专利名称：搅拌装置和生化反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生化反应领域，具体地，涉及一种对物料进行搅拌的搅拌装置和一种包括该搅拌装置的生化反应器。
背景技术：
在生化反应中通常会对待反应的物料加入生化反应器中，然后利用生化反应器中的搅拌装置对物料进行搅拌。例如，在制备一种发酵有机酸时就需要用具有搅拌装置的生化反应器。所述发酵有机酸在食品、饮料、医药、化工、洗涤等领域应用十分广泛。发酵后的有机酸液体中，除含有主要产物有机酸外，还含有纤维、菌体、有机杂酸等杂质。通过加入碳酸钙(CaCO3)等钙盐与溶液中的有机酸发生中和反应，生成溶解度极小的有机酸钙盐或有机酸氢钙，过滤后得到有机酸钙盐或有机酸氢钙。此时的中和反应在具有搅拌装置的生化反应器中进行。将含有有机酸的溶液加入生化反应器中，然后将碳酸钙等钙盐加入生化反应器中，启动搅拌装置进行搅拌，以使得碳酸钙等钙盐与溶液中的有机酸充分反应，生成有机酸钙盐或有机酸氢钙。将过滤得到的有机酸钙盐或有机酸氢钙调浆后，加入强酸(如H2SO4)产生复分解反应(即酸解)，生产溶解度极小的硫酸钙盐，过滤后得到有机酸溶液。此时的复分解反应同样是在具有搅拌装置的生化反应器中进行的，在反应时同样需要启动搅拌装置。图1中所示的是一种常用的生化反应器，该生化反应器包括罐体20和设置在罐体20内的搅拌装置10。该搅拌装置10包括搅拌轴11和环绕该搅拌轴11设置的叶片12，该叶片12为矩形板状，倾斜地设置在搅拌轴11的外表面上。但是，在进行中和反应时，利用生化反应器中的搅拌装置10对钙盐和含有有机酸的溶液进行搅拌获得固体颗粒悬浮液后，对其进行取样检测后发现，上部固液比平均为51.8%，下部固液比平均为55.6%，混合不均匀。在有机酸钙盐或有机酸氢钙加入强酸产生复分解反应时，硫酸I丐盐晶体中包夹有机酸I丐盐或有机酸氢I丐，检测分析包夹量为0.1%,说明物料反应不完全。因此，如何使得生化反应器中的物料混合更均匀、反应更充分成为本领域亟待解决的技术问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种搅拌装置和一种包括该搅拌装置的生化反应器。利用设置有所述搅拌装置的生化反应器能够使添加至该生化反应器中的物料混合更均匀。为了实现上述目的，作为本实用新型的一个方面，提供一种搅拌装置，该搅拌装置包括搅拌轴和设置在该搅拌轴一端的至少一层叶片层，每层所述叶片层都包括多个根部固定在所述搅拌轴的外表面上的多个叶片，该多个叶片环绕所述搅拌轴均匀设置，其中，所述叶片的根部与水平方向之间的夹角大于所述叶片的端部与水平方向之间的夹角，且所述叶片的断面为向上凸起的弧形。优选地，所述叶片的根部与水平方向之间的夹角为45°至55°。优选地，所述叶片的端部与水平方向之间的夹角为20°至30°。优选地，所述叶片的根部的宽度大于该叶片的端部的宽度。优选地，所述叶片的根部的宽度与该叶片的端部的宽度之比为1.8至2.7。优选地，该搅拌装置包括多层叶片层，该多层叶片层沿所述搅拌轴的轴向间隔设置。优选地，该搅拌装置包括2至3层所述叶片层。作为本实用新型的另一个方面，还提供一种生化反应器，该生化反应器包括罐体和设置在该罐体内的搅拌装置，其中，该搅拌装置为本实用新型所提供的上述搅拌装置。优选地，所述搅拌轴的轴线与所述罐体的轴线之间存在距离。优选地，所述罐体的高度与该罐体的直径之比为1.25至1.35。优选地，所述罐体的内表面的表面粗糙度在Ra0.4至Ral.0之间。通过将叶片设置为根部与水平方向之间的角度大于端部与水平方向之间的角度可以使叶片根部对生化反应器中的物料产生较大的推动力，而叶片端部对生化反应器中的物料产生较小的推动力，既能够使物料搅拌均匀，又能够降低搅拌物料时的能耗。本实用新型的其他特征和 优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:图1是现有的生化反应器的主视图不意图；图2是本实用新型所述的搅拌装置的一部分的主视图；图3是图2中所示的搅拌装置的俯视图；图4是图2中所示的搅拌装置的叶片的A-A断面图；图5是本实用新型所述的生化反应器的主视图示意图。附图标记说明10 搅拌装置 11 搅拌轴12 叶片20 罐体
