攪拌選型知識(shí)

攪拌葉選型相關(guān)知識(shí)見(jiàn)《攪拌設(shè)備》，主要分徑向流和軸向流葉輪兩種三葉推進(jìn)式是最典型的軸流型攪拌器，高排液量，低剪切性能；采用擋板或?qū)Я魍矂t軸向循環(huán)更強(qiáng)。排出性能明顯提高，因?yàn)樗h(huán)能力強(qiáng)，動(dòng)力消耗低，在低粘度，大容量均相、混合過(guò)程中應(yīng)用最能體現(xiàn)它的優(yōu)勢(shì)，在低粘度的液體傳熱、反應(yīng)、固液比小時(shí)的懸浮、溶解等過(guò)程中應(yīng)用廣泛?？烧{(diào)推進(jìn)式的槳葉可轉(zhuǎn)動(dòng)±15°，調(diào)整傾角，在試驗(yàn)性的工藝過(guò)程中作用很大?？刹鹜七M(jìn)式的槳連輪轂分成三辨，組裝方便，用在需要拆成小件的場(chǎng)合。常用介質(zhì)P<2000cP5常用運(yùn)轉(zhuǎn)速度n=100500rpm,v=315m/s,最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1750rpm,常用規(guī)格S/DJ=1或2,DJ/D=0.20.5，表面要求拋光處理的必須選用焊接型。螺桿式攪拌器此類(lèi)攪拌器為慢速型攪拌器，在層流區(qū)操作，液體沿著螺旋面上升或下降形成軸向的上下循環(huán)，適用于中高粘度液的混和和傳熱等過(guò)程，螺桿式攪拌直徑小，軸向推力大，可偏心放銘，槳葉離槽壁的距離<1/20DJ,槽壁可起擋板作用。螺桿帶上導(dǎo)流筒，軸向流動(dòng)加強(qiáng)，在導(dǎo)流筒內(nèi)外形成向下向上的循環(huán)。此時(shí)，可取導(dǎo)流筒直徑D'=0.7D,DJ/Do=0.95，常用介質(zhì)粘度口<105cP,常用運(yùn)轉(zhuǎn)速度n=0.5 50rpm,v<1m/s。三窄葉旋槳式攪拌器也是常用的旋槳式攪拌器，性能、應(yīng)用都相似，相對(duì)于寬葉旋槳式，它的排出流量小些，輸入功率小些，常用介質(zhì)粘度P<104cP,常用轉(zhuǎn)速n=60500rpm,常用尺寸DJ/D=0.20.5,B/DJ=0.2，常用左旋，可制成右旋。斜葉槳式攪拌器此攪拌器槳葉可成24。、45?；?0。傾角，有軸向分流、徑向分流，流型比平直葉槳式復(fù)雜，排出能量比平直槳高，綜合效果更好，適用過(guò)程相同，因此應(yīng)用頻率比平直葉槳式高，運(yùn)行條件同平直葉槳式。六葉開(kāi)啟渦輪式攪拌器本類(lèi)攪拌器流型為徑向流，在有擋板時(shí)可自槳葉為界形成上下兩個(gè)循環(huán)流，具有高剪切力和較大的循環(huán)能力，其中直葉開(kāi)啟渦輪式剪切力最大，彎葉開(kāi)啟渦輪式剪切力最小，斜葉開(kāi)啟渦輪居中。所以直葉開(kāi)啟渦輪更適合于分散操作過(guò)程。彎葉排出性能好，槳葉不易磨損，更適合于固體懸浮。對(duì)于固體溶解也很適合的。其它攪拌操作過(guò)程，它們都能應(yīng)用上，所以渦輪式攪拌器是操作過(guò)程適用范圍最廣的攪拌器，適用粘度范圍口<5X104，p<2000kg/m3,常用運(yùn)轉(zhuǎn)速度n=10 300rpm,v=410m/s,最高轉(zhuǎn)速可達(dá)600rpm,常用尺寸：DJ/D=0.20.5,b/DJ=0.2（寬形）,b/DJ=0.125（窄形）。本類(lèi)攪拌器葉片形狀復(fù)雜，多用于一些特殊條件下的操作過(guò)程，三葉后齒相當(dāng)于三斜葉開(kāi)啟渦輪式的葉子后緣成鋸齒狀，增大的剪切界面強(qiáng)化了小渦流的產(chǎn)生，溶解、分散能力更優(yōu)，還具有分裂粉碎的作用，適用于低粘度介質(zhì)固體溶解、分散及高粘度分散相的混合、分散。 