生物工程设备及操作技术发酵罐的搅拌器发酵罐的搅拌器.ppt

* 搅拌器的作用 机械搅拌器的类型 搅拌器的特点 搅拌器： 物料的混合和气体在发酵罐的分散靠搅拌器和挡板实现。搅拌器使流体产生圆周运动，称为原生流。挡板用以防止由搅拌产生的中心大漩涡。原生流受挡板的作用产生轴向运动，称为次生流。原生流速和搅拌转速成正比，次生流速近似地与搅拌转速的平方成正比，因此，当转速提高时，主要靠次生流加速流体的轴向混合，使传质传热速率提高。 * 搅拌器的作用： 搅拌器可以使被搅拌的液体产生轴向流动和径向流动，其作用为混合和传质，它使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，使气泡破碎以增大气液界面，获得所需的溶氧速率，并使细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气液固(细胞)三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。 * 发酵罐中机械搅拌器的类型： 大致可分为轴向和径向推进两种形式，前者如桨叶式和螺旋桨式，后者如涡轮式，涡轮式搅拌器又按桨叶形状分为：圆盘平直叶涡轮搅拌器、圆盘弯叶涡轮搅拌器、圆盘箭叶涡轮搅拌器等几种形式。 浆式搅拌器 螺旋浆式搅拌器 涡轮式搅拌器（六平叶、六弯叶和六箭叶） * 搅拌器的特点： 螺旋桨式搅拌器：在罐内将液体向下或向上推进，形成轴向的螺旋流动，混合效果较好，但对气泡的分散效果不好。常用的螺旋桨叶数Z=3，螺距等于搅拌器直径，最大叶端线速度不超过25m／s。 圆盘平直叶涡轮搅拌器：同没有圆盘的平直叶涡轮搅拌器的搅拌特性差别甚微，但圆盘平直叶涡轮搅拌器的圆盘可避免大的气泡从轴部的叶片空隙上升，保证了气泡的更好分散。圆盘平直叶涡轮搅拌器具有很大的循环输送量和功率输出，适用于各种流体，包括黏性流体、非牛顿流体的搅拌混合。 * 圆盘弯叶涡轮搅拌器：其搅拌流型与平直叶涡轮的相似，但前者造成的液体径向流动较为强烈，因此在相同的搅拌转速时，前者的混合效果较好。但由于前者的桨叶为流线型，在相同的搅拌转速时，输出的功率较后者的小。因此，在混合要求特别高，而溶氧速率相对要求略低时，可选用圆盘弯叶涡轮搅拌器。 圆盘箭叶涡轮搅拌器：其搅拌流型与上述两种涡轮相近，但它的轴向流动较强烈，但在同样转速下，它造成的剪切率低，输出功率也较低。 * 涡轮式搅拌器： 具有结构简单、传递能量高、溶氧速率高等优点，但存在的缺点是轴向混合差，搅拌强度随着与搅拌轴距增大而减弱，故当培养液较黏稠时，混合效果就下降。 常用的涡轮式搅拌器的叶片数一般为六个，也有四个或八个。为了强化轴向混合，可采用涡轮式和推进式叶轮共用的搅拌系统。 为了拆装方便，大型搅拌叶轮可做成两半形，用螺栓联成整体装配于搅拌轴上。 * 轴向流型搅拌器： 近些年来国外已开始将轴向流型搅拌器应用到发酵罐上。径向型涡轮搅拌器由于圆盘的存在，使罐内的流动分成上、下两个循环区。 虽然区域内能充分混合，但两个区域间则混合不均，相反轴向流型搅拌器则不存在分区循环等—系列缺欠，能使全罐达到良好的循环状态，见图2.1-18。 国外实践结果表明，在保持单罐产量一定的条件下，以三层搅拌器为例，最下层仍采用径向型的涡轮搅拌器，其余两层改用轴向流型搅拌器时，与三层均采用径向流别搅拌器相比，功率消耗可降低15～30％。 * 国内医药行业在50m3发酵罐内，上两档改装轴流向型搅拌器，作土霉素发酵试验表明，不但消耗功率下降，发酵指数也提高了近15％。 轴向流型搅拌器 * *