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深部噴注發酵罐(噴環式好氧發酵罐)的詳細說明及氧傳遞方程式

作者:發酵罐 時間:2017-12-04 09:57
深部噴注發酵罐是已開發成功並在檸檬酸生產中推廣應用的噴環式好氧發酵罐aaaa,本技術突破了傳統的通用式發酵罐的傳質機理和設計技術aaaa,具有增產、節能、降耗的顯著效果aaaa。氧氣由氣相擴散至細胞內部總的推動力爲飽和氧濃度與發酵液中氧濃度之差aaaa, 信息摘要:
深部噴注 發酵罐 介紹: 深部噴注發酵罐是已開發成功並在檸檬酸生產中推廣應用的噴環式好氧發酵罐aaaa,本技術突破了傳統的通用式發酵罐的傳質機理和設計技術aaaaa,具有增產、節能、降耗的顯著效果aaa。 衆所周知aaaa,檸檬酸發酵是黑曲

深部噴注發酵罐(噴環式好氧發酵罐)的詳細說明及氧傳遞方程式

發酵罐罐體加工中的傳動結構設計

 

1、發酵罐的傳動結構

國外生產規模的發酵罐大都採用底伸式攪拌軸aaaaa,已有多年的歷史aaa。部分工廠的165噸罐還有頂伸式攪拌軸的結構aaaaa,與國內相仿aaaaa,但其傳動方式均爲變速電動機通過齒輪箱直接傳動aaa,其變速方式最初爲二次液體變速器aaaaa,最大功率可達450kwaaaa,投資較低aaaa;目前以變阻變頻法爲多aaa,投資稍高aaaaa,控制較爲方便aaaaa。

都可根據發酵過程的溶氧需要而隨時調整轉速aaaaa,可以穩定產量、降低能耗aaaa。而國內長期以來仍然停留在齒輪減速機與皮帶輪的組合結構aaaaa,罐頂負荷重、車間噪音大aaaa,功耗也較高aaa,80年代以來aaa,變頻調速己在中小型罐上開始應用aaa,大型罐尚未有進展aaaa。

此外aaaa,國外的底伸式攪拌軸結構的傳動方式aaaa,有的還考慮到料液重量參數自動檢測的需要aaaa,對減速裝置進行特殊設計aaaaa,使安裝在三隻罐體支座的壓力傳感器稱得的重量aaaa,僅爲料液與傳動系統軸承以上的罐體部分的重量aaaa,保證了重量參數檢測的需要和精度aaa。

2、發酵罐的罐體加工

有關罐體制造材料aaa,國外對於小型罐aaaaa,威尼斯赌博aaaa,歷來都是選用316L不鏽鋼、中型罐爲304不鏽鋼aaaaa,而大型罐通常均選相應的複合不鏽鋼板材aaaa,內外的光潔度都有一定要求aaa。

有關換熱方式aaa,國外早已採用纏繞式半管或角鋼焊接組成換熱盤管結構aaaaa,既提高傳熱係數aaaaa,又簡化罐內亢雜的盤管結構aaaa,還可以節約鋼材、減少污染機會aaaa。國內生產規模的發酵罐aaaaa,由於材料供應、節約造價等歷史原因aaa,以碳素鋼板爲主aaaaa,纏繞式換熱結構僅有個別單位開始掌握aaa,有待普及

 

深部噴注發酵罐(噴環式好氧發酵罐)的詳細說明及氧傳遞方程式

深部噴注發酵罐介紹:

深部噴注發酵罐是已開發成功並在檸檬酸生產中推廣應用的噴環式好氧發酵罐aaaaa,本技術突破了傳統的通用式發酵罐的傳質機理和設計技術aaa,具有增產、節能、降耗的顯著效果aaa。

衆所周知aaaa,檸檬酸發酵是黑曲酶素代謝過程失調的一種特殊過程aaaaa,這種失調來源於營養條件(原材料的質量、數量)aaa,環境條件(生產工藝條件和設備的合理性)以及細胞化學組成、結構和酶系的一系列複雜變化aaaaa,在這一複雜的生化反應過程中aaaa,通氣和攪拌是整個檸檬酸發酵過程中的兩個重要參數aaa,它不僅影響到溶氧水平aaa,而且影響到發酵體系的傳質和菌體的形態aaaaa,最終必將影響到產酸水平aaa。

