CFD技术用于红霉素发酵罐搅拌系统的设计

采用计算流体力学(CFD)技术辅助设计375 m3红霉素发酵罐搅拌系统,使发酵罐达到高效节能的目的。根据红霉素的生产工艺、流体传质特性以及实践经验,综合考虑混合传质效果和高效节能的要求设计出4套搅拌系统。对每套搅拌系统的流场、气含率、容积氧传质系数、剪应变和功耗进行数值模拟分析。结果表明:方案1的搅拌系统功耗较低、气含率较高,具有较强的混合传质能力、剪应变适中且分布比较均匀。     

带有机械搅拌的气升式发酵罐

带有机械搅拌的气升式发酵罐当前，通风发酵罐主要有两大类：一类是机械搅拌发酵罐，一类是气升式发酵罐．机械搅拌发酵罐其气体分散和醒液循环运动主要由搅拌器来完成，它存在单位能耗较大等缺点；而现有的气升式发酵罐其气体分散主要由气体分布器来完成，醒液循环运动主...     

基于CFD的多层桨叶组合搅拌器的优化

针对50 L发酵罐搅拌器组合选择类型复杂多变的问题，设计4种不同桨叶组合的三层搅拌桨模型，运用CFD软件对设计的4种组合桨发酵罐进行气液两相流数值模拟。通过对发酵罐中有无通气进行比较，研究通气对罐内流场的影响，并对通气后不同桨叶组合下的液相速度云图、搅拌功耗、体积传质系数以及气相体积分数进行分析，选取混合效果最好的桨叶组合。结果表明：通气会使罐内流场的轴向速度增强；通气条件下不同桨叶组合产生的流场特性会有所不同，上下层桨叶为径向流桨叶，中层桨叶为轴向流桨叶的桨叶组合所形成的流场速度分布更加均匀，能为发酵罐在搅拌过程中物质的扩散与混合提供更好的条件；不同的桨叶组合会产生不同的K_La值；下桨叶选择六直叶圆盘涡轮桨的桨叶组合其气体分布更加均匀；在搅拌功率方面，搅拌组合B功耗最高，搅拌组合D功耗相对较低，且在三个轴向流桨叶中螺旋桨功耗最低，综合分析选取组合D为最优桨叶组合。研究结果可为气液两相流发酵罐的设计与选择提供理论依据。     

连续多级塔式发酵罐的研究

新型的生化反应器——塔式发酵罐(Towef Fermentor)是介于活塞流和全混式之间的一种新型气流搅拌式发酵罐。     

混砂车搅拌罐试验模型相似设计及数值模拟

以混砂车搅拌罐为研究对象,为了将试验搅拌罐的混合效果在混砂车搅拌罐中重现,以搅拌罐单位体积的搅拌功率作为放大准则,用几何相似的原则分别建立了结构尺寸为1∶1和1∶4的搅拌模型。为了尽可能地接近混砂车的实际工况,模拟中采用了连续输砂搅拌的方式,使罐内混合液达到一个边混合边排出的过程。利用Fluent软件分析对比,得到了在相同的混合效果前提下,试验搅拌罐与混砂车搅拌罐的转速关系式,使试验结果能够较好地转化到混砂车搅拌罐上。     

基于机械搅拌式光照发酵罐的紫球藻高产藻红蛋白培养条件优化

本研究以普通机械搅拌式光照发酵罐为培养装置,采用单因素试验法对紫球藻生产藻红蛋白的条件（搅拌速率、光照强度、氮浓度以及NaCl浓度）进行优化。结果表明,发酵培养紫球藻高产藻红蛋白的最佳搅拌速率、光照强度、氮浓度以及NaCl浓度分别为150 r/min、2 000 Lx、8 mmol/L、20‰。本试验优化了搅拌式光照发酵罐培养紫球藻生产藻红蛋白的条件,为紫球藻藻红蛋白的工业化生产提供基础数据及思路。     

白地霉产漆酶条件优化及对偶氮染料脱色研究

对白地霉M3发酵产漆酶进行了研究。在培养的第四天,漆酶的活力达到最高。通过单因素和正交试验对产漆酶培养基优化进行了研究,结果表明葡萄糖、氯化铵为产漆酶最佳碳源和氮源,优化培养基成分为葡萄糖2g/L,硝酸铵1.5g/L,愈创木酚0.015mmol/L,硫酸铜0.06 mmol/L。5L机械搅拌发酵罐和7L气升发酵罐试验中,酶活力分别达到1428U/L、2216U/L,相比机械搅拌发酵罐气升发酵罐更适合白地霉M3产漆酶。粗酶液处理偶氮染料,反应1.5小时后,脱色率达到90.2%,脱色过程进行可见-紫外光谱扫描研究,表明粗酶能降解偶氮染料。     

基于CFD-PBM的50 L岩藻多糖发酵罐两相流模拟

近年来发酵工业发展迅速,微生物发酵成为了获取目的资源的一种高效节能途径.在50L充气发酵罐内,选择生产岩藻多糖的阴沟肠杆菌发酵过程中第12,36,60 h的发酵液为研究目标,通过流变仪测量发酵液流动特性,使用CFD-PBM(Computational Fluid Dynamics-Population Balance Model)耦合模型对三层搅拌罐中的气液两相流动和气泡破碎聚并进行了数值模拟,并以功率消耗和混合指数定量评价混合效果.结果表明:3个阶段的发酵液流变曲线均满足幂律流动特征;在搅拌过程中,发酵罐内形成了3个流动循环,气泡尺寸范围处于1～25.19 mm之间;发酵液黏度的上升使功率消耗和气含率增加,同时使发酵罐混合效果变差. CFD-PBM耦合的模型对于中型搅拌罐中的气液分散状况具有很好的模拟效果,能为生物搅拌罐的实时监测与控制提供参考和指导.     