n=100600rpm。三葉后掠式攪拌器為徑流型攪拌器，配合指型擋板可得上下循環(huán)流，循環(huán)量大，在擋板的配合下剪切作用也好，在帶橢圓底或錐底容器中，固體分散、溶解、懸浮、傳熱、液相反應(yīng)等過(guò)程都很適用。 n=100300rpm,口<104cP。HCQ異形三葉類(lèi)攪拌器攪拌器葉片形狀復(fù)雜，多用于一些特殊條件下的操作過(guò)程,三葉后齒相當(dāng)于三斜葉開(kāi)啟渦輪式的葉子后緣成鋸齒狀，增大的剪切界面強(qiáng)

化了小渦流的產(chǎn)生，溶解、分散能力更優(yōu)，還具有分裂粉碎的作用，適用于低粘度介質(zhì)固體溶解、分散及高粘度分散相的混合、分散。 n=100600rpm。四葉開(kāi)啟渦輪式攪拌器本類(lèi)攪拌器技術(shù)性能同六葉開(kāi)啟渦輪式對(duì)應(yīng)攪拌器，相同運(yùn)作條件下消耗功率、攪拌能力都次于六葉攪拌。在相對(duì)粘度高，運(yùn)轉(zhuǎn)速度大的條件下比六葉更優(yōu)，攪拌器重量輕，所以應(yīng)用也很廣泛。平直葉槳式攪拌器此類(lèi)型為最基本的一種槳型，低速時(shí)為水平環(huán)流型，層流區(qū)操作；高速時(shí)為徑流型。有擋板時(shí)，功率準(zhǔn)數(shù)值Np明顯上升，為上下循環(huán)流，湍流加強(qiáng)，適用于低粘度液的混合、分散、固體懸浮、傳熱、液相反應(yīng)等過(guò)程?？趘 2000cP,n=1100rpm,v=150m/s。常用規(guī)格DJ/D=0.350.8,b/DJ=0.100.25。當(dāng)DJ/D=0.9以上時(shí)可設(shè)銘多層槳葉，適用于高粘度液攪拌；降低槳葉離底部高度可作刮板用，防止重組份沉附底部，有用于懸浮、結(jié)晶與萃取等過(guò)程 ^電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌葉的選擇螺旋槳式（四葉片）標(biāo)準(zhǔn)型攪拌槳，使用混合介質(zhì)由上而下軸向流動(dòng)，產(chǎn)生局部的剪切力。中高速適用。螺旋槳式（三葉片）高效液體流設(shè)計(jì)，使混合介質(zhì)由上而下軸向流動(dòng)，剪切力小。中高速適用。溶解式使混合介質(zhì)上、下產(chǎn)生徑向流動(dòng)，形成強(qiáng)流和高剪切力，縮小粒徑?？梢苑鬯橐后w中的顆粒，中高速適用。離心式雙葉片隨速度增大而張開(kāi)，適用于窄口圓形容器。攪拌效果類(lèi)似于螺旋式攪拌槳（四片式）。中高速適用。扇片式產(chǎn)牛切向流動(dòng)，紊流小，熱交換性能好，攪拌性能溫和。中低速使用。錨式產(chǎn)生切向流動(dòng)，邊緣形成高剪切率。使混合介質(zhì)不易沉積在容器壁上。低速使用錨式產(chǎn)生切向流動(dòng)，邊緣形成高剪切率。使混合介質(zhì)不易沉積在容器壁上。低速使用應(yīng)用于聚合物反應(yīng)及液體小礦物質(zhì)的分散，是中高粘度介質(zhì)的理想攪拌用軸流槳比平葉和箭葉的整罐混合效果好多了，可以提高氣含率。軸流式通用發(fā)酵罐的研究現(xiàn)狀和對(duì)策崔政偉（無(wú)錫輕工大學(xué)，無(wú)錫，214036）提要分析和比較了翼形攪拌槳與圓盤(pán)渦輪槳的流體力學(xué)性能特點(diǎn)，指出了軸流式通用發(fā)酵罐的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，提出了一些今后研究的對(duì)策。