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1、1,史庆华 高级工程师，副总 搅拌设备研发中心,工业发酵搅拌技术简述,2,目录,工业发酵过程搅拌技术,工业发酵搅拌器技术的发展,鸿泰最新发酵搅拌技术,生物能源,燃料乙醇 燃料乙醇是国际上近年来最受关注的石油替代燃料之一 ,生物质通过水解和发酵制燃料乙醇的技术是利用生物质资源的最为有效途径。主要原料有玉米（美国），甘蔗（巴西），甜菜（欧洲），还有木薯，秸秆等。 生物柴油 研究新的油脂原料路线如转基因微生物法生产脂肪酸和油脂，提高脂肪酸和油脂含量，寻找并建立适合我国生物柴油生产的原料。 能源微藻（国家973立项） 生物燃气（甲烷） 生物制氢,工业发酵过程搅拌技术,生物能源-燃料乙醇(玉米）,工业发
2、酵过程搅拌技术,工业发酵过程搅拌技术,生物能源-燃料乙醇（玉米）,3800吨玉米酒精发酵罐，16700x17400, 配备高效轴流式搅拌器ZCX一层，电机功率仅需22kw。,工业发酵过程搅拌技术,生物能源-燃料乙醇（秸秆）,工业发酵过程搅拌技术,生物能源-燃料乙醇（秸秆）,20吨酶解罐（55kw）,30吨发酵罐（11kw）,工业发酵过程搅拌技术,生物材料,1-3丙二醇（1-3,PDO) 1,3-PDO最主要的用途是作为合成聚酯的新一代单体,不但可以使聚酯塑料具有自然循环的可生物降解特性, 还可与对苯二甲酸合成聚对苯二甲酸丙二醇酯(俗称PTT)，PTT是目前公认的最好的传统聚酯升级换代品。 乳酸
3、与聚乳酸 乳酸是最重要的C3平台化合物。聚乳酸可以替代石油基高分子材料，具有可生物降解的特点。用聚乳酸薄膜替代不可降解石油高分子材料作为农用地膜，可以增加粮食产量10 。 二元酸 丁二酸与聚丁烯对苯二酸树脂（PBT树脂） 生物乙烯,工业发酵过程搅拌技术,生物材料-1,3-丙二醇(PDO),250吨甘油发酵生产PDO发酵罐,工业发酵过程搅拌技术,生物材料-二元酸,600吨二元酸发酵罐，6000x19500, 配备电机功率650kw。,工业发酵过程搅拌技术,食品工业生物技术,氨基酸 目前, 中国已经成为氨基酸生产和消费大国, 年消费量约140 万吨左右。以谷氨酸、赖氨酸和蛋氨酸为主。 柠檬酸 20
4、08年中国有柠檬酸生产厂近百家，总年产能力约80万吨，是全球最大的柠檬酸生产国和出口国，出口量更是超过国内总产量的90%，出口依赖严重。出口量在全球柠檬酸贸易总量中的比重超过60%。 啤酒 酱油与醋,工业发酵过程搅拌技术,谷氨酸产生菌为兼性好氧菌, 在有氧、无氧的条件下都能生长,只是其代谢产物不同。在谷氨酸发酵过程中,供氧必须适度。 已经投产的750吨谷氨酸发酵罐，7900x13900, 配备电机功率630kw。,食品工业-谷氨酸（味精）,工业发酵过程搅拌技术,780吨谷氨酸发酵罐皮带减速机皮带轮,工业发酵过程搅拌技术,医药工业生物技术,青霉素、红霉素等抗生素 2009年国内抗生素企业达到了1
5、20家，产量合计为14万吨左右，市场规模达到600亿，年平均增长率达到了24%。国内很多抗生素品种的生产规模已经达到了全球第一，其中青霉素产量为5万多吨，占全球总产量的75%以上。 维生素C等 产量世界第一，约为90万吨/年,工业发酵过程搅拌技术,红霉素370吨发酵罐,工业发酵过程搅拌技术,红霉素500吨发酵罐,500吨红霉素发酵罐，6400x14400, 配备电机功率750kw。,工业发酵过程搅拌技术,青霉素480吨发酵罐,480吨青霉素发酵罐，5800x16300, 配备电机功率785kw。,工业发酵过程搅拌技术,生物催化剂,糖化酶、淀粉酶等 酶制剂中的支柱产品主要有：糖化酶、高温-淀粉酶
6、、碱性蛋白酶，自1988年引进后，十余年来，发酵水平一直没有提高，而国外却提高很快。以糖化酶为例，目前我国产酶活力仍停留在32000u/ml左右，而国外已达到50000u/ml以上。由于成本偏高及质量不稳定，我国酶制剂产品难以进入国际市场。 纤维素与半纤维素酶 根据在芬兰所做的研究，半纤维素酶（主要是木聚糖酶）能促进漂白，目前这些酶在斯堪的纳维亚、加拿大、美国和智利已经进入商业化应用阶段。用木聚糖酶处理牛皮纸浆能显著地降低化学消耗而对纸浆产量及质量几乎没有任何影响。 新型酶制剂，如谷氨酰胺转胺酶、过氧化氢酶、甘露聚糖酶等,工业发酵过程搅拌技术,酶制剂-糖化酶,长城最新发酵搅拌技术,发酵罐设计几
7、点经验,发酵罐的长径比H/D的考虑：考虑气体的停留时间以及热管的布置国内一般考虑2.5到3。考虑搅拌的整体稳定、换热的能力以及罐体水柱背压对压缩机背压的影响从而极大影响压缩机能耗，国外例如DSM青霉素H/D=2，韩国希杰氨基酸H/D=1；由于搅拌能力提高靠大H/D提高气含率，与低H/D没有太大区别。 气含率的控制：对于目前高的气含率提供好的供氧，但降低了罐容，我建议对于通气比在1：0.5以内的搅拌控制气含率在68%，抗生素在812%之间。,长城最新发酵搅拌技术,3 换热管的布置：竖型列管，大蛇管，排管，圆形列管束（列管式换热器型），弹簧管，蜂窝挡板等等。采用形式与发酵液黏度、固形物含量，发酵液
