一种用于大型厌氧发酵罐的多层机械搅拌装置的制作方法

本发明属于微生物发酵领域，涉及一种用于大型厌氧发酵罐的多层机械搅拌装置。

背景技术：

现有常用的搅拌器有浆式、推进式、涡轮式、框式以及螺带式。各种搅拌器都有其优缺点，都有各自的适用范围。

浆式搅拌直径最大可达3.5m，但随着搅拌直径的增大，功耗迅速上升，适用于粘度小于0.2pa.s的液体介质，搅拌容积控制在200m³以下。

涡轮式搅拌直径最大可达2.5m，但随着搅拌直径的增大，重量、功耗迅速上升，适用于粘度小于10pa.s的液体介质，搅拌容积控制在100m³以下。

推进式搅拌直径最大可达2.5m，搅拌直径越大，制造难度越大，适用于容积小、粘度小于2pa.s的液体介质。

螺带式搅拌直径最大可达4.75m，搅拌直径越大，制造难度越大，甚至无法制造、安装，适用于搅拌容积较大、对搅拌要求不严、粘度小于10pa.s的液体介质，搅拌容积控制在200m³以下。

框式搅拌直径通常在2.52m以下，随着搅拌直径的增大，功率消耗迅速增大，不适合用在直径特大的情况下。

综上所述，尽管上述搅拌器各有千秋，但搅拌直径，都不能设计得太大。显然，搅拌器功能取决于其直径、转速和轴长。

因此，对于直径大于10m、高度大于10m的厌氧罐，如何设计一款大型搅拌器既能全面充分搅拌，又不留死角，且能结构简单、安装拆卸方便，耗能小。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有厌氧发酵罐搅拌装置中搅拌器因安装位置不合理、叶片结构设计存在缺陷的问题导致罐内液体搅拌效果欠佳的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种应用于厌氧发酵罐的多层机械搅拌装置，包括厌氧罐和搅拌器,所述搅拌器包括中心搅拌器和近壁搅拌器，所述中心搅拌器处于厌氧罐中心位置，所述中心搅拌器包括设有与厌氧罐顶部和底部连接的中心转轴、设置于所述中心转轴上的复合式叶片，所述近壁搅拌器靠近厌氧罐的边侧，所述近壁搅拌器包括近壁转轴和设置于所述近壁转轴上的轴流式叶片，所述复合式叶片在搅拌工况下转动时可驱动厌氧罐内液体下上运动，所述轴流式叶片在搅拌工况下转动时可驱动罐内液体上下运动，所述中心搅拌器和所述近壁搅拌器配合以使厌氧罐内液体形成环流。

优选的，所述近壁搅拌器至少有2个以上，可根据厌氧罐水流对流或湍流均匀设置于厌氧罐周边。

优选的，所述复合式叶片包括连接于中心转轴上的内轮毂和外轮毂，所述内轮毂和外轮毂之间固接有轴流叶片，所述外轮毂的外侧设置开启涡轮式径流叶片。

优选的，所述复合式叶片设置有至少2个，可均匀布置于中心转轴上。

优选的，所述轴流式叶片设置有至少2个，可均匀布置于近壁转轴上。

优选的，所述近壁转轴的下端固定于厌氧罐的侧壁，以增加其强度和刚性。

优选的，所述中心搅拌器由上至下依次为减速机基座、减速电机、联轴器、中心转轴、复合式叶片、器底基座，复合式叶片固连于中心转轴上；所述近壁搅拌器由上至下依次为减速机基座、减速电机、联轴器、近壁转轴、轴流式叶片、侧壁固连基座，轴流式叶片固连于近壁转轴上。

优选的，所述中心搅拌器和近壁搅拌器均由多段转轴通过法兰连接，并在法兰上设置加强肋板，以增加其强度和刚性，轮毂通过铆钉连接固定于转轴上。

优选的，所述开启涡轮式径流叶片为多个，径流叶片叶面与水平面成90°角，其轴流叶片为三叶推进式叶片，叶片与水平面均成一定角度上翻，涡轮式径流叶片在转动时产生径向推力，促使液体能由中心向壁面流动。

优选的，所述近壁搅拌器上的轴流式叶片为推进式或浆式叶片，近壁搅拌器的轮毂连接固定于近壁转轴上，轴流式叶片在转动时产生竖直方向上的推力以使汇聚于壁面附近的液体上下流动。

本发明与现有的技术相比，有以下优点：复合式叶片安装在中心搅拌器上，轴流式叶片安装于近壁搅拌器上，如果中心搅拌器驱动液体产生自下而上的流动则近壁搅拌器驱动液体产生自上而下流动，形成上下循环流，既有很强的对流作用又有很强的扩散能力，可以让物料搅拌得更加充分，混合得更加均匀，提高产气量，是进行搅拌操作的良好流型。

