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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 新型反沖式發(fā)酵料液混合攪拌裝置
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 新型反沖式發(fā)酵料液混合攪拌裝置擯棄了傳統(tǒng)的攪拌裝置的設(shè)計(jì)思想，充分結(jié)合了機(jī)械攪拌和液體攪拌的優(yōu)點(diǎn)，利用泵作為動(dòng)力源帶動(dòng)料液形成的流場(chǎng)效應(yīng)，同時(shí)采用了料液孔口出流和反沖作用原理，使料液在攪拌過(guò)程中始終處于由罐體內(nèi)-外-內(nèi)的動(dòng)態(tài)循環(huán)中，使料液混合更加均勻。
- 詳細(xì)介紹：
- 新型反沖式發(fā)酵料液混合攪拌裝置擯棄了傳統(tǒng)攪拌裝置的設(shè)計(jì)思想，采用了料液孔口出流和反沖作用原理，充分結(jié)合了機(jī)械攪拌和液體攪拌的優(yōu)點(diǎn)。利用泵的作用使料液在發(fā)酵罐體內(nèi)循環(huán)流動(dòng)產(chǎn)生流場(chǎng)效應(yīng)，使處于動(dòng)態(tài)的料液流經(jīng)反沖旋轉(zhuǎn)管出流孔口時(shí)，形成圓周方向反沖旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，再利用反沖旋轉(zhuǎn)管帶動(dòng)推進(jìn)攪拌器。實(shí)現(xiàn)了罐體內(nèi)料液各層及層與層之間充分混合均勻。利用液面和反沖旋轉(zhuǎn)管相對(duì)位置關(guān)系，減少了旋轉(zhuǎn)阻力，實(shí)現(xiàn)了破除浮渣層的作用。同時(shí)，推進(jìn)攪拌器的工作防止了出料口的堵塞。料液在動(dòng)態(tài)循環(huán)中充分混合均勻，而不會(huì)附帶產(chǎn)生對(duì)發(fā)酵不利的因素。 新型反沖式發(fā)酵料液混合攪拌裝置使料液始終處在動(dòng)態(tài)循環(huán)流動(dòng)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)罐外加熱，熱量利用率高，混合均勻程度好。且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用有效發(fā)酵容積小，動(dòng)力消耗低，對(duì)微生物破壞弱，料液混合充分，攪拌完全，密封可靠的優(yōu)點(diǎn)。裝置同步實(shí)現(xiàn)布料、混合攪拌、破除浮渣層、防止出料口堵塞和固相沉積的綜合功能。 這種在新思想、新原理結(jié)合下產(chǎn)生的新型反沖式發(fā)酵料液混合攪拌裝置，成本低，厭氧發(fā)酵效果好，生產(chǎn)力大大提高，具有廣泛的實(shí)用性。為打破我國(guó)高寒地區(qū)沼氣能源的開(kāi)發(fā)利用的瓶頸，實(shí)現(xiàn)高寒地區(qū)生物質(zhì)能源的工業(yè)化生產(chǎn)，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的：為了解決現(xiàn)有的機(jī)械攪拌、氣體攪拌和液體攪拌存在的問(wèn)題，進(jìn)一步促進(jìn)厭氧發(fā)酵領(lǐng)域的發(fā)展，特別是為了打破我國(guó)高寒地區(qū)沼氣能源的工業(yè)化生產(chǎn)受氣候影響的瓶頸，新型反沖式發(fā)酵料液混合攪拌裝置的發(fā)明具有一定得現(xiàn)實(shí)意義。 基本思路：此新型攪拌裝置充分結(jié)合機(jī)械攪拌和液體攪拌的優(yōu)點(diǎn)，采用泵作為動(dòng)力源，使料液在攪拌過(guò)程中由內(nèi)-外-內(nèi)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)循環(huán)。料液在由n型管進(jìn)入罐體時(shí)，形成反沖力，帶動(dòng)攪拌器。這種攪拌方式使料液混合更加均勻。 創(chuàng)新點(diǎn)：此新型攪拌裝置擯棄了傳統(tǒng)的動(dòng)力源電動(dòng)機(jī)，采用泵為動(dòng)力源，使料液始終處于由內(nèi)-外-內(nèi)的動(dòng)態(tài)循環(huán)中，同時(shí)利用孔口出流和反沖作用原理，使攪拌器在反沖力的作用下旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了料液均勻混合的作用。 