喷旋式好氧发酵罐介绍-搅拌 20131101 薛才利

喷旋式好氧发酵罐介绍
Spray ‐Swirling Aerobic Fermentation Cylinder Technology Achievement in Brief
概述
(1985年—2013年）
发酵领域：
制药农药食品轻化工
四类新型好氧发酵罐：
2011年通过省级鉴定（1995年）喷环式
（2002年）喷旋式
1996年通过省级鉴定（1989年）射流式1990年通过省级鉴定（1987年）新型高效节能1988年通过省级鉴定
概述
☐该项目获得两项实用新型专利、一项发明专利及
国家、省部级科技进步奖等多项奖励，荣获国家级
新产品证书，列入国家科技成果重点推广项目和“八五”国家重点新技术推广项目。

☐该技术至今已在国内外100余家制药、农药、食品
和轻化工生产企业的10～770m3发酵罐上推广应用，取得增产、节能、降耗的多重效果和巨大的经济、社
会效益，是一项造价低、见效快、效益高、投资回收期短的实用技术。

结构型式
带搅拌喷旋式好氧发酵罐
喷旋式好氧发酵罐（如图1）。

主要由:
1、气--液喷射混合乳化装置
2、二级气、液引射混合循环装置
3、中间轴承
4、组合式低剪力搅拌装置
5、内盘管换热器
6、外半管换热器
*根据发酵液的发热量情况，
设置或不设置外半管换热器。

7、罐体
8、传动装置
9、机械密封
同时附有必要的压力、温度、风量、溶
氧、PH、称重等检测设施。

技术特点
喷旋式好氧发酵罐采用气-液喷射混合乳化和二级气、液引射混合循环的专利技术，不但突破了传统的通用式发酵罐鼓泡传质机理与设计技术，而且解决了发酵罐深层的溶氧问题，同时充分利用了压缩空气的释放能量和各装置的速度能、静压力能与重度差，通过能量与质量的传递转换实现反应动力与流体动力二者的完美结合
1）容量传质系数高
深层设置的气-液喷射混合乳化装置（如图2）是喷旋式好氧发酵罐的关键所在。

图2 气‐液喷射混合乳化装置
气-液喷射乳化器是该装置的核心，它的流动特性如图3所示。

在压缩空气P
p 、V
p
的连续喷射作用下，将重度为r
1
的发酵液V
L
吸入并随空气一并进
入喷射乳化器扩散管。

在扩散管喉部，气液二相由初步的混合发展成为激烈的混合震荡并产生气体动力沫化和压力沫化，其沫化结果，使发酵液和空气被粉碎成大量的微小粒群，造就气液间一个高度湍动、扩展且表面不断更新的乳化接触界面，如图4所示。

试验表明：
气泡直径随着通气量V p 的增大或喷咀推动力（P p -P 1）的增加而减小，乳化程度加剧，气含率增大。

该装置：不但解决了当今任何结构型式的通气装置其气泡直径随着通气量V P 的增大或推动力（P P -P 1）的增加而增大的技术难题，而且突破了传统的鼓泡传质机理。

从容量传质系数K L a不难看出，随着气、液二相接触比表面积a的增大，容量传质系数提高。

该项技术与鼓泡传质相比，不但容量传质系数K a提高30~50%，而且由于空气与发生产实际测定表明：
L 酵液是柔性混合体，不存在对发酵过程有害的剪切力，更有利于菌丝的生长。

气-液喷射混合乳化装置是由多层、多组切线布置的喷射乳化器组成，当压缩空气进入喷嘴后，气、液二相混合物必定会产生径向循环的喷射旋流运动，经测定，其自旋转速度可达30～40r/min。

技术特点
2）氧利用率和气含率高
空气中的氧首先在深层设置的气-液喷射混
合乳化装置中得到了充分利用。

底层设置的气、液引射混合循环装置中的
二级引射器，其流动特性如图5所示。

从气-液喷射混合乳化装置喷旋出来压力
为P 2、重度为r 2的气液混合物（V p +V L ）全部进
入大喷咀，在气液混合物的喷旋作用下，借助
于气液混合物的重度差和静压力差，双级引射
重度为r 3.r 4、静压力为P 3.P 4的发酵液V 3.V 4，
并一并进入扩散器再次实现气液混合物轴向混
合循环的旋流运动，以增进气液二相的接触机
遇，使空气中的氧在二级气、液引射混合循环
装置获得二次利用。

技术特点
随着全床蜂窝状球形小气泡群的上升与聚并所产生的气体膨胀功，加之导流筒式内盘管换热器上、下二层面气液混合物（发酵液）的重度差和静压力差，实
现高气含率发酵液在内盘管换热器内、外侧的全循环（环流）运动，使空气中的
氧得到再次利用。