附图说明

图1为本发明一种用于大型厌氧发酵的机械搅拌装置的结构示意图；

图2为本发明的近壁搅拌器安装示意图(箭头表示一个实施例的物料流动方向)；

图3为本发明的中心搅拌器安装示意图(箭头表示一个实施例的物料流动方向)；

图4为本发明的复合式叶片示意图。

附图标记：1、减速电机；2、减速机基座；3、近壁联轴器；4、近壁转轴；5、轴流式叶片；6、侧壁固连基座；7、厌氧罐；8、导流板；9、器底基座；10、复合式叶片；11、中心转轴；12、中心联轴器；13、中心减速机基座；14、上基座；301、轴流叶片轮毂；302、搅拌叶片；303、近壁转轴段；401、开启涡轮式径流叶片；402、中心转轴段；403、轴流叶片；404、内轮毂；405、外轮毂。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述。该实例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

如图1所示，本发明提供了一种应用于厌氧发酵罐的多层机械搅拌装置，包括厌氧罐7和搅拌器,所述搅拌器包括中心搅拌器和近壁搅拌器，所述中心搅拌器处于厌氧罐7中心位置，所述中心搅拌器包括设有与厌氧罐7顶部和底部连接的中心转轴11、设置于所述中心转轴11上的复合式叶片10，所述近壁搅拌器靠近厌氧罐7的边侧，所述近壁搅拌器包括近壁转轴4和设置于所述近壁转轴4上的轴流式叶片5，所述复合式叶片10在搅拌工况下转动时可驱动厌氧罐7内液体下上运动，所述轴流式叶片5在搅拌工况下转动时可驱动罐内液体上下运动，所述中心搅拌器和所述近壁搅拌器配合以使厌氧罐7内液体形成环流。

搅拌器形成环流方式，可以是：(1)轴流式叶片5驱动罐内液体从上至下流动，相应地复合式叶片10驱动罐内液体从下至上流动；(2)轴流式叶片5驱动罐内液体从上至下流动，相应地复合式叶片10驱动罐内液体从下至上流动。通过此种方式，增强搅拌器内液体的搅拌效果。

优选地，近壁搅拌器至少设置有2个以上，可以根据氧罐水流对流或湍流均匀设置于厌氧罐7周边。当然，也可以根据流体情况非均匀布置在厌氧罐7周边。至于近壁搅拌器与厌氧罐7侧壁的距离，也可以根据实际情况来布置。

优选实施例之一，厌氧罐7可以设置成高径比0.8:1，直径11.46m、高9.8m的圆柱形容器，所述厌氧罐7容积为980m³。

关于更具体的连接方式，可以采用如下结构：(1)中心搅拌器和近壁搅拌器可以是由多段转轴段通过法兰连接在一起，更进一步地，可以在法兰上设置加强肋板，在保证功能的前提下，增加其强度和刚性，保证传动过程平稳，通过此种方式可以减少搅拌转轴的制造难度，便于拆卸更换，减少费用；(2)中心搅拌器和近壁搅拌器可以通过轴承安装于基座上，可以保证传动过程平稳；(3)轴流式叶片5的叶片可以焊接固定于轴流叶片403轮毂301之上，轴流叶片403轮毂301通过铆钉连接固定于近壁转轴4上；复合式叶片10的轴流叶片403可以焊接固定于内轮毂404上，内轮毂404通过铆钉连接固定于中心转轴11上。

相较于传统地浆式、框式搅拌方式，本发明公开的大型搅拌器既能充分搅拌均匀，改善物料的搅拌效果和使物料在厌氧罐7内上下循环流动，能减少罐内浆体物料在搅拌时沉积于罐底，减少厌氧罐7内搅拌死角，使其纳污除污以及沼气生产效果好。

尤其是对于大直径、高深度的搅拌容器，最理想的流型是液体沿搅拌轴自下而上，再沿器壁附近自上而下。这种上下循环流，既具有很强的对流作用又拥有很强的湍流扩散能力，是进行液体搅拌操作的良好流型。

优选地，所述复合式叶片10包括连接于中心转轴11上的内轮毂404和外轮毂405，所述内轮毂404和外轮毂405之间固接有轴流叶片403，所述外轮毂405的外侧设置开启涡轮式径流叶片401。具体实施例方式之一，可以是：成上翻一定角度的轴流叶片403能够使靠近厌氧罐7中心的物料由下而上流动，开启涡轮式径流叶片401可以将厌氧罐7中心附近向两侧罐壁处流动，所以开启复合式叶片10后，可以同时驱动中心搅拌器附近的流体向上和四周湍流扩散。

所述复合式叶片10设置有至少2个，可均匀布置于中心转轴11上。也可以根据厌氧罐7的深度、中心转轴11的长度来决定实际需要布置的个数。

设置于厌氧罐7周边的近壁搅拌器上布置有轴流式叶片5，所述轴流式叶片5设置有至少2个，可均匀布置于近壁转轴4上。具体实施例方式之一，可以是：搅拌叶片302与水平面成一定角度的下翻，搅拌叶片302转动时能够使靠近厌氧罐7壁附近的物料由上而下流动。其中，近壁转轴4的下端可以靠近厌氧罐7的底部，可以增强环流能力。所述近壁转轴4的下端固定于厌氧罐7的侧壁，以增加其强度和刚性。