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，所述“水平方向”是指图2和图4中的水平方向，“上、下”方向是指图2和图4中的“上、下”方向。如图2至5中所示，作为本实用新型的一个方面，提供一种搅拌装置，该搅拌装置包括搅拌轴11和设置在该搅拌轴11 一端的至少一层叶片层，每层所述叶片层都包括多个根部固定在搅拌轴11的外表面上的多个叶片12，该多个叶片12环绕所述搅拌轴11均匀设置，其中，叶片12的根部与水平方向之间的夹角α大于叶片12的端部与水平方向之间的夹角β，且叶片12的断面为向上凸起的弧形。当所述搅拌装置用于生化反应器中时，由于叶片12的根部以及叶片12的端部均与水平方向之间存在夹角，因此，在搅拌轴11转动时，叶片12推动物料绕搅拌轴11搅拌的同时还会使物料沿搅拌轴11的轴向方向移动，从而能够使生化反应器内上方的物料和下方的物料混合均匀。当叶片12随搅拌轴11转动时，叶片12的根部对物料的推动力大于叶片12的端部对物料的推动力，而叶片12端部的线速度大于叶片12的根部的线速度，因此，将叶片12设置为上述结构之后可以使生化反应器中的物料绕搅拌轴11的移动速度较为均匀，从而使得整个生化反应器中的物料混合更均匀。同时，叶片12的端部受到的阻力小于叶片12的根部受到的阻力，从而降低了叶片12整体上受到的阻力。因此，利用本实用新型所述的搅拌装置搅拌物料可以在不减弱搅拌效果的同时降低搅拌装置的整体能耗。并且，如图4中所示，叶片12的断面为向上凸起的圆弧形，有利于物料在叶片12表面流动，并且有利于对物料进行搅拌。按照上述方式设置叶片12的另一个优点还在于，叶片12端部受到较小阻力，使得叶片12根部受到较小的弯矩，延长了叶片12的使用寿命。并且，按照上述方式设置叶片12之后，叶片12被整体扭转，使得该叶片12的断面呈圆弧形，有利于增加叶片12的刚度，防止叶片12变形，提高叶片12的使用寿命。每层叶片层都包括多个叶片12，在图3中所示的本实用新型的一种实施方式中，每层叶片层包括三个叶片12。叶片12的根部与水平方向之间的夹角越大则对物料的推动力越大，且叶片12根部自身受到的阻力也越大；叶片12的根部与水平方向之间的夹角越小则对物料的推力越小，叶片根部自身受到的阻力也越小。为了使叶片12的根部对物料产生足够推动力的同时不会受到过大的阻力，优选地，如图2中所示，叶片12的根部与水平方向之间的夹角α可以为45°至55°。同理，为了使叶片12的端部对物料产生足够推动力的同时不受到过大的阻力，如图2中所示，优选地，叶片12的端部与水平方向之间的夹角β可以为20°至30°。由于叶片12端部的线速度大于叶片12根部的线速度，为了使叶片12对物料的搅拌更加均匀，叶片12的根部的宽度BI可以大于该叶片12的端部的宽度Β2，如图3中所示。优选地，叶片12的根部的宽度BI与该叶片12的端部的宽度Β2之比为可以1.8至2.7，从而使物料沿生化反应器径向均衡流动，达到搅拌充分的效果。为了使生化反应器轴向方向的物料混合均匀，优选地，所述搅拌装置可以包括多层叶片层，该多层叶片层沿所述搅拌轴11的轴向间隔设置。可以根据生化反应器的高度来设置搅拌轴11上的叶片层的层数。通常，所述搅拌装置上可以设置2至3层所述叶片层。如图4中所示，在本实用新型的一种实施方式中，搅拌装置设置有2层所述叶片层.[0047]作为本实用新型的另一个方面，还提供一种生化反应器，该生化反应器包括罐体20和设置在该罐体20内的搅拌装置10，其中，该搅拌装置10为本实用新型所提供的上述搅拌装置。[0048]将本实用新型所述的搅拌装置10应用于生化反应器中之后可以在不提高能耗的前提下使罐体20内的物料反应更均匀。图4中所示的是本实用新型所述的生化反应器的一种优选实施方式，所述搅拌轴11的轴线LI与罐体20的轴线L2之间存在距离d，从而可以在搅拌罐体20内的物料时在物料中产生湍流(即，物料颗粒与颗粒之间具有相对运动)，使物料混合更均匀。在本实用新型中，可以根据罐体20的内径以及叶片层的直径来确定距离d。距离d可以为叶片层半径的三分之二左右，并且为罐体20内半径的三分之一左右。为了使罐体20内的物料上下混合均匀，优选地，罐体20的高度与该罐体20的直径之比可以为1.25至1.35。从而可以使罐体20底部的物料很容易地到达罐体20的顶部。[0051 ] 为了降低物料在罐体20的内表面上结垢，优选地，罐体20的内表面的表面粗糙度可以在Ra0.4至Ral.0之间。