深部噴注發酵罐機理與特性衆所周知aaaa,深部噴注發酵是黑曲酶素代謝過程失調的一種特殊過程aaa,這種失調來源於營養條件(原材料的質量、數量)aaa,環境條件(生產工藝條件和設備的合理性)以及細胞化學組成、結構和酶系的一系列複雜變化aaaaa,在這一複雜的生化反應過程中aaa,通氣和攪拌是整個深部噴注發酵過程中的兩個重要參數aaaaa,它不僅影響到溶氧水平aaaa,而且影響到發酵體系的傳質和菌體的形態aaaaa,最終必將影響到產酸水平aaa。

由於深部噴注菌體是好氧性微生物aaaaa,在其菌體生長髮育和生物合成過程中需要氧aaa,菌體長得愈旺盛aaa,氧的需要量就愈大aaaaa,但氧氣是難溶於水的aaa。

氧氣由氣相擴散至細胞內部總的推動力爲飽和氧濃度與發酵液中氧濃度之差aaaaa,主要阻力爲液膜阻力aaaaa,因此aaaa,氧在擴散過程中屬於液膜控制aaa,氧的傳遞方程式爲:KLa(C0-C1)=r式中KL——總傳質係數m/ha——氣、液二相接觸比表面積(即單位液體中氣泡的總面積)m2/m3C0——飽和氧濃度mM/lC1——發酵液中氧濃度mM/lr——攝氧率mM/l.h可見aaa,單位發酵液體積中的所有細胞在單位時間內的耗氧量(攝氧率)與傳質係數aaa,氣、液比表面積aaaaa,飽和氧濃度和發酵液中氧濃度密切相關aaaaa。

而容量傳質係數KLa與發酵罐的通氣、攪拌和發酵液粘度有關aaa,其關係方程式爲:KLa=k[(P/V)α(VS)β(ηapp)-W]式中K—係數P/V——發酵液消耗功率KW/m3VS——空氣線速度m/hηapp——發酵液粘度μ.106αβW——與空氣分佈器、攪拌器型式有關的指數顯然aaa,若要提高氧的傳統遞係數aaaaa,必將提高攪拌功率和增加通氣量aaaa。

對於攪拌功率Paaaaa,它與發酵液的動壓頭H、翻動量Q和重度r有關aaa,可視爲:P=HRQ≈HQ一般說來aaaaa,增加動壓頭有利於氣泡的粉碎aaaaa,增大翻動量有利於氣、液二相的混合aaaaa,欲同時增大H、Q值aaa,勢必相應增加攪拌功率aaaa。

同樣aaaa,提高容量傳質係數必須增大氣、液二相的接觸比表面積aaaaaa,這又取決於氣泡的粉碎程度aaa。

當單個氣泡的直徑dB>0.006m時aaa,其氣泡直徑與上升速度的關係方程爲:VB=5dB+0.2式中VB——氣泡上升速度m/sdB——氣泡直徑m可見減小氣泡直徑aaaaa,有利於氣、液二相比表面積的增加、接觸時間的增長和容量傳質係數的提高aaaaa。

然而當今傳統的通用式發酵罐所採用的任何通氣裝置aaaaa,其氣泡直徑隨着通氣量的增大而增大aaaa,氣泡上升速度也隨之增大aaaa;氣泡粉碎程度卻並不隨着攪拌轉速的增加而增大aaa,它只能維持在同一個數量級上aaa。
因此aaaa,增大通氣量和增加攪拌功率對容量傳質係數不僅不可能有較大幅度的提高aaaaa,相反將導致大量能源的消耗和產品成本的提高aaaaa。

噴環式好氧發酵罐基於上述反應機理基礎上aaaa,罐底設置氣——液型噴射混合攪拌裝置和環流反應器aaa,氣——液型噴射器是該裝置中的關鍵部件aaaa,其結構型式和流動模型如圖1所示aaaaa。

當通入發酵罐內壓力爲P1的壓縮空氣PP從收縮型噴組噴出aaaaa,在其靜壓能轉換爲速度能的同時aaaa,使噴射器吸入口的壓力降低到P1aaaa,在壓縮空氣的噴射作用下aaaa,將重度爲r1的發酵液VL吸入並隨空氣一併進入噴射器擴散管aaa,在擴散管喉部aaaaa,氣、液二相由初步的混合發展爲激烈的混合震盪併產生氣體動力沫化和壓力沫化aaaa,使發酵液和空氣被粉碎成大量的微小粒羣aaaa,造就氣液間一個高度湍動、擴展且表面不斷更新的乳化界面aaa,試驗表明:氣泡直徑隨着通氣量VP的增大或噴咀推動力(PP-P1)的增加而減小