不难看出，空气中氧的利用，喷旋式好氧发酵罐要比通用式发酵罐增加四次。

生产实际表明：
喷旋式好氧发酵罐全床气含率远远高于通用式发酵罐！
技术特点
3）低搅拌功率和低罐压
喷旋式好氧发酵罐采用组合式低剪
力机械搅拌装置。

在罐内的中、底
部采用气泡分散能力强、剪切力低
的径向搅拌器，其流动模型如图6所
示。

该搅拌器能满足菌丝对氧的需
求和发酵液的稳定以及对气泛的控
制。

上部采用低功率、强循环的轴
向搅拌器，其流动模型如图7所示。

的排出，在有利于菌该搅拌器能保证发酵液浓度与温度的均衡和代谢产物CO
2
丝生长的同时，有效地降低了搅拌功率。

技术特点
从已实施容积在140M 3以上喷旋式好氧发酵罐的生产实践表明：搅拌电机功率喷旋式好氧发酵罐（表1）比通用式发酵罐（表2）降低50～70%。

表1 喷旋式好氧发酵罐
Kw/M 企业名称
发酵罐容积（m 3）
3发酵液配用电机
功率（kW ）实际运行
功率（kW ）
096山西大同同星抗生素有限责任公司1400.9611575福建福抗药业有限公司（改造罐）150 1.05（原355）
118089内蒙古升华拜克有限公司1620.8911580泰国华源有限公司
4250.46155110046江苏溧阳维多生物有限公司4250.46155110宁夏启元药业有限公司
4500.43155115045内蒙古新威远生物化工有限公司5500.45200120山东志诚化工有限公司
770
--无搅拌
--
技术特点
表2 通用式发酵罐
企业名称发酵罐容积（m3）Kw/M3发酵液配用电机功率
（kW）
浙江天伟生物有限公司50 3.25130
浙江海正药业股份有限公司60 3.57200
福建省福抗药业股份有限公司80 3.91250
石药集团中润制药有限公司120 2.92280
呼伦贝尔北方药业有限公司150 3.75450
帝斯曼生化中间体（长春）有限公司150 2.96355
福建省福抗药业股份有限公司150 2.96~4.17355~500
帝斯曼生化中间体（长春）有限公司300 2.63630
技术特点
企业名称发酵罐容积（m3）Kw/M3发酵液配用电机功率
（kW）
联邦制药内蒙古有限公司320 2.19560
内蒙古新威远生物化工有限公司360 1.74500
呼伦贝尔北方药业有限公司375 2.1630
宜都东阳光制药有限公司377 2.09630
联邦制药内蒙古有限公司480 1.77680
伊利生物技术有限公司500.88750
1.88
河北天工化工机械有限公司750 1.05630
宁夏伊品生物工程有限公司（谷氨酸）
750 1.05630由于传质机理的突破，喷旋式好氧罐的操作罐压一般比通用式发酵罐降低30～50%，的排出、乳化程度的加剧和发酵液的循环，又降低了搅拌电机和空
既有利于代谢产物CO
2
压机的运行功率。

技术特点
4）实消彻底无震动
喷旋式好氧发酵罐在实消操作中，灭菌蒸汽直接进入气-液喷射混合乳化装置，经汽、液二相能量、热量与质量的传递转换，不但获得了很好的传热效果，而且消除了对罐底的冲蚀和罐体、楼层的震动，同时灭菌彻底、染菌率降低，改善了操作环境，延长了设备的使用寿命。

应用效果
喷旋式好氧发酵罐与传统的通用式发酵罐相比，在不增加原材料、压缩空气用
推广应用的生产实践表明：
量，不改变现有发酵生产工艺、菌种和不降低同期生产水平（指各项生产指标）的条件下，达到下列效果：
●溶氧系数提高30～50%●增产5～20%●搅拌节能
50～70%●发酵指数或转化率提高5～10%●设备造价降低
10～15%
10M3喷旋式好氧发酵罐效益证明
162M3喷旋式好氧发酵罐效益证明
550M3喷旋式好氧发酵罐效益证明
它是项投入少、见效快、效益高、投资回收期短的专利技术！
它是一项投入少、见效快、效益高、投资回收期短的专利技术！
适用范围
本专利技术适用下列发酵生产工艺：1、发酵罐容积­
10m 3~1000m 3（容积愈大、效益愈好）
2、气、液比值（通风比）λ≥0.10 Nm 3/m 3·min
3、进罐空气压力P 1(阀后)应为发酵液液柱静压力H L γ、排气压力（罐压）P 、阀后管线与喷咀阻力降∑P、乳化推动力△P之和2
（如图8）。

P 1=H L γ+P 2+∑P+△P ∑P =0.01~0.015Mpa
一般∑P =0.01~0.015 Mpa
△P=0.01~0.015 Mpa ∑P+△P=0.025 Mpa
4、排气压力（罐压）
P 2≥0.015 Mpa 一般P 2=0.02~0.03 Mpa
5、培养基为各类淀粉、淀粉液化液、液糖等。

6、适用于各种不同的好氧菌种、总糖、固液比、料液粘度与重度、培养时间与温度等。

7、适用于培养基实消或连消生产工艺。

谢谢！THANKS。