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1、食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES机械搅拌通风发酵罐的节能设计1,213徐清华,马歌丽,王建松1(郑州轻工业学院,河南郑州,450002)2(广东轻工职业技术学院,广东广州,510300)3(瓯龙生化工程设备有限公司,浙江温州,325024)摘要在机械搅拌通风发酵罐设计和改造过程中,从构造原理上强化其溶氧过程和降低发酵的能耗是一个值得研究和探讨的问题。生产实践表明,用由喷嘴、混合管和循环管组成的射流混合器来强化机械搅拌通风发酵罐的第一次气体分散,使搅拌器的层数减少是机械搅拌通风发酵罐提高溶氧效
2、果、降低能耗的一种有效办法。关键词发酵罐,机械搅拌器,射流混合器,节能随着我国生物技术行业的蓬勃发展,发酵罐日趋(1)利用机械搅拌输入能量大型化。对于抗生素、谷氨酸、柠檬酸酵母等发酵工这类发酵罐是目前使用最广泛的发酵罐,其典型业生产用的大型通风发酵罐来说,氧溶解速度往往成代表是通用式机械搅拌发酵罐和自吸式发酵罐。在为好氧发酵过程的限制因素。目前我国普遍采用的这类罐内气体在液相中受到2次分散。一次分散由标准式机械搅拌通风发酵罐通常是采用加大通风量、气体分布管粗略完成;二次分散由机械搅拌器的涡流加强搅拌的方法来达到提高溶氧系数的目的,
3、但实际剪切来完成。据生产实际统计,这种罐气体分散的能生产中获得的效果并不很理想,表现为氧利用率较量利用率较低。低、能耗高。据数据统计表明,用于机械式搅拌所消(2)利用气体输入能量耗的能源占发酵全过程的50%左右。随着高产菌株这类发酵罐主要通过喷嘴和内外环流管配合或的不断使用,标准式机械搅拌通风发酵罐的构造已筛板来分散气体,无机械转动部件,自1980年代开始难以满足对溶氧速率愈来愈高的要求和节能要求。有较多机构对其进行研究,其的典型代表是气升式发[2,3]因此,如何保证在有良好的气液接触和液固混和性能酵罐。等发酵要求的前提下,尽量减
4、少机械搅拌及通气过程(3)采用泵送液体输入能量所消耗的动力,更有效、更合理地设计发酵罐,无疑对这类罐的典型代表是采用两相射流混合器的射改造老发酵罐,设计新发酵罐具有重大的意义。本文流气泡塔。两相射流混合器是该类罐的气体分散装将结合国内近年的研究成果和本人的生产实践就发置,射流混合器的最大优点是具有很高的氧传质系数酵罐设计中解决溶氧和节能2个技术问题进行探讨。和传质面积。目前存在的问题是液体射流需要的能量由泵提供,而泵入的液体含气量多,易造成泵气蚀,1国内外发酵罐的溶氧和节能方法必须采用特殊的泵,并且泵易损伤细胞和易造成污[4]染,
5、迄今在发酵实际生产中仍不多应用。近年来,国内外研究者为了解决通风发酵过程的国内外研究结果表明上述3类发酵罐的溶氧速溶氧和节能问题提出的通风发酵罐种类很多,据报率和能耗各不相同,比较情况如下:道,近几十年来已开发了气升式、自吸式、喷射式、筛(1)在通常操作条件下的溶氧传质系数Kla为:板塔式等若干新型发酵罐,有的已标准化并用于工业-1气升式发酵罐的Kla(0102～011s)<机械搅拌生产,有的还未标准化,更有一些仍在研究和开发阶-1罐的Kla(0102～013s)<射流气泡塔的Kla(0106段,发展的主要趋势之一是从机械搅拌过渡
6、到气流搅-1[1]～014s)。拌,而改进的核心是提高传氧系数和节约能量。如(2)若就单位体积能耗而言则有:按气泡分散所需能量的输入方式的不同可将发酵罐机械搅拌罐Pg/V>射流气泡塔Pg/V>气升分为下列3大类。式发酵罐Pg/V。第一作者:在读硕士研究生,副教授。通过比较可以看出两相射流混合器是最好的气收稿日期:2008-10-13体分散装置,比其他分散方式具有最大的气液接触面1342009Vol135No13(Total255)综述与专题评论积,又不致增加太多能耗。机械搅拌器安装在循环管出口正上方,由多层搅拌器组成。第一层搅拌器
7、(最底层)采用以进一步粉2机械搅拌通风发酵罐节能结构碎气泡为主的涡轮式搅拌器,直径要大于D/3(D为211射流混合器与机械搅拌器结合使用发酵罐直径)。其余各层采用以强化发酵液的湍动和通过分析比较各种发酵罐的生产效果可看出,各混和为主的搅拌器,其直径可比第一层搅拌器直径约种罐都有其自身优缺点。机械搅拌通风发酵罐是目小,为其直径的0185～0195倍。前通风发酵最广泛使用的发酵罐类型。具有使用经3工作与节能原理验丰富、放大规律可靠、容易实现最优化操和可通过灵活调节搅拌转数或通气量来满足不同发酵阶段对发酵罐工作时,具有一定压力的无菌空气
8、(表压氧的需要量的优势,并可获得远比气升式发酵罐高的一般大于012MPa)引入罐内从喷嘴高速喷射出,进Kla值,但能耗大,发酵操作成本高。射流气泡塔在相入混合管同时也将混合管入口处的发酵液卷吸入混同能耗下比其他罐型具有较大的Kla值,但是它的外合管