经试验结果表明，当罐体20的内表面粗糙度为Ra0.8时，罐体20的内表面上的结垢比内表面粗糙度为Ra3.2的罐体上的结垢少80%左右。下面介绍图4中所示的生化反应器的优选实施方式。在该实施方式中，搅拌装置10的叶片12根部与水平方向之间的夹角为50°，叶片12端部与水平方向之间的夹角为25。，搅拌装置10设置有两层叶片层，每层叶片层具有三个叶片12，每个叶片的根部的宽度与端部的宽度之比为2.2。罐体20的高度与该罐体20的直径之比为1.3，罐体20的内表面粗糙度为Ra0.8。在利用上述生化反应器进行有机酸钙盐或有机酸氢钙加入强酸产生复分解反应时，搅拌轴转速为50r/min。搅拌完成后，对上下部分别取样检测，上部固液比均为52.6%，下部固液比均为53.8%，符合混合的要求。并且硫酸钙晶盐中没有包夹有机酸钙或有机酸氢钙，物料反应完全。此外，生化反应器的单位体积能耗为0.06KW/m3，装置节能达到70%以上。以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式
中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
权利要求1.一种搅拌装置，该搅拌装置包括搅拌轴(11)和设置在该搅拌轴(11) 一端的至少一层叶片层，每层所述叶片层都包括多个根部固定在所述搅拌轴(11)的外表面上的多个叶片(12)，该多个叶片(12)环绕所述搅拌轴(11)均匀设置，其特征在于，所述叶片(12)的根部与水平方向之间的夹角(α )大于所述叶片(12)的端部与水平方向之间的夹角(β )，且所述叶片(12)的断面为向上凸起的弧形。
2.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述叶片(12)的根部与水平方向之间的夹角(α )为45°至55°。
3.根据权利要求2所述的搅拌装置，其特征在于，所述叶片(12)的端部与水平方向之间的夹角(β )为20°至30°。
4.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述叶片(12)的根部的宽度(BI)大于该叶片(12)的端部的宽度(Β2)。
5.根据权利要求4所述的搅拌装置，其特征在于，所述叶片(12)的根部的宽度(BI)与该叶片(12)的端部的宽度(Β2)之比为1.8至2.7。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的搅拌装置，其特征在于，该搅拌装置包括多层叶片层，该多层叶片层沿所述搅拌轴(11)的轴向间隔设置。
7.根据权利要求6所述的搅拌装置，其特征在于，该搅拌装置包括2至3层所述叶片层。
8.一种生化反应器，该生化反应器包括罐体(20)和设置在该罐体(20)内的搅拌装置(10)，其特征在于，该搅拌装置(10)为权利要求1至7中任意一项所述的搅拌装置。
9.根据权利要求8所述的生化反应器，其特征在于，所述搅拌轴(11)的轴线(LI)与所述罐体(20)的轴线(L2)之间存在距离(d)。
10.根据权利要求8所述的生化反应器，其特征在于，所述罐体(20)的高度与该罐体(20)的直径之比为1.25至1.35。
11.根据权利要求8至10中任意一项所述的生化反应器，其特征在于，所述罐体(20)的内表面的表面粗糙度在Ra0.4至Ral.0之间。
专利摘要本实用新型公开了一种搅拌装置，该搅拌装置包括搅拌轴(11)和设置在该搅拌轴一端的至少一层叶片层，每层所述叶片层都包括多个根部固定在所述搅拌轴的外表面上的多个叶片(12)，该多个叶片环绕所述搅拌轴均匀设置，其中，所述叶片的根部与水平方向之间的夹角(α)大于所述叶片的端部与水平方向之间的夹角(β)。本实用新型还公开一种包括所述搅拌装置的生化反应器。通过将叶片设置为根部与水平方向之间的角度大于端部与水平方向之间的角度可以使叶片根部对生化反应器中的物料产生较大的推动力，而叶片端部对生化反应器中的物料产生较小的推动力，既能够使物料搅拌均匀，又能够降低搅拌物料时的能耗。
文档编号B01J19/18GK202983615SQ20122075304
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者周友超, 孙礼金, 苏传春 申请人:中粮生物化学(安徽)股份有限公司