關(guān)鍵詞軸流式發(fā)酵罐，溶氧，能耗發(fā)酵工業(yè)中大多數(shù)產(chǎn)品(如抗生素、味精、酶制劑等)是在發(fā)酵罐中通過(guò)深層發(fā)酵而得到的。雖然目前有各種各樣的發(fā)酵罐，如自吸式、液提式、氣升式，但發(fā)酵工廠(chǎng)用得最多的還是傳統(tǒng)的通用發(fā)酵罐。一個(gè)性能優(yōu)良的發(fā)酵罐首先要能為菌株提供良好的生長(zhǎng)和代謝環(huán)境，提高發(fā)酵單位；此外發(fā)酵罐的能耗越小越好，因?yàn)榘l(fā)酵罐的功率較大，如50m3的通用發(fā)酵罐攪拌功率約需75kW，發(fā)酵周期又長(zhǎng)，能耗費(fèi)用在產(chǎn)品成本中往往占相當(dāng)大的比例。目前傳統(tǒng)的通用發(fā)酵罐均采用徑向流式圓盤(pán)渦輪槳，其主要缺點(diǎn)是全罐的混合性能差，能耗大，目前國(guó)內(nèi)外很多人主張將圓盤(pán)渦輪槳全部或局部改為翼形槳，即所謂的軸流式通用發(fā)酵罐。自80年代以來(lái)，美國(guó)Cheminer公司和英國(guó)APV公司進(jìn)行了軸流式發(fā)酵罐的研究和實(shí)踐，其產(chǎn)品已開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。軸流式發(fā)酵罐雖然克服了傳統(tǒng)通用發(fā)酵罐的不少缺點(diǎn)，但也有弊端，需要進(jìn)一步加以克服。1單個(gè)翼形槳和渦輪槳性能的比較為使發(fā)酵菌株在合適的環(huán)境條件下充分顯示其優(yōu)越性，發(fā)酵過(guò)程中需實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐中培養(yǎng)基成分濃度、溫度和pH等的均勻，同時(shí)還需要?dú)?液接觸充分，以提供足夠的溶氧。發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)銘攪拌的首要作用是打碎氣泡，提高氣-液接觸面積，以提高氣-液間的傳質(zhì)速率；其次是為了使發(fā)酵液充分混合，液體中的固形物料保持懸浮狀態(tài)。不同型式的攪拌槳打碎氣泡的能力及流體混合的效果不一樣。因此，體積氧傳遞速率，混合性能及能耗是評(píng)價(jià)一個(gè)攪拌槳好壞的重要指標(biāo)。對(duì)于圓盤(pán)渦輪槳，其結(jié)構(gòu)形式有直葉式、彎葉式和箭葉式，葉片數(shù)量 38個(gè)，常用的為6個(gè)。在相同的攪拌功率下打碎氣泡的能力，直葉大于彎葉，彎葉大于箭葉，但其翻動(dòng)流體的能力正好相反，傳統(tǒng)通用式發(fā)酵罐最常用的是六直葉渦輪槳。翼形槳是基于機(jī)翼理論和船用螺旋槳理論等而出現(xiàn)的一種軸流攪拌槳，如圖1(a)，它的葉片采用機(jī)翼斷面，葉型參數(shù)如拱度比、沿直徑方向的螺距、弦長(zhǎng)、厚度等是變化的，葉片一般為46個(gè)，且較寬，其投影覆蓋率近90%。它不同于傳統(tǒng)的推進(jìn)式葉輪，后者葉片沿直徑方向是等厚的，一般只用3片，且葉片寬度較窄，投影覆蓋率約5%,對(duì)氣流的控制能力差，容易造成液泛。翼形槳的結(jié)構(gòu)形式也有多樣，圖1(b)是英國(guó)APV公司研制的翼形槳］1］?；旌闲阅芤硇螛慕Y(jié)構(gòu)與渦輪槳明顯不同，它能使液體同時(shí)產(chǎn)生徑向和軸向流動(dòng)，主體循環(huán)量增大，有利于罐內(nèi)發(fā)酵液混合均勻；而渦輪槳卻在罐內(nèi)形成以盤(pán)面為界的上下兩個(gè)循環(huán)區(qū)，全罐混合性差。