8、热值等等有关。挡板（换热管就是一定的挡板）的大小靠近全挡板的75%到80%为佳。,竖管,大蛇管,弹簧管,工业发酵过程搅拌技术,小结,大量的工业生物过程需要搅拌技术和设备，搅拌设备随着发酵罐的容积的增大也越来越大；新的搅拌技术也不断应用于工业发酵过程。 发酵罐的高径比设计，换热管的设计等都与搅拌设计密切相关，有许多经验可供参考。,工业发酵搅拌器技术的发展,适用发酵过程的搅拌器,径向流圆盘搅拌器： Rushton涡轮 半弯管圆盘涡轮 BT-6 轴向流搅拌器： 窄叶高效轴流 A310，CBY, HE3，ZCX等 宽叶高效轴流 A315，KSX, MaxFlo等,径向流搅拌器-50年代,六直叶圆盘涡轮
9、 Rushton Turbine LIGHTNIN R100 CHEMINEER D-6 长城 PY,PDY 功率准数4.56.2； 单相流动中叶片后方存在尾涡； 气液两相操作时，叶片后方有气穴；,工业发酵搅拌器技术的发展,径向流搅拌器-80年代,半管式圆盘涡轮 Smith Turbine LIGHTNIN R130 CHEMINEER CD-6 长城 HY，HDY 功率准数2.83.2； 降低了功率，提高了气体控制能力； 传质性能提高。,工业发酵搅拌器技术的发展,径向流搅拌器-98年,抛物线型圆盘涡轮 Bakker Turbine CHEMINEER BT-6 长城 BTD 北化 HEDT
10、BT-6特性 低功耗：功率准数Np2.3； 在雷诺数大于1000时，其功率准数基本上已经是常数； 通气条件下，其功率下降比较平缓； 比较好的气体分散能力，可达涡轮桨的5倍多； 气液传质系数比涡轮可提高60%；,BT-6,工业发酵搅拌器技术的发展,工业发酵搅拌器技术的发展,三种搅拌器的功率曲线,工业发酵搅拌器技术的发展,D/T 恒定情况下，综合可参考数据的平均值,三种搅拌器的气体分散能力,工业发酵搅拌器技术的发展,三种搅拌器的气液传质能力,高效轴流式搅拌器 LIGHTNIN A310, A510 CHEMINEER HE3 长城 ZCX 北化 CBY A310特性 Np0.3 Nq0.56 ZC
11、X特性 Np0.30.5 Nq0.450.6,窄叶轴向流搅拌器-80年代,A310,ZCX,工业发酵搅拌器技术的发展,HE3特性 Np=0.20, Nq=0.46 for D/T=0.5 Np=0.22, Nq=0.47 for D/T=0.4 Np=0.26, Nq=0.49 for D/T=0.3 Np=0.30, Nq=0.50 for D/T=0.2 CBY特性 Np0.30.5 （tip=17.523) Nq0.450.6,HE3,CBY,工业发酵搅拌器技术的发展,宽叶轴流式搅拌器 LIGHTNIN A315 CHEMINEER MaxFlo 长城 KSX, MSW 北化 WH A3
12、15特性 Np0.75 Nq0.73 KSX特性 Np0.8 Nq0.75,宽叶轴向流搅拌器-80年代,A315,KSX,WH,MaxFlo,工业发酵搅拌器技术的发展,小结,发酵过程搅拌器技术从上世纪50年代以来在气液分散径向流搅拌器方面取得了很大的发展，可以说已经发展了三代，但是近十几年来没有新的发展。 轴向流搅拌器自80年代开发并应用以来，虽有不少公司和研发机构进行研发或改进，但并无“实质”上的新型搅拌器出现。,工业发酵搅拌器技术的发展,3,鸿泰最新发酵搅拌技术,鸿泰最新发酵搅拌技术,新一代发酵罐轴向流搅拌器 宽叶圆盘轴向流搅拌器HDT,鸿泰最新发酵搅拌技术,鸿泰最新发酵搅拌技术,鸿泰最新
13、发酵搅拌技术,鸿泰最新发酵搅拌技术,同等功率消耗情况下平均提升气含率512%,最高可达20%以上,优势1,鸿泰最新发酵搅拌技术,鸿泰最新发酵搅拌技术,鸿泰最新发酵搅拌技术,优势2-相对更加平稳的液面,圆盘的加入使得搅拌器对气体的控制能力更强，不会出现大气泡冒出所引起的液面剧烈波动或“沸腾”，这样可以提高发酵罐的装液量和放罐体积，增加产量。,鸿泰最新发酵搅拌技术,常用发酵通气方式,鸿泰最新发酵搅拌技术,鸿泰推荐发酵通气方式,鸿泰最新发酵搅拌技术,整体气含率平均提高613%，最大可提高23%,鸿泰最新发酵搅拌技术,气泡大小平均减小512%，最大可减小26%,鸿泰最新发酵搅拌技术,小结,鸿泰公司首次提出新型圆盘涡轮轴向流搅拌器，同等功率消耗的情况下可提高气含率512%，最高可达20% 。 气体分布器对气液分散过程有一定影响，结构简单的罩型分布器相比单管式进气方式可明显提高气含率，减小气泡大小。,Thank You! 谢谢！,