技術(shù)關(guān)鍵和技術(shù)指標(biāo)：運(yùn)用流體力學(xué)和高等數(shù)學(xué)知識(shí)，計(jì)算料液出流孔口的尺寸d_°、反沖旋轉(zhuǎn)管的攪拌直徑D、推進(jìn)式攪拌器的直徑d和反沖旋轉(zhuǎn)出流孔口浸入料液的深度h，以及確定與其匹配的泵的排量的選擇。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使裝置在充分節(jié)能的前提下，達(dá)到合理的最大旋轉(zhuǎn)速度，且不至于對(duì)料液產(chǎn)生沖擊，而影響微生物的生長(zhǎng)。最終達(dá)到降低外配能源損耗，提高生產(chǎn)率的目標(biāo)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性與先進(jìn)性：傳統(tǒng)的發(fā)酵攪拌裝置有機(jī)械攪拌、氣體攪拌和液體攪拌，其技術(shù)本身帶來(lái)的缺陷，制約著厭氧發(fā)酵領(lǐng)域。目前廣泛運(yùn)用的機(jī)械攪拌裝置中，當(dāng)料液轉(zhuǎn)速與攪拌器轉(zhuǎn)速達(dá)到一致時(shí)，很難起到攪拌效果，同時(shí)軸套容易磨損，易破壞厭氧發(fā)酵環(huán)境。 此新型攪拌裝置擯棄了傳統(tǒng)的發(fā)酵攪拌裝置的設(shè)計(jì)思想，將機(jī)械攪拌和液體攪拌有機(jī)結(jié)合，采用料液孔口出流和反沖作用原理，利用泵作為動(dòng)力，使料液在攪拌中由罐體內(nèi)-外-內(nèi)一直處于一個(gè)動(dòng)態(tài)循環(huán)。由循環(huán)中形成的反沖力驅(qū)動(dòng)攪拌器旋轉(zhuǎn)。這種攪拌方式實(shí)現(xiàn)了罐體內(nèi)料液各層及層與層之間充分混合均勻，為微生物的生長(zhǎng)營(yíng)造了一個(gè)更加適宜的環(huán)境。 【參考文獻(xiàn)】 【1】強(qiáng) 徐親民.《攪拌器改進(jìn)與發(fā)酵工業(yè)發(fā)展》.中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志 【2】錢(qián)銘鏞.《發(fā)酵工程最優(yōu)化控制》.江蘇科學(xué)技術(shù)出版社 【3】?jī)?chǔ)炬 李友榮. 《現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵調(diào)控學(xué)》.北京化學(xué)工業(yè)出版社》.2006.6 【4】毛根海 邵衛(wèi)云 張燕.《應(yīng)用流體力學(xué)》.北京高等教育出版社.2006.11
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 暫無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 圖紙 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像 樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：注入罐體內(nèi)的料液要進(jìn)行纖維質(zhì)處理，料液液面必須與標(biāo)定液面相平，合理調(diào)定攪拌時(shí)間T1和間歇時(shí)間T2。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：此新型攪拌裝置與傳統(tǒng)的攪拌裝置不同，以泵為動(dòng)力源，使料液由內(nèi)-外-內(nèi)始終處于動(dòng)態(tài)循環(huán)。運(yùn)用料液孔口出流和反沖作用原理，利用反沖力帶動(dòng)攪拌器，使料液混合更加均勻。 適應(yīng)范圍：主要應(yīng)用于厭氧發(fā)酵領(lǐng)域，用于發(fā)酵設(shè)備液態(tài)物料的攪拌和混合；食品工程和微生物工程領(lǐng)域及其他需要攪拌的領(lǐng)域也適用。 推廣前景: 隨著“和諧社會(huì)”的提出，節(jié)能、環(huán)保、增效理念不斷滲透到各行各業(yè)的企業(yè)文化里。