據(jù)文獻(xiàn)［2］報(bào)道，無(wú)通氣條件下，在水或CM(水溶液中，相同單位體積功率下，單個(gè)翼形槳的混合時(shí)間是渦輪槳的一半。在通氣條件下情況比較復(fù)雜，在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，由于翼形槳攪拌所產(chǎn)生的主體循環(huán)量有限，尤其對(duì)粘性大的流體，通常不易形成罐內(nèi)循環(huán)，混合效果不很理想，通氣后，由于氣體的介入，誘導(dǎo)液體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有利于混合，此時(shí)通氣對(duì)混合有顯著的影響；當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，翼形槳攪拌產(chǎn)生的主體循環(huán)足以形成全面的整體混合，并不一定要借助氣體的誘導(dǎo)作用來(lái)促進(jìn)混合，有時(shí)還因氣體的介入而影響主體循環(huán)，此時(shí)通氣可能不利于混合的改善。渦輪槳通氣條件下功率下降幅度較大?？傊谕夂头峭獾那闆r下，翼形槳的混合效果都好于渦輪槳。由翼形槳排出流中流體速度分布，計(jì)算得到翼形槳的泵送系數(shù)Nq40.75,其泵送效率為：Nqd/Np0.67,而渦輪槳的泵送效率為0.14［3］,這也說(shuō)明翼形槳具有較好的混合效果。流體剪切速率攪拌槳產(chǎn)生的流體剪切速率大小對(duì)打碎氣泡有較大影響。翼形槳產(chǎn)生流體的最大剪切速率丫max和平均剪切速率丫av是葉輪轉(zhuǎn)速N的函數(shù)，與葉輪的直徑D無(wú)關(guān)，最大剪切速率大約是平均剪切速率的2倍，并有如下關(guān)系［3］丫max=0.113N丫av=0.056N渦輪槳產(chǎn)生流體的最大和平均剪切速率關(guān)系［3］為丫max=3.15ND丫av=0.25N渦輪槳產(chǎn)生流體的最大剪切速率不僅是葉輪轉(zhuǎn)速的函數(shù)，也是葉輪直徑的函數(shù)，其數(shù)值比翼形槳大得多。渦輪槳產(chǎn)生的高剪切速率有利于打碎氣泡，對(duì)提高氧傳遞速率有利，但剪切速率分布很不均勻，在槳葉端附近過(guò)大的剪切速率對(duì)剪切敏感的菌體（如一些絲狀菌體）有傷害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使發(fā)酵過(guò)程惡化。傳質(zhì)系數(shù)好氧發(fā)酵最為普遍，許多菌株對(duì)溶氧要求較高，因此維持較高的溶氧，對(duì)增加發(fā)酵單位非常重要；而氧在發(fā)酵液里的溶解度很低，通常比其他營(yíng)養(yǎng)成分難溶解。傳氧的關(guān)鍵是空氣向液體的傳遞。空氣通常由一根指向罐底中心的管通入液體中，考慮到清洗方便，工業(yè)發(fā)酵罐一般不加空氣分布器；空氣自管中出來(lái)后，由于通氣量相當(dāng)大，氣泡不可能為單個(gè)，而是成串產(chǎn)生，形成氣泡群，氣泡的直徑較大。為有利于氣泡的氧溶于發(fā)酵液中，要求氣液接觸面積越大越好。渦輪槳打碎氣泡的效果比翼形槳好，因此在相同的轉(zhuǎn)速下，渦輪槳的體積氧傳遞系數(shù)KLa要比翼形槳大很多。提高翼形槳的轉(zhuǎn)速，流體湍流度增大，剪切速率提高，會(huì)提高KLa。很多研究］4,5］表明，在湍流條件下，不論何種攪拌槳，氧的KLa基本相同。