基本信息
- 项目名称：
- 新型反冲式发酵料液混合搅拌装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 新型反冲式发酵料液混合搅拌装置摈弃了传统的搅拌装置的设计思想，充分结合了机械搅拌和液体搅拌的优点，利用泵作为动力源带动料液形成的流场效应，同时采用了料液孔口出流和反冲作用原理，使料液在搅拌过程中始终处于由罐体内-外-内的动态循环中，使料液混合更加均匀。
- 详细介绍：
- 新型反冲式发酵料液混合搅拌装置摈弃了传统搅拌装置的设计思想，采用了料液孔口出流和反冲作用原理，充分结合了机械搅拌和液体搅拌的优点。利用泵的作用使料液在发酵罐体内循环流动产生流场效应，使处于动态的料液流经反冲旋转管出流孔口时，形成圆周方向反冲旋转动力，再利用反冲旋转管带动推进搅拌器。实现了罐体内料液各层及层与层之间充分混合均匀。利用液面和反冲旋转管相对位置关系，减少了旋转阻力，实现了破除浮渣层的作用。同时，推进搅拌器的工作防止了出料口的堵塞。料液在动态循环中充分混合均匀，而不会附带产生对发酵不利的因素。 新型反冲式发酵料液混合搅拌装置使料液始终处在动态循环流动中，同时实现罐外加热，热量利用率高，混合均匀程度好。且具有结构简单，占用有效发酵容积小，动力消耗低，对微生物破坏弱，料液混合充分，搅拌完全，密封可靠的优点。装置同步实现布料、混合搅拌、破除浮渣层、防止出料口堵塞和固相沉积的综合功能。 这种在新思想、新原理结合下产生的新型反冲式发酵料液混合搅拌装置，成本低，厌氧发酵效果好，生产力大大提高，具有广泛的实用性。为打破我国高寒地区沼气能源的开发利用的瓶颈，实现高寒地区生物质能源的工业化生产，奠定了坚实的基础。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计、发明的目的：为了解决现有的机械搅拌、气体搅拌和液体搅拌存在的问题，进一步促进厌氧发酵领域的发展，特别是为了打破我国高寒地区沼气能源的工业化生产受气候影响的瓶颈，新型反冲式发酵料液混合搅拌装置的发明具有一定得现实意义。 基本思路：此新型搅拌装置充分结合机械搅拌和液体搅拌的优点，采用泵作为动力源，使料液在搅拌过程中由内-外-内形成一个动态循环。料液在由n型管进入罐体时，形成反冲力，带动搅拌器。这种搅拌方式使料液混合更加均匀。 创新点：此新型搅拌装置摈弃了传统的动力源电动机，采用泵为动力源，使料液始终处于由内-外-内的动态循环中，同时利用孔口出流和反冲作用原理，使搅拌器在反冲力的作用下旋转，实现了料液均匀混合的作用。 技术关键和技术指标：运用流体力学和高等数学知识，计算料液出流孔口的尺寸d_°、反冲旋转管的搅拌直径D、推进式搅拌器的直径d和反冲旋转出流孔口浸入料液的深度h，以及确定与其匹配的泵的排量的选择。通过优化设计，以使装置在充分节能的前提下，达到合理的最大旋转速度，且不至于对料液产生冲击，而影响微生物的生长。最终达到降低外配能源损耗，提高生产率的目标。
科学性、先进性
- 科学性与先进性：传统的发酵搅拌装置有机械搅拌、气体搅拌和液体搅拌，其技术本身带来的缺陷，制约着厌氧发酵领域。目前广泛运用的机械搅拌装置中，当料液转速与搅拌器转速达到一致时，很难起到搅拌效果，同时轴套容易磨损，易破坏厌氧发酵环境。 此新型搅拌装置摈弃了传统的发酵搅拌装置的设计思想，将机械搅拌和液体搅拌有机结合，采用料液孔口出流和反冲作用原理，利用泵作为动力，使料液在搅拌中由罐体内-外-内一直处于一个动态循环。由循环中形成的反冲力驱动搅拌器旋转。这种搅拌方式实现了罐体内料液各层及层与层之间充分混合均匀，为微生物的生长营造了一个更加适宜的环境。 【参考文献】 【1】强 徐亲民.《搅拌器改进与发酵工业发展》.中国医药工业杂志 【2】钱铭镛.《发酵工程最优化控制》.江苏科学技术出版社 【3】储炬 李友荣. 《现代工业发酵调控学》.北京化学工业出版社》.2006.6 【4】毛根海 邵卫云 张燕.《应用流体力学》.北京高等教育出版社.2006.11