因此，具有節(jié)能、高效等一系列優(yōu)點(diǎn)的新型攪拌裝置具有很大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。 市場(chǎng)分析：目前市場(chǎng)上運(yùn)用的攪拌裝置缺點(diǎn)在實(shí)踐中不斷暴露出來(lái)。因此，這種新型攪拌裝置一旦投入市場(chǎng)，會(huì)很快受到用戶(hù)的青睞。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：1.5升容量新型攪拌裝置定價(jià)在9600元，價(jià)格不高，加之其新奇設(shè)計(jì)思想和技術(shù)上的突出優(yōu)勢(shì)，將在市場(chǎng)上占有一定的市場(chǎng)份額，經(jīng)濟(jì)效益會(huì)愈加顯著。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 當(dāng)前有關(guān)發(fā)酵攪拌裝置的研究課題提出很多創(chuàng)新思路，國(guó)內(nèi)固體有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵裝置總體設(shè)計(jì)思路為解決以下三個(gè)問(wèn)題：（1）溫度適應(yīng)性問(wèn)題；（2）高效厭氧發(fā)酵問(wèn)題；（3）高濃度物料發(fā)酵堵塞問(wèn)題。隨著發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，生物反應(yīng)器目前已采用徑流、混流、軸流三類(lèi)攪拌器，特別是軸流攪拌器或軸流與徑流混合攪拌器應(yīng)用于大型生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，可為攪拌器的選擇和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。當(dāng)前發(fā)酵攪拌器有電磁攪拌器、葉輪攪拌器、移動(dòng)式連續(xù)攪拌器等，改進(jìn)方案也層出不窮，包括新型攪拌槳的研制、機(jī)械攪拌器組合、攪拌器優(yōu)化組合等，但是針對(duì)以往攪拌器動(dòng)力消耗大、攪拌不完全、密封不可靠等缺點(diǎn)的改進(jìn)方案鮮為人知。傳統(tǒng)的機(jī)械、液體、氣體三大攪拌方式存在的缺憾很難彌補(bǔ)。特別是機(jī)械攪拌耗能問(wèn)題比較突出。 機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠(chǎng)常用類(lèi)型之一。它是利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，促進(jìn)氧的溶解，以保證供給微生物生長(zhǎng)繁殖和代謝所需的溶解氧。它是借攪拌渦輪輸入混合以及相際傳質(zhì)所需要的功率。這種反應(yīng)器的適應(yīng)性最強(qiáng)，從牛頓型流體直到非牛頓型的絲狀菌發(fā)酵液，都能根據(jù)實(shí)際情況和需要，為之提供較高的傳質(zhì)速率和必要的混合速度。缺點(diǎn)是機(jī)械攪拌器的驅(qū)動(dòng)功率較高，一般(2-4)kw/m3，這對(duì)大型的反應(yīng)器來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大負(fù)擔(dān)。 國(guó)外關(guān)于同類(lèi)課題的研究也在不斷深化，但是研究成果并不顯著。諸如日本處理各種有機(jī)性污泥的攪拌裝置。該裝置的研究體現(xiàn)當(dāng)前攪拌器設(shè)計(jì)要求：攪拌循環(huán)穩(wěn)定性好、密封性可靠、料液混合均勻等，但節(jié)能方面的缺點(diǎn)很明顯，成本和造價(jià)會(huì)是生產(chǎn)運(yùn)用的一大障礙。 本小組成員集中總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于攪拌裝置的研究狀況及本課題的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為基于液體孔口出流和反沖原理的攪拌裝置研究思路具有先進(jìn)性和實(shí)用性。新型混合料液發(fā)酵攪拌裝置無(wú)論是節(jié)能、密封還是料液循環(huán)穩(wěn)定性、混合均勻性方面都有很大優(yōu)勢(shì)，若是能成功投產(chǎn)必將有較為廣闊的市場(chǎng)空間。