KLa=A（￡T）a（vs）B式中，A，a，B為與溶液性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)；￡T為通氣條件下單位體積能耗， T=Pg/V；us為氣體的表觀(guān)粘度；Pg為通氣功率；V為發(fā)酵液的體積。Nienow等［1］模擬了不同溶液，測(cè)試了（Pg/V）相同條件下，翼形槳和渦輪槳氧的體積傳質(zhì)系數(shù)KLa,兩者基本相同；戴干策等］2］試驗(yàn)結(jié)果是：在相同攪拌功率下，翼形槳體積氧傳遞系數(shù)KLa要略高于渦輪槳。能耗攪拌功率與攪拌槳一定半徑上的斷面阻力系數(shù)成正比，從流體力學(xué)的理論分析可知，渦輪直葉斷面的阻力系數(shù)遠(yuǎn)大于翼形斷面的阻力系數(shù)。理論研究］6,7］表明，渦輪槳阻力系數(shù)CD勺為2.0；翼形槳阻力系數(shù)CD二2nasinB（a為翼形攻角，B為翼形螺旋距角），由機(jī)翼理論研究結(jié)論及應(yīng)用可知，對(duì)于一個(gè)良好的翼形軸流槳而言，在典型半徑0.7R（R為槳的半徑）處，通?？?3°，b=20°,由此算得CD=0.113,此值僅為直葉槳的1/18,沿著半徑方向，由于a，B變化彳艮小，CD的變化也很小。攪拌槳的功率P可用下式計(jì)算，式中，n為轉(zhuǎn)速；r為半徑；P液體密度；h為槳高度；CD為阻力系數(shù)。由此可見(jiàn)，翼形槳的功率遠(yuǎn)小于直葉渦輪槳功率。在高雷諾數(shù)下，翼形槳功率準(zhǔn)數(shù)約為1.0（不同結(jié)構(gòu)的翼形槳其值可能有微小差異），而渦輪槳在湍流狀態(tài)下功率準(zhǔn)數(shù)5.06.0,這也說(shuō)明翼形槳的攪拌功率較?。?］。2軸流式通用發(fā)酵罐及存在的問(wèn)題工業(yè)上為了提高生產(chǎn)效率，發(fā)酵罐的體積一般較大，國(guó)內(nèi)外 200m3發(fā)酵罐已很普遍，因此工業(yè)發(fā)酵罐需多層攪拌。圖2示為傳統(tǒng)的通用發(fā)酵罐。圖3為軸流式通用發(fā)酵罐。圖3(a)是將渦輪槳全部改為翼形槳，圖3(b)保留最下一層攪拌槳仍為渦輪槳，其余改為翼形槳。與傳統(tǒng)的通用發(fā)酵罐相比，全罐的混合效果提高了，但由于翼形槳產(chǎn)生的流體剪切力小，打碎氣泡的能力差，在相同的轉(zhuǎn)速下，軸流式發(fā)酵罐的體積氧傳遞系數(shù)要比傳統(tǒng)的通用發(fā)酵罐低得多，圖3(b)雖然最下層保留了渦輪槳，發(fā)揮其打碎氣泡的能力，溶氧要比圖3(a)好，但由于工業(yè)發(fā)酵罐攪拌槳的轉(zhuǎn)速較小，不超過(guò)200r/min，而進(jìn)氣量較大，光靠1層渦輪槳?dú)馀荽蛩榈貌粔虺浞?、均勻，未打碎的氣泡?jīng)上面的翼形槳也很難打碎；不像傳統(tǒng)通用發(fā)酵罐，經(jīng)第1層渦輪槳未打碎的氣泡，可經(jīng)第2層、第3層渦輪槳繼續(xù)打碎。為保證較高的KLa,只能靠提高翼形槳的轉(zhuǎn)速，增加流體的湍流度；但轉(zhuǎn)速增大了，功耗也上升了，節(jié)能的目的可能就難以達(dá)到或節(jié)能幅度較小。此夕卜，流體的湍流度增加了，不利于微生物生長(zhǎng)代謝，理想的情況應(yīng)是在滿(mǎn)足KLa及混合均勻的條件下，流體的湍流度越小越好。從以上分析看出，目前的軸流式通用發(fā)酵罐的體積氧傳遞系數(shù)和節(jié)能之間存在矛盾，如何充分發(fā)揮翼形槳混合性能好、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，關(guān)鍵是要解決打碎氣泡問(wèn)題。