发酵罐的氧传递速率及搅拌系统对他的影响

在好氧微生物液态发酵中,溶氧的控制至关重要,那么我们就有必要掌握微生物的氧气需求。那么怎么样来评估发酵罐的溶氧效果呢?我们用一个氧传递速率来衡量一个发酵体系的供养能力。 

由公式可以看出,我们提高氧传递速度的方法有以下几种:①提高KLα②提高C*③降低C。 
提高C*的方法:在空气中通入纯氧气,适当增加罐压,降低温度。 

提高KLα的方法:由KLα的经验公式可以看出,KLα的大小受搅拌功率Pg,通气线速度Vs,常数:k,α  β 几个因素影响。 
而往往发酵罐定死,设备搅拌功率,通气速度也基本上定下,我们很难去操控,另外并不是通气速度越高越好,我们还需要考虑通气速率和搅拌速度的配合问题。 
今天我们主要来认识一下发酵罐搅拌桨叶都有什么类型,不同的搅拌桨的特点,以及发酵罐在配置搅拌桨的时候应该怎么配备。 
发酵罐搅拌系统的一般要求 
发酵罐的搅拌桨的尺寸并不是随意设定的,而是根据相关计算,最终确定的。搅拌桨的作用主要有:打碎空气气泡,增加溶解氧,加快物料的混合以实现物料传递,热量传递。在此仅分享搅拌桨在空气传递过程中的作用和效果。

a、最下层搅拌器离罐底的高度一般是桨叶直径D3,且不能<0.8D3
b、最下层桨与空气分布器的距离没有明确的规定,设计时通常放在最下层桨和罐底之间。
c、罐内各层搅拌器的间距可以取2~3倍的桨径,耗氧高的间距可以取2,通常的取3就可以了。
d、空气分布器:空气分布器分单管式和环形管式,单管式空气分布器开口超下,位于罐底正中央,距离罐底一般在40mm,此距离可根据情况调整。环形管式空气分布器直径D6=0.8D3(搅拌器直径)时效果最好,喷孔直径为5-8mm,开口一般向下,空气喷孔总面积为1-1.2倍通气管面积。关于两者选择的问题:当通气量较小时,可以选环形多孔分布器,这样可以有效提高空气的分布效果,但是当发酵菌种为高好氧菌株,通气量较大时,通入的空气主要靠搅拌桨来打碎,多孔分布器并不能体现出他的优势,反而具有一定的缺点:物料容易堵塞气孔,造成空气阻力损失,并增加染菌风险。
e、发酵罐搅拌器直径D3=1/3D4
f、挡板,挡板能改变液体的流向,使得发酵液由径向流变为轴向流,促进液体激烈翻动,增加溶氧;防止搅拌过程中漩涡的产生,避免搅拌器起不到搅拌作用。挡板的宽度D1=0.1D4(发酵罐直径),挡板离发酵罐内壁的距离W=(1/8-1/5)D1。
搅拌器主要有轴向式(圆盘涡轮)、径向式(桨式)。
搅拌器的分类:
发酵罐中常用的是圆盘涡轮式搅拌桨,属于径流搅拌桨。圆盘涡轮式搅拌桨将液体分成上下两个系统,在靠近桨叶和远离桨叶的地方形成富氧区和贫氧区,不利用系统的混匀和氧气的传递,因此轴流式桨叶被广泛应用起来。轴流式搅拌桨能够弥补圆盘涡轮式搅拌桨的不足,提高溶氧效果,而单独使用轴流式桨叶也会存在液面翻腾较为严重,发酵液装液量较低,容易新城液泛等现象的缺点。
因此,目前一般将两种类型的桨叶配合使用:下层选用圆盘涡轮式桨叶,可以将上升气流打断,起到破碎气泡的作用,上面两层采用桨叶轴流式,可以增加设备的传氧系数。底层用涡轮平叶,中间用涡轮箭叶,上层用轴流式,可以在提高溶氧的同时降低功率。不同的搅拌桨叶的组合需要经过试验进行确定。


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