旋流混合器用于发酵罐节能改造.docxVIP

23-2 3-13132旋流混合器用于发酵罐节能改造陆宁洲1，岑文学1，陆飞浩2*（1. 宁波星邦生化设备有限公司，宁波 315506；2. 宁波浩邦生物技术有限公司，宁波 315040）摘 要 论述了空气分布器在提高发酵罐溶解氧和增强气液传质效果的作用，介绍了旋流混合器原理特点，与其它空气分布器的差异，并通过实例论述了旋流混合器在好气性发酵罐节能改造中的应用。关键词 发酵罐；旋流混合器；进气装置；溶解氧；节能中图分类号：TQ 051.7+1文献标识码：A文章编号：2095-817X（2014）06-0034-004在好气性发酵中，发酵液中的供氧浓度是发酵过程中的需要调节控制的一个重要参数，氧供应的不足 可能导致细胞代谢转向不需的化合物的产生 [1]，或可 能引起生产不可弥补的损失，调节通气和搅拌可影响 微生物发酵代谢途经、发酵周期的长短和有效代谢物 产率的高低，因此在培养过程中有效和经济地供氧控 制是极其重要的。发酵罐的进气装置对发酵液溶解氧水平有着十分 重要的影响，常见的进气分布装置有直通式、伞罩式、 小孔盘管式、射流管式 [2]。笔者通过近年来对节能发 酵罐的深入研究，开发了新型发酵罐进气装置——旋 流混合器，该设备装置已获得国家发明专利授权，并 在发酵行业推广使用，提高了发酵液溶解氧的浓度， 在生产稳定性、生产操控性，节能降耗方面，取得了 显著效果。本文介绍了旋流混合器的原理与特点，并 着重就氨基酸和维生素发酵罐改造的两个实例分别作 具体论述。旋流混合器具有如下特点：（1）罐底气液混合充分，气泡直径小呈乳化状态， 空气利用率和溶解氧高。（2）结构简洁流畅无死角，不易结垢、不染菌。（3）剪切作用小，对生产菌机械损伤小。（4）空气压损低，对进罐压力要求低，几乎不增 加空压机电耗。1旋流混合器原理与特点旋流混合器的基本原理是利用发酵罐进口压缩空气本身的压力，在转化为相当高速旋流的过程中，产 生对周边流体的吸附带动作用，如图 1 所示。旋流混合器包含内外壳体，空气从内壳体中心进 入，经过壳体内部的涡旋叶片导流成相当高速旋流， 同时吸引发酵液从内外壳体之间的中心间隙进入，气 体液体在旋流通道中动态混合乳化后呈旋流状喷出外 壳体周向边缘。1 发酵罐 2 进气管 3 旋流混合器3-1 空气分布内芯 3-2 旋流器壳体图 1 旋流混合器2某大型制药企业 150 m3 氨基酸发酵罐节能改造收稿日期 ：2014-11-14作者简介 ：陆宁洲（1988—），男，研究生，主要从事生化设备结 构设计分析。2.1原有发酵罐进气装置该企业原有 150 m3 氨基酸发酵罐采用射流管式空2014年 第35卷 第6期 12月20日出版Chemical and Pharmaceutical Engineering 2014，35(6)化 工 与 医 药 工 程·35·气分布装置。2.1.1射流管式分布器原理连接节点多，易积料造成灭菌不彻底；为确保生产安全，设备清洗时，经常需要将每个射流管拆卸下来单独清 洗，增加了检修维护的工作量，因此射流管式分布器，进气管环形分布管气进气装置进行改造。发酵罐筒体（局部俯视）射流管相应剪切作用增大，对一些生产菌如霉菌等丝状微生物及某些杆菌会产生剪切损伤，影响菌体生长，使发 酵周期延长，因而对于某些发酵产品不宜使用 [3]。2.2氨基酸发酵罐改造的实施 由于旋流混合器具有搅拌器的作用，改造时可优化搅拌器的设置。在保留原来罐底导流筒的同时，将 原来罐底射流管式分布器拆除，在发酵罐底部安装旋 流混合器，并把原先的中上档六弯叶搅拌改成四叶下 推式搅拌，底部六叶抛物线型搅拌器改为四叶轴流下 压式搅拌器，物料流向改原来发酵罐中心（导流筒内） 向上为发酵罐中心向下，在保证径向气液混合的同时 以增强罐体轴向混合，如图 3 所示。2.3氨基酸发酵罐改造结果图 2 射流管式分布器如图 2 所示，空气通入发酵罐后与设置在底部的环形管连接，在环形管上装有多个射流管，各射流管 呈一定角度、围绕发酵罐中心轴线上下均布，压缩空 气利用本身的压力转变成高速射流，吸引周边发酵液 与之混合成气液两相乳化液。在压头高、推动力充足 的情况下，该射流管式分布装置对增加溶解氧有较为 理想的效果。2.1.2射流管式分布器存在问题 从使用效果来看，射流管式分布器对空气压力要求较高，一方面增加了空压机电耗，另一方面事实上 在实际生产中由于空气推动力及管路负载阻力原因， 射流管内空气流速难以达到设计射流值，因此气液乳 化混合效果受到影响。从生产操作上看，由于射流管本身结构较为复杂，2.3.1发酵参数变化（表 1）表 1节能改造前后参数对比表抛物线型搅拌器轴流式搅拌器（向下）导流筒导流筒环形管进气管射流管旋流混合器某氨基酸发酵罐 改造前某氨基酸发酵罐