在發(fā)酵罐內(nèi)打碎氣泡關(guān)鍵是靠進(jìn)氣口的第1層攪拌槳，如果能研究出一種新型攪拌槳作為第1層槳，或用其他方法，將氣泡打碎得充分、均勻，其余的使用翼形槳，起混合物料，防止氣泡聚集作用，這樣既能保證高的溶氧，又充分利用了翼形槳的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到既保證發(fā)酵單位，又大幅度節(jié)能的目的，這樣的軸流發(fā)酵罐將具有強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。3建議用翼形槳或六直葉圓盤(pán)渦輪槳作為軸流發(fā)酵罐的第1層攪拌槳都不夠理想，需要我們研究出一種新型攪拌槳作為第1層攪拌槳，或采用其他技術(shù)，使空氣一進(jìn)入發(fā)酵液就能被充分打碎。研制出真正高溶氧、低能耗的軸流發(fā)酵罐。對(duì)翼形槳的結(jié)構(gòu)參數(shù)還需進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)軸流式通用發(fā)酵罐的幾何尺寸設(shè)計(jì)也需要進(jìn)一步優(yōu)化，不能照搬傳統(tǒng)通用發(fā)酵罐的數(shù)據(jù)。1998年我設(shè)計(jì)的幾個(gè)項(xiàng)目中，均采用了軸向流攪拌器和其它攪拌器的混合使用，效果特別好，即保證了持氣率，又降低了能耗，我們?cè)?0立方，120立方，250立方，350立方均使用。但設(shè)計(jì)時(shí)要注意攪拌器與罐徑的比例啊，最好找有經(jīng)驗(yàn)的人設(shè)計(jì)，要根據(jù)你的菌種情況而設(shè)計(jì)。一般不算很大的罐(80m3以下)，好像不考慮軸向流的攪拌葉，有擋板和盤(pán)管什么的，空氣分布差不多已經(jīng)能夠滿(mǎn)足條件了，而且多增加攪拌，不僅制造成本高平時(shí)使用費(fèi)用也高，比較大的罐，如果只用徑向攪拌葉的話(huà)，是無(wú)法做到罐內(nèi)空氣分布很好的，所以必須使用軸向攪拌葉攪拌器主要分為徑向流攪拌器和軸向流攪拌器。它們?cè)诎l(fā)酵罐物料混合中的作用是不一樣的。徑向流攪拌器主要是將經(jīng)氣體分布器初步分散的氣體再進(jìn)行進(jìn)一步的分散，增大攪拌器周?chē)鷼庖洪g的表面積，從而提高溶解氧。軸向流攪拌器提供的則是全罐內(nèi)的整體流動(dòng)，它能促進(jìn)溶解氧與物料中的營(yíng)養(yǎng)成分在全罐內(nèi)的均勻分布，它的傳質(zhì)型式屬于整體對(duì)流。如果發(fā)酵罐體積較小或物料粘度低，并且菌體對(duì)溶解氧的要求不高的話(huà)，簡(jiǎn)單的數(shù)層徑流槳的組合則能滿(mǎn)足要求。如果發(fā)酵罐體積大、物料黏度高，菌種屬完全好氧菌的話(huà)，簡(jiǎn)單幾層徑流組合不能滿(mǎn)足要求，這就需要徑流槳與軸流槳進(jìn)行合理組合。通常的組合型式為：底層采用帶圓盤(pán)的徑流槳，上層采用軸流槳。這種得組合的效果較好，功耗能較完全是徑流攪拌器的組合降低，氣含率和氧傳質(zhì)系數(shù)都有明顯的提高。如何組合還需要對(duì)攪拌器具體的型式、大小、間距等進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，這可咨詢(xún)專(zhuān)門(mén)的設(shè)備制造廠(chǎng)商。不能單獨(dú)談是徑向流攪拌還是軸向流的攪拌，攪拌系統(tǒng)它是一個(gè)整體的組合。