)獠糠钟蓛?chǔ)氣管、支承管、多個(gè)噴嘴組成一環(huán)形結(jié)構(gòu)，在部分噴嘴前方和液體輸送導(dǎo)管匯合組成氣液混合輸送嘴，導(dǎo)氣部分由內(nèi)筒和內(nèi)件葉片靜態(tài)混合器組成，它安裝在布?xì)猸h(huán)形結(jié)構(gòu)的中心罐底上。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型局部俯視結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本實(shí)用新型儲(chǔ)氣罐、支承罐、噴嘴的連接剖面圖。
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述。
本實(shí)用新型有布?xì)夂蛯?dǎo)氣兩個(gè)獨(dú)立部分，布?xì)獠糠?布?xì)猸h(huán))安置在發(fā)酵罐1的底部，有一環(huán)形的儲(chǔ)氣管4及緊貼其內(nèi)圈的環(huán)形支承管5，儲(chǔ)氣管4上有接管法蘭和罐的進(jìn)氣管3連通。儲(chǔ)氣管4容積很大，其作用是儲(chǔ)氣，均衡保持氣壓和給各噴嘴均勻布?xì)狻ＶС泄?是各個(gè)噴嘴6的安裝基座，噴嘴6分成六組在支承管5上均布，其口經(jīng)為φ5～6毫米，噴射速度120～160米／秒。噴嘴總個(gè)數(shù)按下式確定Z＝ (4QP)/(πd2·3600·PLVS)
式中Q－－發(fā)酵中、后期通入罐內(nèi)的空氣流量(米3／時(shí))P0－－常壓0.1MPad－－噴嘴口徑(米)PL－－噴口處絕對(duì)環(huán)境壓強(qiáng)(操作壓強(qiáng)＋液體重力壓強(qiáng))，PL＝0.22MPaVs－－空氣噴射速度(米／秒)Z應(yīng)是6的整數(shù)倍，可調(diào)整d和Vs兩個(gè)參數(shù)滿足，每組噴嘴的數(shù)量為n＝Z／6。每組噴嘴在水平面上安裝成不同的切向角α，以便使各個(gè)噴嘴噴出的射流(平行流束)通入發(fā)酵液時(shí)，能產(chǎn)生不同旋轉(zhuǎn)半徑R的有旋運(yùn)動(dòng)，其方向和攪拌輪2的旋轉(zhuǎn)方向相反；在垂直面上各個(gè)噴嘴又安裝成不同的仰角β，以避免各束射流的干擾，破壞有旋運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)規(guī)律，β取值范圍為0°－10.5°。由于角度α和β的存在，使各束射流在幾個(gè)發(fā)酵層次里產(chǎn)生各自不同旋轉(zhuǎn)半徑R的渦流，在每個(gè)R圈上等布著六束切向射流。另外，在幾個(gè)層次射流形成的渦流場，其渦流強(qiáng)度是上層高于下層，外圈高于內(nèi)圈，根據(jù)流體力學(xué)渦旋永恒原理，各束旋轉(zhuǎn)氣流上升時(shí)，其軌跡均是一條等經(jīng)螺距的螺旋線，永不散失逃逸。但實(shí)際上在液體粘度作用下緩慢減弱和消失。這樣，氣流在發(fā)酵液中所走的路程比單孔管氣泡直線上升的路程要長許多倍，從而大大地延長了氣流在發(fā)酵液中的停留時(shí)間。此外，由于在發(fā)酵液幾個(gè)層次中從上到下，從外到內(nèi)的渦流強(qiáng)度不盡相同，及發(fā)酵液的粘度作用，根據(jù)流體力學(xué)關(guān)于渦旋在粘性流體中的擴(kuò)散性渦流強(qiáng)度大的地方要向弱的地方輸送渦旋，直到強(qiáng)度相等為止。渦流強(qiáng)度的不等和擴(kuò)散性，使得處于各渦流場的氣、液兩相在上下層和內(nèi)外圈之間，增強(qiáng)了剪切作用和付流作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，使氣、液兩相接觸界面不斷得到更新，從而提高了均勻混合的通風(fēng)效果。
為了充分利用壓縮空氣的動(dòng)能，改善流體循環(huán)效能，本裝置在若干個(gè)噴嘴上安裝有氣液混合輸送嘴9，例如可以隔一個(gè)噴嘴安裝，即在半數(shù)的噴嘴上安裝，在噴嘴口處，氣液混合輸送嘴邊引出一個(gè)液體輸送導(dǎo)管10，導(dǎo)管開口端引向罐底四周，它可以把罐底死角處的發(fā)酵液吸引到混合段，進(jìn)行氣、液激烈湍流混合，并將發(fā)酵液破碎成平均直徑為2毫米的液滴，其混合流再從混合輸送嘴口噴出，從而在布?xì)猸h(huán)內(nèi)外形成第一個(gè)流體循環(huán)區(qū)。這樣，在一個(gè)發(fā)酵周期里，就可以將罐內(nèi)處于布?xì)猸h(huán)外圈的發(fā)酵液循環(huán)1.5～2次，并使氣液兩相得到充分而均勻的混合。
