机械搅拌通风发酵罐的节能设计.pptxVIP

广西轻工业GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY 2009 年 2 月第 2 期（总第 123 期）机械与电气 机械搅拌通风发酵罐的节能设计 徐清华 1， 2，马歌丽 1，王建松 3（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】 目的：据数据统计，机械搅拌通风发酵罐搅拌所消耗的能源占发酵全过程的一半左右，提出了一种在机械搅拌通风发酵罐内增加射流混合来强化通风发酵罐溶氧过程和降低其发酵能耗的设计；方法 ：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，从而可减少发酵罐最低层的搅拌器，同时根据混合的要求合理设计其余各层搅拌器的直径；结果：所设计的发酵罐比现有的机械搅拌通风发酵罐能耗降低 32.5%以上，发酵水平提高；结论：生产实践说明，射流混合和机械搅拌结合应用是机械搅拌通风发酵罐提高溶氧效果、 降低能耗的一种有效方法。 【关键词】 通风发酵罐；机械搅拌；射流混合；节能设计【中图分类号】 TS203【文献标识码】 A【文章编号】 1003- 2673(2009)02－28－02 随着我国生物技术行业的蓬勃发展, 发酵罐日趋大型化。对于抗生素、 谷氨酸、 柠檬酸酵母等发酵工业生产用的大型通风发酵罐来说，氧溶解速度往往成为好氧发酵过程的限制因素。 目前我国普遍采用的标准式机械搅拌通风发酵罐通常是采用加大通风量、加强搅拌的方法来达到提高溶氧系数的目的，但实际生产中获得的效果并不很理想，表现为氧利用率较低、能耗高, 据数据统计表明, 用于机械式搅拌所消耗的能源占发酵全过程的一半左右。随着高产菌株的不断使用, 标准式机械搅拌通风发酵罐的构造已难以满足对溶氧速率愈来愈高的要求和节能要求。因此，如何保证在有良好的气液接触和液固混合性能等发酵要求的前提下,尽量减少机械搅拌及通气过程所消耗的动力,更有效、 更合理地设计发酵罐,无疑对改造老发酵罐，设计新发酵罐具有重大的意义。本文将结合国内近年的研究成果和本人的生产实践就发酵罐设计中解决溶氧和节能二两个技术问题进行探讨。１ 国内外发酵罐的溶氧和节能方法 近年来，国内外研究者为了解决通风发酵过程的溶氧和节能问题提出了通风发酵罐种类很多，据报道，近几十年来已开发了气升式、 自吸式、 喷射式、 筛板塔式等若干新型发酵罐，有的已标准化并用于工业生产，有的还未标准化,更有一些仍在研究和开发阶段，发展的主要趋势之一是从机械搅拌过渡到气流搅拌,而改进的核心是提高传氧系数和节约能量[1]。如按气泡分散所需能量的输入方式的不同可将发酵罐分为下列 3 大类。 （1 ）利用机械搅拌输入能量 这类发酵罐是目前使用最广泛的发酵罐，其典型代表是通用式机械搅拌发酵罐和自吸式发酵罐。 在这类罐内气体在液相中受到两次分散。一次分散由气体分布管粗略完成；二次分散由机械搅拌器的涡流剪切来完成。据生产实际统计，这种罐气体分散的能量利用率较低。 （2 ）利用气体输入能量 这类发酵罐主要通过喷嘴和内外环流管配合或筛板来分散气体，无机械转动部件，自上世纪 80 年代开始有较多机构对其进行研究，典型代表是气升式发酵罐[2， 3]。 （3 ）采用泵送液体输入能量 这类罐的典型代表是采用两相射流混合器的射流气泡塔。两相射流混合器是该类罐的气体分散装置，射流混合器的最大优点是具有很高的氧传质系数和传质面积。 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，必须采用特殊的泵，并且泵易损伤细胞和易造成污染，迄今在发酵实际生产中仍不多应用[4]。 国内外研究结果表明上述 3 类发酵罐的溶氧速率和能耗各不相同，比较情况如下： （1 ）在通常操作条件下的溶氧传质系数 Kla 为：气升式发酵罐的 Kla（0.02~0.1s- 1 ） 机械搅拌罐的 Kla（0.02～0.3s- 1 ） 射流气泡塔的 Kla （0.06～0.4s- 1 ）； （2 ）若就单位体积能耗而言则有： 机械搅拌罐 Pg/V 射流气泡塔 Pg/V 气升式发酵罐Pg/V。 通过比较可以看出两相射流混合器是最好的气体分散装置,比其它分散方式具有最大的气液接触面积，又不致增加太多能耗。２ 机械搅拌通风发酵罐节能结构2.1 射流混合器与机械搅拌器结合使用 通过分析比较各种发酵罐的生产效果可看出，各种罐都有其自身优缺点。 机械搅拌通风发酵罐是目前通风发酵最广泛使用的发酵罐类型。 具有使用经验丰富、 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氧的需要量的优势，并可获得远比气升式发酵罐高的Kla 值，但能耗大,发酵操作成本高。射流气泡塔在相同能耗下比其