攪拌系統(tǒng)的好壞關(guān)系到功率的降低；關(guān)系到空氣消耗的降低（溶氧變好）；關(guān)系到裝料系數(shù)（液面情況）；攪拌器的主要作用是混合和傳質(zhì)，即使通入的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液充分混合，氣泡細(xì)碎以增大氣一液界面，獲得所需要的溶氧速率，并使生物細(xì)胞懸浮分散于發(fā)酵體系中，以維持適當(dāng)?shù)臍庖灰阂还蹋?xì)胞）三相的混合與質(zhì)量傳遞，同時(shí)強(qiáng)化傳熱過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)這些目的，攪拌器的設(shè)計(jì)應(yīng)使發(fā)酵液有足夠的徑向流動(dòng)和適度的軸向運(yùn)動(dòng)。攪拌葉輪大多采用蝸輪式，見(jiàn)圖14,此外，還有推進(jìn)式，見(jiàn)圖15,和Lightnin式攪拌器（軸向流型攪拌器），見(jiàn)圖16。我們知道，蝸輪式攪拌器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳遞能量高、溶氧速率高等優(yōu)點(diǎn)，但其不足之處是軸向混合較差，且其攪拌強(qiáng)度隨著與攪拌軸距離增大而減弱，故當(dāng)培養(yǎng)液較黏稠時(shí)則攪拌與混合效果大大下降。最常用的有平葉式圓盤(pán)蝸輪攪拌器、彎葉式圓盤(pán)蝸輪攪拌器和箭葉式圓盤(pán)蝸輪攪拌器，葉片數(shù)量一般為6個(gè)。圓盤(pán)蝸輪攪拌器從攪拌程度來(lái)說(shuō)，以平葉渦輪最為激烈，功率消耗也最大，彎葉次之，箭葉最小。為了拆裝方便，大型攪拌器可做成兩半型，用螺栓聯(lián)成整體。為了強(qiáng)化軸向混合，可采用蝸輪式和推進(jìn)式葉輪共用的攪拌系統(tǒng)。平葉彎葉箭葉渦輪攪拌器通用式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐中的平直葉渦輪攪拌器為什么要安一個(gè)圓盤(pán)呢？通用式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐中的平直葉渦輪攪拌器如果沒(méi)有圓盤(pán)，從攪拌器下方空氣管進(jìn)入的無(wú)菌空氣氣泡就會(huì)沿著軸部的葉片空隙上升，不能被攪拌葉片打碎，致使氣泡的總表面積減少，溶氧系數(shù)降低；同時(shí)氣泡大，上升速度快，走短路，傳質(zhì)效果差。而安一個(gè)圓盤(pán)，大的氣泡受到圓盤(pán)的阻礙，只能從圓盤(pán)中央流至其邊緣，從而被圓盤(pán)周邊的攪拌漿葉打碎、分散，提高了溶氧系數(shù)。是的，攪拌對(duì)于較大的發(fā)酵罐來(lái)講是非常重要的，目前大規(guī)模的發(fā)酵罐都在采用軸流和徑流組合的方式，既保證氧氣的打碎與傳遞，有保證混合的均勻。其實(shí)這些完全可以通過(guò)CFD模擬實(shí)現(xiàn)。發(fā)酵罐的葉輪選型方法為了在發(fā)酵罐氣體分散系統(tǒng)中，加強(qiáng)速度梯度或剪切率，形成高湍流以減少氣相和液相之間的傳質(zhì)阻力，并保持整個(gè)混合物的均勻，將徑向流渦輪攪拌器與高效軸向流攪拌葉組合起來(lái)是較佳選擇。在分散氣體作業(yè)的罐內(nèi)，攪拌葉的數(shù)日取決于通氣的液面高度和罐直徑之比。而發(fā)酵罐攪拌葉之間的距離不得小于最小攪拌葉的直徑。軸流式攪拌葉的直徑約為徑流式攪拌葉直徑的1.3倍。