布?xì)猸h(huán)的儲(chǔ)氣管中心環(huán)徑為攪拌輪直徑的1.2倍，這樣各噴嘴的噴口均處在攪拌輪直徑0.8倍的范圍內(nèi)，以保證旋轉(zhuǎn)上升的氣流全部被攪拌輪破碎而不致逃逸。為便于裝卸和清除噴嘴里的積垢，布?xì)猸h(huán)制成120°的三節(jié)，并用法蘭11緊固聯(lián)接一體。
本實(shí)用新型導(dǎo)氣部分(導(dǎo)氣筒)由內(nèi)筒7和內(nèi)件葉片8組成，它安裝在布?xì)猸h(huán)中心的罐底上，內(nèi)筒直徑是攪拌輪直徑的0.9倍，以便將布?xì)猸h(huán)噴出的高速有旋射流束全部收集其中。射流束順勢進(jìn)入內(nèi)筒后，在內(nèi)件葉片的引導(dǎo)下，被強(qiáng)制分割和擴(kuò)散，并按新的規(guī)律作旋轉(zhuǎn)上升運(yùn)動(dòng)，由筒上口排出，使氣流被攪拌輪破碎成極其微細(xì)的氣泡群體，再由液流夾帶分布于全罐。由于氣流全集中在筒內(nèi)，筒內(nèi)的氣、液混合流密度小，而筒外發(fā)酵液密度大，因此，在密度差的推動(dòng)下，筒外液流被吸引到筒內(nèi)來，并參與氣、液湍流混合，形成筒內(nèi)外第二個(gè)液流循環(huán)區(qū)。布?xì)猸h(huán)噴來的有旋射流束速度愈大，其循環(huán)強(qiáng)度也愈激烈。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于溶氧水平高；氣、液接觸界面大，混合均勻、充分；發(fā)酵液氣含率高；結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低；適于對(duì)舊式通風(fēng)發(fā)酵罐的技術(shù)改造，在增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量的前提下，降低空氣消耗量和減少攪拌功率，從而提高舊式發(fā)酵罐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
權(quán)利要求1.一種引射式渦流通風(fēng)裝置，它由發(fā)酵罐、攪拌輪、進(jìn)氣管、噴嘴組成，其特征在于設(shè)置了布?xì)夂蛯?dǎo)氣兩部分，布?xì)獠糠钟蓛?chǔ)氣管，支承管、多個(gè)噴嘴組成一環(huán)形結(jié)構(gòu)，在部分噴嘴前方和液體輸送導(dǎo)管匯合組成氣液混合輸送嘴，導(dǎo)氣部分由內(nèi)筒和內(nèi)件葉片組成，它安裝在布?xì)猸h(huán)形結(jié)構(gòu)的中心的罐底上。
2.按權(quán)利要求1所述的引射式渦流通風(fēng)裝置，其特征在于噴嘴分成六組在支承管上均布，每組噴嘴在水平面上安裝成不同的切向角α，在垂直面上各個(gè)噴嘴安裝成不同的仰角β，β值為0°－10.5°。
3.按權(quán)利要求1或2所述的引射式渦流通風(fēng)裝置，其特征在于每隔一個(gè)噴嘴在其上安裝氣液混合輸送嘴，在輸送嘴邊引出一個(gè)液體輸送導(dǎo)管，導(dǎo)管開口端引向罐底四周。
專利摘要一種在化工、食品、制藥等工業(yè)領(lǐng)域使用的通風(fēng)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)中的新型空氣分布裝置，它由發(fā)酵罐、攪拌輪、進(jìn)氣管和噴嘴組成，其布?xì)獠糠譃閮?chǔ)氣管、支承管和多個(gè)噴嘴組成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，在部分噴嘴前方和液體輸送導(dǎo)管匯合組成氣液混合輸送嘴，導(dǎo)氣部分由內(nèi)筒和內(nèi)件葉片組成，它安裝在布?xì)猸h(huán)形結(jié)構(gòu)的中心罐底上。本實(shí)用新型溶氧水平高，氣液接觸界面大，混合均勻、充分，發(fā)酵液氣含率高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適于對(duì)舊式發(fā)酵罐的技術(shù)改造。
文檔編號(hào)C12M1/04GK2161621SQ932049
公開日1994年4月13日 申請(qǐng)日期1993年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月24日
發(fā)明者洪中元, 趙柏松 申請(qǐng)人:洪中元, 趙柏松