以後隨着擴散管擴張斷面的增大aaaaa,流速下降aaaa,靜壓能得以逐步恢復aaa,依靠噴射器擴散管出、入口處的壓力差(P2-P1)和重度差(r1-r2)aaaa,並藉助於噴射器的切線佈置結構aaa,使氣液二相混合物產生與機械攪拌器旋轉方向一致的徑向全循環的噴射旋流運動aaaaa。

爾後進入環流反應器aaaa,依靠導流筒內、外氣液混合物的重度差和靜壓力差aaaa,再次實現氣液混合物的軸向環流運動aaaa,以增長氣液二相的接觸時間aaaa,縱觀全牀aaa,球型小氣泡羣似蜂窩狀向上浮動aaaa,在上浮過程中aaaaa,氣泡之間因互相碰撞、合併aaaaa,直徑增大aaaaa,當氣泡上升到與機械攪拌器相遇時aaaaa,被再次粉碎並隨發酵液混合翻動aaa,最後從液麪逸出經排氣口排出aaaaa。
顯然aaaaa,深部噴注發酵罐在生化反應過程中具有深層乳化操作aaaaa,全牀產生小氣泡羣與高氣含率的傳質特點和氣液二相混合物徑、軸向流的流動特性aaa。

由於檸檬酸菌體是好氧性微生物aaaaa,在其菌體生長髮育和生物合成過程中需要氧aaaaa,菌體長得愈旺盛aaaa,氧的需要量就愈大aaaaa,但氧氣是難溶於水的aaaaa。氧氣由氣相擴散至細胞內部總的推動力爲飽和氧濃度與發酵液中氧濃度之差aaaa,威尼斯赌博">威尼斯赌博

的主要阻力爲液膜阻力aaaaa,因此aaaaa,氧在擴散過程中屬於液膜控制aaa,氧的傳遞方程式爲:

KLa(C0-C1)=r

式中

KL——總傳質係數 m/h

a——氣、液二相接觸比表面積(即單位液體中氣泡的總面積)m2/m3

C0——飽和氧濃度mM/l

C1——發酵液中氧濃度 mM/l

r——攝氧率 mM/l.h

可見aaaaa,單位發酵液體積中的所有細胞在單位時間內的耗氧量(攝氧率)與傳質係數aaaa,氣、液比表面積aaaa,飽和氧濃度和發酵液中氧濃度密切相關aaaa。而容量傳質係數KLa與發酵罐的通氣、攪拌和發酵液粘度有關aaaaa,其關係方程式爲:

KLa=k[(P/V)α(VS)β(ηapp)-W]

式中

K—係數

P/V——發酵液消耗功率KW/m3

VS——空氣線速度 m/h

ηapp——發酵液粘度 μ.106

αβW——與空氣分佈器、攪拌器型式有關的指數

顯然aaaaa,若要提高氧的傳統遞係數aaaa,必將提高攪拌功率和增加通氣量aaa。對於攪拌功率Paaaa,它與發酵液的動壓頭H、翻動量Q和重度r有關aaa,可視爲:

P=HRQ≈HQ

一般說來aaa,增加動壓頭有利於氣泡的粉碎aaa,增大翻動量有利於氣、液二相的混合aaaa,欲同時增大H、Q值aaaaa,勢必相應增加攪拌功率aaa。同樣aaaa,提高容量傳質係數必須增大氣、液二相的接觸比表面積aaaa,這又取決於氣泡的粉碎程度aaaa。當單個氣泡的直徑dB>0.006m時aaaaa,其氣泡直徑與上升速度的關係方程爲:

VB=5dB+0.2

式中

VB——氣泡上升速度 m/s 

dB——氣泡直徑 m 

可見減小氣泡直徑aaaaa,有利於氣、液二相比表面積的增加、接觸時間的增長和容量傳質係數的提高aaa。然而當今傳統的通用式發酵罐所採用的任何通氣裝置aaaa,其氣泡直徑隨着通氣量的增大而增大aaaaa,氣泡上升速度也隨之增大aaaaa;氣泡粉碎程度卻並不隨着攪拌轉速的增加而增大aaaaa,它只能維持在同一個數量級上aaaaa。因此aaa,增大通氣量和增加攪拌功率對容量傳質係數不僅不可能有較大幅度的提高aaaaa,相反將導致大量能源的消耗和產品成本的提高aaaaa。

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