1.3常用搅拌槽概况

目前常用单桨叶搅拌槽，组合桨叶搅拌槽以及双轴异桨搅拌槽。多位国内外学者对这些桨叶类型的功率做过学术研究。已有的对同轴异速搅拌系统的研究中，对快速桨的选择主要集中在径向流桨型，而对不同流型快速桨的优化研究并不充分. 另外，对复合桨型中复合雷诺数及复合功率准数的描述并无一致的观点. 进一步寻找适当的方法对不同分散桨与慢速桨复合使用时的总功率及各桨功率相互影响关系进行研究并对其搅拌功率性能进行评价，对同轴复合搅拌器的工业设计具有重要意义。

1.3.1早期传统搅拌槽

为了实现生物反应中分散气泡并与发酵液充分混合，破碎气泡以增大气—液接触界面，以获得所需要的氧传递速率，并使生物细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气—液—固（细胞）三相的混合与质量传递，同时强化传热过程，搅拌器设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向流动。早期传统搅拌槽大多采单层桨搅拌器。主要以单一电机单一桨型为主，因为它结构简单，操作方便。但单层桨的缺点也很明显，流型分区，不适合大型化生产操作，轴向混合差等。文献综述

1.3.2组合桨叶搅拌槽

由于单电机单层桨搅拌在混合和传热两方面很难同时达到令人满意的效果，国内外开始研究带桨、框式桨、锚式桨及其相应的组合桨。但所谓的组合桨多为双桨安装在同一搅拌轴上，仅仅加大了轴向剪切力，很难做到同时的高剪切高循环的混合要求。

1.3.3双轴异桨组合搅拌槽

鉴于同轴多桨的搅拌槽局限性，国内外多位学者研究了双轴异桨的搅拌槽。国外学者Tanguy 等[3]研究了由涡轮桨和螺带桨组成的同心双轴符合搅拌器的混合特性，指出该结构的混合时间比单螺带桨短，特别是流体流变特性非线性变化时更加明显。            

Espinosa-Solares[4]的研究得出了相同的结论。多位学者的研究都得出了双轴异桨在传热，混合，传质等方面的优秀效果。

夏守瑜等[5]研究了双驱动组合桨的功率消耗，但是有关该组合桨混合特性等测定，国内外至今未见详细文献报道。已有的对同轴异速搅拌系统的研究中，对快速桨的选择主要集中在径向流桨型，而对不同流型快速桨的优化研究并不充分. 另外，对复合桨型中复合雷诺数及复合功率准数的描述并无一致的观点。进一步寻找适当的方法，对不同分散桨与慢速桨复合使用时的总功率及各桨功率相互影响关系进行研究并对其搅拌功率特性能进行评价，对同轴复合搅拌器的工业设计具有重要意义。

1.4影响同轴异速搅拌槽功率特性相关因素

本实验以桨叶类型，转速比，旋转方向以及组合桨叶间距等影响因素对同轴异速搅拌槽进行功率特性的相关测定。本实验在直径 T=0.3m 的平底有机玻璃搅拌槽内进行，如图 2.3所示，釜底为平底封头，顶部及底部分别由电机控制 2 种搅拌桨，能进行同向和异向旋转，顶伸搅拌轴上固定着直径较小的中心分散桨高速旋转，底伸轴上固定着直径与槽径接近的锚式桨低速旋转. 中心分散桨实现槽中心区域流体的混合，而近壁桨保证全槽流体运动减少死区。

1.4.1桨叶类型

搅拌器桨叶可采用涡轮式，推进式以及锚式桨叶。涡轮式搅拌器结构相对简单，传递能量高，溶氧速率大，但轴向混合差，搅拌强度随搅拌轴距增大而减弱。为强化轴向搅拌，可将其与锚式桨叶和推进式桨叶相结合。国外Todtenhaupt和Schneider[6]讨论了一种同心双轴组合式搅拌器的混合时间和传热特性，采用锚式搅拌桨和双层VISCOPROP 桨的组合形式，但没有分析其能耗问题。在搅拌器设计中，同轴异速组合桨叶目前可供参考的资料很少，具体还需依据设计者从业经验以及实验方式进行。初步设计采用径向流、混合流及轴流式3种不同流型的搅拌桨作为快速分散桨，研究其分别与锚式桨组合在牛顿流体中的功率特性，以选择出最优搅拌桨叶组合类型。来,自|优;尔`论^文/网www.youerw.com