專利名稱：引射式渦流通風裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬化工機械領域，為通風發(fā)酵罐結(jié)構中的一種新型空氣分布裝置，即引射式渦流通風裝置。
在化工、食品、制藥等工業(yè)領域，通風發(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)酵工程反應設備。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)壓強的不同分布，當通入空氣流時，也造成了發(fā)酵液里空氣不均勻分布。因此，如何改進大罐的結(jié)構尺寸，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，管口朝下并正對罐底中心，通風時，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，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，以致降低了通風效率，此外，在罐底周邊還存在空氣難以到達的死角。
本實用新型的目的在于提供一種新型的空氣分布裝置，即引射式渦流通風裝置，它能克服原有裝置的一些缺點，使溶氧水平提高，氣液接觸界面增大，混合均勻，充分。
按本實用新型提出的引射式渦流通風裝置，它由發(fā)酵罐、攪拌輪、進氣管、噴嘴組成，其特征在于設置了布氣和導氣兩個部分，布氣部分由儲氣管、支承管、多個噴嘴組成一環(huán)形結(jié)構，在部分噴嘴前方和液體輸送導管匯合組成氣液混合輸送嘴，導氣部分由內(nèi)筒和內(nèi)件葉片靜態(tài)混合器組成，它安裝在布氣環(huán)形結(jié)構的中心罐底上。


圖1為本實用新型的結(jié)構示意圖。
圖2為本實用新型局部俯視結(jié)構圖。
圖3為本實用新型儲氣罐、支承罐、噴嘴的連接剖面圖。
以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作詳細的描述。
本實用新型有布氣和導氣兩個獨立部分，布氣部分(布氣環(huán))安置在發(fā)酵罐1的底部，有一環(huán)形的儲氣管4及緊貼其內(nèi)圈的環(huán)形支承管5，儲氣管4上有接管法蘭和罐的進氣管3連通。儲氣管4容積很大，其作用是儲氣，均衡保持氣壓和給各噴嘴均勻布氣。支承管5是各個噴嘴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)P0－－常壓0.1MPad－－噴嘴口徑(米)PL－－噴口處絕對環(huán)境壓強(操作壓強＋液體重力壓強)，PL＝0.22MPaVs－－空氣噴射速度(米／秒)Z應是6的整數(shù)倍，可調(diào)整d和Vs兩個參數(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，以便使各個噴嘴噴出的射流(平行流束)通入發(fā)酵液時，能產(chǎn)生不同旋轉(zhuǎn)半徑R的有旋運動，其方向和攪拌輪2的旋轉(zhuǎn)方向相反；在垂直面上各個噴嘴又安裝成不同的仰角β，以避免各束射流的干擾，破壞有旋運動的設計規(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R圈上等布著六束切向射流。另外，在幾個層次射流形成的渦流場，其渦流強度是上層高于下層，外圈高于內(nèi)圈，根據(jù)流體力學渦旋永恒原理，各束旋轉(zhuǎn)氣流上升時，其軌跡均是一條等經(jīng)螺距的螺旋線，永不散失逃逸。但實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)酵液中的停留時間。此外，由于在發(fā)酵液幾個層次中從上到下，從外到內(nèi)的渦流強度不盡相同，及發(fā)酵液的粘度作用，根據(jù)流體力學關于渦旋在粘性流體中的擴散性渦流強度大的地方要向弱的地方輸送渦旋，直到強度相等為止。渦流強度的不等和擴散性，使得處于各渦流場的氣、液兩相在上下層和內(nèi)外圈之間，增強了剪切作用和付流作用，產(chǎn)生強烈的湍流，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效果。
為了充分利用壓縮空氣的動能，改善流體循環(huán)效能，本裝置在若干個噴嘴上安裝有氣液混合輸送嘴9，例如可以隔一個噴嘴安裝，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液體輸送導管10，導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，從而在布氣環(huán)內(nèi)外形成第一個流體循環(huán)區(qū)。這樣，在一個發(fā)酵周期里，就可以將罐內(nèi)處于布氣環(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。
布氣環(huán)的儲氣管中心環(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，布氣環(huán)制成120°的三節(jié)，并用法蘭11緊固聯(lián)接一體。
本實用新型導氣部分(導氣筒)由內(nèi)筒7和內(nèi)件葉片8組成，它安裝在布氣環(huán)中心的罐底上，內(nèi)筒直徑是攪拌輪直徑的0.9倍，以便將布氣環(huán)噴出的高速有旋射流束全部收集其中。射流束順勢進入內(nèi)筒后，在內(nèi)件葉片的引導下，被強制分割和擴散，并按新的規(guī)律作旋轉(zhuǎn)上升運動，由筒上口排出，使氣流被攪拌輪破碎成極其微細的氣泡群體，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)外第二個液流循環(huán)區(qū)。布氣環(huán)噴來的有旋射流束速度愈大，其循環(huán)強度也愈激烈。
本實用新型的優(yōu)點在于溶氧水平高；氣、液接觸界面大，混合均勻、充分；發(fā)酵液氣含率高；結(jié)構簡單、制造成本低；適于對舊式通風發(fā)酵罐的技術改造，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)酵罐的技術經(jīng)濟指標。
權利要求1.一種引射式渦流通風裝置，它由發(fā)酵罐、攪拌輪、進氣管、噴嘴組成，其特征在于設置了布氣和導氣兩部分，布氣部分由儲氣管，支承管、多個噴嘴組成一環(huán)形結(jié)構，在部分噴嘴前方和液體輸送導管匯合組成氣液混合輸送嘴，導氣部分由內(nèi)筒和內(nèi)件葉片組成，它安裝在布氣環(huán)形結(jié)構的中心的罐底上。
2.按權利要求1所述的引射式渦流通風裝置，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，在垂直面上各個噴嘴安裝成不同的仰角β，β值為0°－10.5°。
3.按權利要求1或2所述的引射式渦流通風裝置，其特征在于每隔一個噴嘴在其上安裝氣液混合輸送嘴，在輸送嘴邊引出一個液體輸送導管，導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)領域使用的通風發(fā)酵罐結(jié)構中的新型空氣分布裝置，它由發(fā)酵罐、攪拌輪、進氣管和噴嘴組成，其布氣部分為儲氣管、支承管和多個噴嘴組成的環(huán)形結(jié)構，在部分噴嘴前方和液體輸送導管匯合組成氣液混合輸送嘴，導氣部分由內(nèi)筒和內(nèi)件葉片組成，它安裝在布氣環(huán)形結(jié)構的中心罐底上。本實用新型溶氧水平高，氣液接觸界面大，混合均勻、充分，發(fā)酵液氣含率高，結(jié)構簡單，成本低，適于對舊式發(fā)酵罐的技術改造。
文檔編號C12M1/04GK2161621SQ932049
公開日1994年4月13日 申請日期1993年2月24日 優(yōu)先權日1993年2月24日
發(fā)明者洪中元, 趙柏松 申請人:洪中元, 趙柏松