徑流式攪拌葉直徑為罐直徑的0.3a-0.4倍，高效軸流攪拌葉直徑為罐直徑的0.4a'0.65倍?？諝夥峙淦魑挥谧畹撞康臄嚢枞~之下。氣一液反應(yīng)器的流動(dòng)型式?jīng)Q定分散的均勻度，并A影響氣體的截留率（gasholdup）、傳質(zhì)速率和局部溶氧濃度。當(dāng)氣體流量一定時(shí)，罐內(nèi)流型取決于攪拌葉的速度。攪拌葉轉(zhuǎn)速低時(shí)，攪拌葉的作用被上升氣流吞沒(méi)，增加攪拌速度，氣體就在整個(gè)罐內(nèi)形成循環(huán)，此時(shí)這個(gè)出現(xiàn)了完全分散的攪拌速度，以Ned表示：以后再加大攪拌葉轉(zhuǎn)速，罐內(nèi)整體流型保持不變、增加攪拌強(qiáng)度也就增加了氣體截留率和傳質(zhì)速率。在整體流型變化的同時(shí)，圍繞著發(fā)酵罐攪拌葉葉片的流動(dòng)也在變化。在氣體流速低時(shí)，氣體在葉片后部形成渦流。隨著氣體策量的增加，空穴（cavity）逐漸加大，直到空穴依附到葉片后緣。氣流速度更高時(shí)就形成一系列大的空穴。攪拌器的分類(lèi)方法有很多，主要由以下幾種1） 按槳葉攪拌結(jié)構(gòu)分為平葉、斜（折）葉、彎葉、螺旋面葉式攪拌器。漿式、渦輪式攪拌器都有平葉和斜葉結(jié)構(gòu)；推進(jìn)式、螺桿式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉結(jié)構(gòu)。根據(jù)安裝要求又可分為整體式和剖分式，便于把攪拌器直接固定在攪拌軸上而不用拆除聯(lián)軸器等其他部件。2） 按攪拌器的用途分為低黏流體用攪拌器、高黏流體用攪拌器。用于低黏流體的攪拌器有：推進(jìn)式、漿式、開(kāi)啟渦輪式、圓盤(pán)渦輪式、布魯馬金式、板框漿式、三葉后完式等。用于高黏流體的攪拌器有：錨式、框式、鋸齒圓盤(pán)式、螺旋漿式、螺帶式等。3） 按流體流動(dòng)形態(tài)分為軸向流攪拌器和徑向流攪拌器。有些攪拌器在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流體即產(chǎn)生軸向流又產(chǎn)生徑向流的稱(chēng)為混合流型攪拌器。推進(jìn)式攪拌器是軸流型的代表，平直葉圓盤(pán)渦輪攪拌器是徑流型的代表，而斜葉渦輪攪拌器是混合流型的代表。反應(yīng)釜攪拌器一個(gè)好的選型方法最好具備兩個(gè)條件， 一是選擇結(jié)果合理，一是選擇方法簡(jiǎn)便，而這兩點(diǎn)卻往往難以同時(shí)具備。由于液體的粘度對(duì)攪拌狀態(tài)有很大的影響，所以根據(jù)攪拌介質(zhì)粘度大小來(lái)選型是一種基本的方法。幾種典型的攪拌器都隨粘度的高低而有不同的使用范圍。隨粘度增高的各種攪拌器使用順序?yàn)橥七M(jìn)式、渦輪式、漿式、錨式和螺帶式等，這里對(duì)推進(jìn)式的分得較細(xì)，提出了大容量液體時(shí)用低轉(zhuǎn)速，小容量液體時(shí)用高轉(zhuǎn)速。這個(gè)選型圖不是絕對(duì)地規(guī)定了使用漿型的限制，實(shí)際上各種漿型的使用范圍是有重疊的，例如漿式由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用擋板可以改善流型，所以在低粘度時(shí)也是應(yīng)用得較普遍的。而渦輪式由于其對(duì)流循環(huán)能力、湍流擴(kuò)散和剪切力都較強(qiáng)，幾乎是應(yīng)用最廣的一種漿型。根據(jù)攪拌過(guò)程的目的與攪拌器造成的流動(dòng)狀態(tài)判斷該過(guò)程所適用的漿型