本发明涉及一种组合式单框搅拌桨，用于搅拌混合领域，具体地用于搅拌混合及发酵领域。
背景技术：
搅拌设备在发酵领域广泛应用，其时常运用于两相或三相的操作条件。在生物发酵过程中，时常伴随着传热传质和生物反应，需要向发酵装置通入气体，使其与发酵液充分地混合，气体在发酵液中的分散程度对于最终发酵性能有决定性影响，在高黏度的发酵体系下，其影响程度更大。搅拌桨是实现混合及分散效果的主要装置，目前的搅拌桨在高黏度发酵领域的混合和分散效果不理想。同时，在整个发酵过程中，发酵液的黏度从中低黏度逐渐向高黏度变化，其变化范围较大，这对搅拌桨在较大黏度变化范围内的适应性提出了更高的要求。例如，高黏度专用搅拌桨适用的黏度范围较窄，采用高黏度专用搅拌桨在中低黏度阶段的混合和分散效果较差。
技术实现要素：
针对上述情况，本发明设计一种组合式单框搅拌桨，将其与传统搅拌桨进行组合，并应用于发酵过程，以此解决发酵过程中的气液混合不充分，较高黏度发酵过程中气体分散不均匀的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种组合式单框搅拌桨，包括矩形外框、转轴、紧固螺钉、开槽斜式桨叶、半圆式平直桨叶，其特征在于：所述组合式单框搅拌桨的矩形外框上组合布置有开槽斜式桨叶和半圆式平直桨叶，对发酵液产生混沌混合效果；所述组合式单框搅拌桨与内搅拌桨和增强搅拌桨组合使用，所有搅拌桨均通过紧固螺钉固定在转轴上，内搅拌桨安装在外单框搅拌桨的中间位置，增强搅拌桨安装在外单框搅拌桨的上端或下端，一起对发酵液进行搅拌。单框搅拌桨主要对发酵液中加入的气体进行充分分散，并与内搅拌桨、增强搅拌桨形成内循环系统，进一步促进发酵液的混合与气体的分散。
进一步地，所述搅拌桨矩形外框上的开槽斜式桨叶和半圆式平直桨叶错落布置于两侧，相同形状桨叶的布置位置相对于搅拌桨形状中心对称。
进一步地，所述搅拌桨矩形外框上的桨叶分为轴向流桨叶和径向流桨叶两种类型，轴向流桨叶采取平直叶，径向流桨叶采取45°斜叶，其中平直叶形状呈多个半圆形或正弦(余弦)形，在搅拌发酵液时对发酵液产生充分地扰动，加强混合；斜叶下方的连接部分开设有一个矩形或三角形槽口，圆角过渡，在减少阻力的同时对发酵液进行进一步剪切，以加强混合效果，斜叶均沿上方倾斜，对气体的向上分散具有导向作用。
进一步地，所述组合式单框搅拌桨外框截面采用圆形结构，整体呈圆柱形结构，与片状结构相比，具有更好的剪切效果。
进一步地，所述组合使用的内搅拌桨和增强搅拌桨为轴向或径向流搅拌桨，对发酵液进行充分混合。
本发明技术方案的有益效果是：本发明公开的组合式单框搅拌桨结构简单，加工制造方便，适于大批量加工生产，并且能够与现有生产技术成熟的多种轴向或径向流搅拌桨组合使用，具有很强的适用性。组合式单框搅拌桨的创新型结构能够实现发酵过程中外流场的混合及气体在发酵液中的充分分散，使发酵体系中混合及分散效果更好。同时，组合式单框搅拌桨具有较小的体积，对于提高发酵罐内的空间利用和降低搅拌设备的功率消耗十分有利。
附图说明：
图1是本发明一种组合式单框搅拌桨的结构示意图。
图2是本发明组合式单框搅拌桨与内搅拌桨和增强搅拌桨的组合使用示意图。
图中：1、矩形外框；2、转轴；3、紧固螺钉；4、开槽斜式桨叶；5、半圆式平直桨叶；6、组合式单框搅拌桨；7、内搅拌桨；8、增强搅拌桨。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细描述。
结合附图1，本发明一种组合式单框搅拌桨的具体结构形式如图1所示：1为矩形外框，2为转轴，3为紧固螺钉，4为开槽斜式桨叶，5为半圆式平直桨叶。组合式单框搅拌桨通过3紧固螺钉固定连接在2转轴上，1矩形外框具有圆形截面结构，该结构旨在形成绕流，对流体具有剪切作用，绕流能减少液体的流动阻力；4开槽斜式桨叶和5半圆式平直桨叶焊接于矩形外框上，开槽斜式桨叶的焊接区域开设有1个矩形槽，其目的在于对流场进行局部剪切，进而形成新的混沌区域，半圆式平直桨叶的半圆结构能够对外流场形成小范围扰动，加强其混合效果。整个矩形外框上的桨叶从位置上按中心对称分布于矩形外框的四周，并呈现错落分布的形式，旨在与内搅拌桨组合产生倾斜流动区域，使发酵液混合更加均匀。
结合附图2，本发明一种组合式单框搅拌桨在应用过程中与现有轴向流或径向流搅拌桨进行组合使用。其中6为组合式单框搅拌桨，作为组合形式的主要体现部分；7为内搅拌桨，用于与单框搅拌桨形成内部搅拌组合，其搅拌桨形式不作更为细致的要求，因此在图2中仅作示意展示；8为增强搅拌桨，分布于单框搅拌桨的上端和下端，其搅拌桨形式也不作更细致要求。图2中所示意的搅拌桨均可使用现有搅拌桨，不需再单独对其结构进行创新设计，体现了本发明组合式单框搅拌桨具有广泛的适应性。
图2中组合式单框搅拌桨与其余桨的组合形式为其最终在发酵过程中所使用的形式之一。在发酵初期，整个发酵液的黏度不高，流场以湍流形式为主，通入气体后，组合式单框搅拌桨主要对矩形外框旋转区域及周边的流场进行混合，并对矩形外框旋转区域及周边的气体进行充分分散；内搅拌桨与上端和下端增强搅拌桨则发挥其原有的搅拌混合作用。在发酵中后期，发酵液黏度非常高，发酵液本身多具有假塑性流体性质，其黏度随剪切而变稀，因此，整个发酵罐内的液体均需保持一定的剪切速度，以避免出现绝对速度过低而导致的黏度过高的状态。组合式单框搅拌桨能够使整个发酵液的外部区域保持一定的流动速度，并且与内搅拌桨共同作用，形成与水平面斜45°的流体流动，并在该流动方向上带动发酵液翻转式流动，在发酵液翻转式流动的同时，增强搅拌桨的桨叶上下两侧均具有液体排出区域，此排出区域将液体带入组合式单框搅拌桨和内搅拌桨形成的流场内，使其进一步混合，从而整个搅拌体系中的混沌效果变得更加显著。
应当说明，本发明的具体实施方式只是多种实施方式中的一种，其目的在于从事本领域的技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。本发明具体实施方式中关于组合式单框搅拌桨的边框形状、半圆式平直桨半圆的个数、倾斜式桨开槽的个数和槽的形状以及分布于边框上桨的个数均可由技术人员作出相关变动，但根据本发明的精神和原则所作的任何修改、等效变化和改进等，均应包含在本发明要求的保护范围之内。