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 实物、产品 图纸 现场演示 图片 录像 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：注入罐体内的料液要进行纤维质处理，料液液面必须与标定液面相平，合理调定搅拌时间T1和间歇时间T2。 技术特点和优势：此新型搅拌装置与传统的搅拌装置不同，以泵为动力源，使料液由内-外-内始终处于动态循环。运用料液孔口出流和反冲作用原理，利用反冲力带动搅拌器，使料液混合更加均匀。 适应范围：主要应用于厌氧发酵领域，用于发酵设备液态物料的搅拌和混合；食品工程和微生物工程领域及其他需要搅拌的领域也适用。 推广前景: 随着“和谐社会”的提出，节能、环保、增效理念不断渗透到各行各业的企业文化里。因此，具有节能、高效等一系列优点的新型搅拌装置具有很大的市场优势。 市场分析：目前市场上运用的搅拌装置缺点在实践中不断暴露出来。因此，这种新型搅拌装置一旦投入市场，会很快受到用户的青睐。 经济效益预测：1.5升容量新型搅拌装置定价在9600元，价格不高，加之其新奇设计思想和技术上的突出优势，将在市场上占有一定的市场份额，经济效益会愈加显著。
同类课题研究水平概述
- 当前有关发酵搅拌装置的研究课题提出很多创新思路，国内固体有机废弃物厌氧发酵装置总体设计思路为解决以下三个问题：（1）温度适应性问题；（2）高效厌氧发酵问题；（3）高浓度物料发酵堵塞问题。随着发酵工业的发展，生物反应器目前已采用径流、混流、轴流三类搅拌器，特别是轴流搅拌器或轴流与径流混合搅拌器应用于大型生物反应器的优点，可为搅拌器的选择和设计提供依据。当前发酵搅拌器有电磁搅拌器、叶轮搅拌器、移动式连续搅拌器等，改进方案也层出不穷，包括新型搅拌桨的研制、机械搅拌器组合、搅拌器优化组合等，但是针对以往搅拌器动力消耗大、搅拌不完全、密封不可靠等缺点的改进方案鲜为人知。传统的机械、液体、气体三大搅拌方式存在的缺憾很难弥补。特别是机械搅拌耗能问题比较突出。 机械搅拌式发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促进氧的溶解，以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧。它是借搅拌涡轮输入混合以及相际传质所需要的功率。这种反应器的适应性最强，从牛顿型流体直到非牛顿型的丝状菌发酵液，都能根据实际情况和需要，为之提供较高的传质速率和必要的混合速度。缺点是机械搅拌器的驱动功率较高，一般(2-4)kw/m3，这对大型的反应器来说是个巨大负担。 国外关于同类课题的研究也在不断深化，但是研究成果并不显著。诸如日本处理各种有机性污泥的搅拌装置。该装置的研究体现当前搅拌器设计要求：搅拌循环稳定性好、密封性可靠、料液混合均匀等，但节能方面的缺点很明显，成本和造价会是生产运用的一大障碍。 本小组成员集中总结国内外关于搅拌装置的研究状况及本课题的实验结果，认为基于液体孔口出流和反冲原理的搅拌装置研究思路具有先进性和实用性。新型混合料液发酵搅拌装置无论是节能、密封还是料液循环稳定性、混合均匀性方面都有很大优势，若是能成功投产必将有较为广阔的市场空间。