优选地，所述中心搅拌器由上至下依次为减速电机1、中心减速机基座13、中心联轴器12、中心转轴11、复合式叶片10、器底基座9，复合式叶片10固连于中心转轴11上；所述近壁搅拌器由上至下依次为减速机基座2、减速电机1、近壁联轴器3、近壁转轴4、轴流式叶片5、侧壁固连基座6，轴流式叶片5固连于近壁转轴4上。

优选地，所述开启涡轮式径流叶片401为多个，径流叶片叶面与水平面成90°角，其轴流叶片403为三叶推进式叶片，轴流叶片403与水平面均成一定角度上翻，涡轮式径流叶片在转动时产生径向推力，促使液体能由中心向壁面流动。

复合式叶片10的内轮毂404与中心转轴11通过铆钉连接固定在一起，方便拆卸和更换；中心转轴11上端和下端设置有上基座14和器底基座9，其内有轴承，通过轴承支撑转轴转动，保证其运行平稳性。厌氧罐7周边均匀分布有近壁搅拌器，近壁搅拌器由上而下依次安装有减速电机1、减速电机基座2、近壁联轴器3、近壁转轴、多层轴流式叶片5、侧壁固连基座6；减速电机1固定安装在减速电机基座2上，通过近壁联轴器与近壁转轴转动连接；近壁转轴上均布安装有2层以上轴流式叶片5，轴流式叶片5的轮毂与近壁转轴通过铆钉连接固定在一起，方便拆卸和更换；近壁转轴下端设置有侧壁固连基座6，其内有轴承，保证其运行平稳性。

中心转轴11由多段中心转轴段402连接组成，近壁转轴4由多段近壁转轴段303连接组成，每段转轴段两端均设置法兰并在其上设置加强肋板，多段转轴段通过法兰连接于一体，保证装置运行过程中的平稳性的同时，也降低了转轴的制造难度，方便拆卸和更换，节省成本。

如图2所示，两层轴流式叶片5安装在近壁转轴4上，其轴流叶片轮毂301通过铆钉与转轴固定在一起，可拆卸，方便更换；轴流式叶片5可以采用推进式，其叶片与水平面成下翻的一定角度，高速旋转时，能够带动物料由上往下流动。

如图3和图4所示，三层复合式叶片10分别安装在中心转轴11上，其径流叶片是开启涡轮式径流叶片401，为8片，与水平面成90°角，焊接于外轮毂405上；其轴流叶片403为三叶推进式叶片，叶片与水平面均成一定角度上翻；其内轮毂404与转轴通过铆钉固定连接，可拆卸，方便更换；外轮毂405与轴流叶片403焊接在一起，一同转动；高速旋转时，能够带动物料由下往上流动。

以下是具体使用实施例之一，往厌氧罐7内投入处理过后的畜禽粪便，稳定过后，启动位于发酵罐顶部的减速电机1，带动中心搅拌器上的中心转轴11开始转动，搅拌器开始搅拌；待搅拌处于稳定状态时，中心搅拌器上的多层复合式叶片10使厌氧罐7中心附近空腔内形成自下而上的流场，使得中心搅拌器附近的物料由下而上流动；若复合式叶片10上设置有开启涡轮式径流叶片401则同时在径向方向也具有良好的径向剪切能力，能使处于中心搅拌器附近的物料向两侧近壁处流动，让物料在径向方向上也具有良好的对流循环能力，对附着于厌氧罐7壁上的物料也具有有良好的冲击力，避免物料堆积附着于厌氧罐7壁上。同时，安装于近壁搅拌器上的多层轴流式叶片5能使厌氧罐7壁附近形成自上而下的流场，使得汇聚于厌氧罐7壁附近的物料自上而下流动。

以上这种循环流动使得靠近厌氧罐7中心处，物料由下而上翻滚流动，靠近厌氧罐7壁处，物料由上而下流动。物料自上而下的运输难免在厌氧罐7底部形成浓度较高的物料，时间一久容易形成沉淀，且底部存在一般搅拌难以影响到的死角，在厌氧罐7底布置一圈导流板8，当物料沿着厌氧罐7壁由上往下流动时，避免物料堆积在厌氧罐7底，朝着靠近厌氧罐7中心处流动；这种上下循环流，既有很强的对流作用又有很强的湍流扩散能力，可以让物料搅拌的更加充分，混合的更加均匀，提高产气量。

以上所述是本发明的一种实施方式，应当理解，实际的结构不局限于此，在不脱离本发明所述原理的前提下，对本发明作出的若干改动也应视为本发明的保护范围。