发酵罐搅拌器的优化选择

      中天昊宇科技股份有限公司是专业从事生物工程设备设计及制造的，我公司高工对发酵罐搅拌叶轮的结构形式进行了几十年研究与探索，并结合了国外有关搅拌装置的最新技术；自2000年以来已为几十家生物发酵生产单位设计或改装新型组合搅拌器，尤以抗生素，味精行业特别多。其中有福州抗生素厂，倍达药业公司，哈药总厂，瑞邦药业，温州快鹿味精厂，宁波味精厂，义乌味精厂，浙江升华拜克集团，康力食品添加剂厂等。

以温州快鹿味精厂为例：

       从上面表格中可以明显看出200M ³罐比100M ³罐，搅拌能耗降低3倍以上；因而使客户有效地控制成本！并带来极其可观的经济效益！

      
       发酵是一个生物化学过程，在味精、抗生素、柠檬酸、透明质酸等等生物发酵中为许多化合物作为培养基组份。给微生物喂养营养物和氧，一方面使其繁殖，另一方面代谢营养物而生成其它副产品。微生物自身及其组分以及副产品均能在发酵后的工业过程中得到所需的成品或中间体。这一生产过程费用是相当昂贵的，因此通过发酵罐搅拌器的优化选择，能大幅度降低能耗，增加产量或提高产量，将对企业带来可观的经济效益。

       从搅拌角度来看，发酵过程是最复杂的搅拌操作之一，发酵是一项多相参与的搅拌过程。为获得理想的效果，其过程会涉及气、液、固三态中二相或多相间的相传递，多相搅拌要求在发酵过程中共存并相互影响。因此优化操作必须兼顾这种多相过程的多相搅拌要求，以及这些多项要求与发酵环境之间的相互影响。大多数的发酵物是微生物、菌丝体或酵母等为主的培养液都对剪切很敏感，发酵过程中为使气、液、固三相间传质而需的气体分散应与维持生物体保持原况所需取得平衡，因此搅拌器的机械结构、转速对发酵过程中发酵行为和不同工艺要求间相互影响尤为重要。

      发酵过程中对搅拌要求如下：

      固体悬浮：使微生物和介质悬浮。

     混和：使发酵液中的介质、微生物、营养物等均匀悬浮，维持温度 ，酸度均匀，混合的优劣很大程度上与发酵罐的机械结构有关（包括罐的形状）。

      分散：使气体在培养基中均匀分散（由此增加气体滞留量）， 减少气泡尺寸并防止气泛。

       传质：使氧气溶解至发酵液中（气-液传质）， 以便溶解的氧能通过微生物的细胞膜，同时亦使微生物在代谢时产生的二氧化碳能以相反方向流出。

       传热：去除因细胞代谢而产生的热量及搅拌能量通过粘性剪切消耗而产生的热量。

       发酵操作的优化必须同时兼顾上述这些并存的目标， 因为对某一目标的改进可能会对另一目标亦起影响，特别是传质过程往往受到不良混合分散， 固体悬浮及传热的限制，举例来说，改善了气体在发酵液中的分散，就能增加气-液接触界面，从而能提高传质系数。又如传热的提高意味着更好的温度分布， 从而亦能改善细胞代谢的环境（传质）。

       发酵罐罐体直径与筒体高产之比在机械搅拌情况下，多数为1:2至1:4之间，传统上使用的是多层径向涡轮弯叶形叶轮或箭叶形叶轮，该类型叶轮特点是有利于气体分散，一直在发酵工业中作首选叶轮，然而这类叶轮功率准数较高，剪切率高，由于该叶轮为径向型，在多层叶轮搅拌时出现分区的流型，其后果是增加了搅拌时间而营养物分布及溶氧很差，另外该叶轮在运转中，周围出现压力差，气泡倾向于低压地区聚集和凝并，故此在叶片背后出现聚集凝并后的大气泡，明显降低了传质能力。

       我公司工程设计人员对发酵罐搅拌叶轮的结构形式进行了几十年研究与探索，并参考国外有关搅拌装置的最新技术资料，同时在发酵模拟罐中反复测试。经测试后确认：如使用我公司半圆弧盘涡轮式（BY系列）叶轮能使带搅拌的气体分散操作面貌一新；在高能量搅拌和高气体流率的情况下，这种叶轮能有效地提高传质系数KIa。在单位体积的能量和气体表现速度相同的条件下，用BY系列叶轮比用常规的平盘弯叶涡轮可增加一倍的传质系数。

       除了能显著提高传质系数之外，对分散气泡的最大能力（当气体流率大到一定程度时，来自搅拌器下方的气体分布器的大量的气泡未得分散，而直接穿过搅拌器叶轮)来说；BY系列叶轮比平盘弯叶涡轮至少能多处理46%的气体。因此，带来的好处是：在采用平盘弯叶涡轮已经无法进行气体分散时，用BY系列叶轮则仍可正常运行。

       在许多场合下，采用BY系列叶轮与我公司高复盖率的BSX高效叶轮搭配的这样一种叶轮的组合：底部用一个BY系列而上部用BSX，后者叶轮数可根据罐体高度定个数，即可布置1至4个。BY系列叶轮起一开始的分散作用，用多层高复盖率的BSX叶轮时，在优越的分散气体的同时亦产生强烈的轴向流型，明显提高了混合与传热效果，减少了混合时间。其结果是减少了反应时间，增进了营养剂的利用，改善了产品的均匀度和纯度。

       在发酵操作中，在相同条件下(指转速、叶轮直径、叶轮个数、罐压、通气量相同情况下)，采用上述组合叶轮时：

       (1).传质系数可提高50%，分散气泡处理能力提高45%，使溶解氧在罐中分布均衡，并可缩短添加剂的混合时间。

       (2).更重要的是搅拌功率下降70%~100%，对大功率发酵罐来说单位综合能耗显著下降，其经济效益是非常可观的。