妥布拉霉素发酵放大规律的研究

分析和对比了不同溶氧情况下妥布拉霉素菌株在摇瓶和５Ｌ全自动发酵罐中发酵过程的特征。发现搅拌转速为４５０ｒ／ｍｉｎ时，５Ｌ发酵罐的妥布拉霉素发酵过程与２１０ｒ／ｍｉｎ、９０ｍＬ装量的摇瓶发酵相似，结果达到了摇瓶发酵水平。在此基础上，以相同单位体积功率为基准放大，将妥布拉霉素发酵一步放大到１０ｔ发酵罐，搅拌转速为１００ｒ／ｍｉｎ。     

用塑料拱棚繁殖法桐种子苗技术

法桐种子粒小,萌芽力弱,育苗技术不易掌握。用塑料拱棚进行法桐种子育苗,不但省工省力,而且可保证苗全、苗旺,简单易行。 ①种子处理:将球果捣碎,搓去绒毛,将种子筛出,倒入30～10℃的温水中,边倒种子边搅拌,浸泡2小时后捞出,与2倍湿沙混合搅拌均匀,放在20℃的环境中催芽。催芽过程中每天翻动1～2次.当有1/3露     

行星式搅拌釜混合性能的数值模拟

使用Fluent软件数值模拟行星式搅拌釜高黏熔体中固液混合过程,研究搅拌桨自转速度和安装高度对搅拌釜混合性能的影响.采用欧拉模型、动网格技术和用户自定义函数,在搅拌桨不同自转速度和安装高度下,数值计算了搅拌釜内固液两相流的流场、混合时间和搅拌桨的扭矩,用搅拌功率和单位体积混合能评价搅拌釜的混合效率.计算结果表明,搅拌桨自转速度从20r/mim提高到60r/min,物料混合时间缩短,搅拌功率和单位体积混合能增大,混合效率降低;搅拌桨安装高度从20mm增加到60mm,物料混合时间缩短,搅拌功率变化不大,单位体积混合能减小,混合效率提高.     

顶入式与侧入式搅拌槽内混合特性的比较

应用计算流体动力学方法(CFD)对顶入式与侧入式搅拌槽内的流型特征、混合过程进行了数值模拟。计算采用标准k-ε湍流模型、多重参考系法和滑移网格法研究了2种形式搅拌槽的混合效率,分析了不同槽高径比H/T及桨型对侧入式搅拌槽混合性能的影响,并使用文献数据与碘一硫代硫酸钠褪色法对模拟进行了验证。结果表明:四斜叶开启涡轮桨(PBTD45)运行下顶入式与侧入式搅拌槽内主体循环均是轴向循环流;在H/T=1的搅拌槽中相同功耗情况下,顶入式搅拌的混合效率比侧入式搅拌的高,混合时间减少了约28.2%;侧入式搅拌在较低H/T比的搅拌槽内的混合效率较高,当H/T=0.6左右时侧入式搅拌的混合效率与顶入式(H/T=1)接近。PBTD6030桨与FE-4桨较适合侧入式搅拌槽中的混合操作。     

多层桨搅拌槽内的宏观混合特性

在直径为0.476 m的搅拌槽内,采用电导法测定搅拌槽内单层桨和多层桨体系的混合时间。对于单层桨体系,在相同的搅拌输入功率下,不同类型的径向流桨和轴向流桨具有相同的混合时间。对于窄叶翼型CBY搅拌桨,在相同的搅拌输入功率下,单层、双层以及三层CBY搅拌桨的混合时间基本相同;而对于六直叶涡轮桨DT-6,在相同的搅拌输入功率下其混合时间随桨叶层数的增加而加长;多层CBY桨的混合时间远低于多层DT-6搅拌桨的混合时间。     

PWM控制原理在自动控制中的应用

ＰＷＭ控制原理被广泛用于自动控制中，我们研制的“ＢＦ－０７自动控制发酵罐”就是利用ＰＷＭ控制原理实现了对温度、搅拌速度，酸度，溶解氧４个参数的调控。本文给出了ＰＷＭ控制原理及利用ＰＷＭ控制原理实现对温度和搅拌速度的调控。     

装配式高效轴流搅拌桨的结构设计

混合设备大多是非标准设备,其结构形式极其多样。作为混合设备中最重要的部件,搅拌桨的设计也是有很多方法,我们将采用仿船用螺旋桨的方法,在整体式搅拌桨设计方法的基础上,根据设计要求及加工设备的具体情况,设计装配式高效轴流搅拌桨。详细分析装配式搅拌桨与整体式搅拌桨各自的特点,结构形状等,阐述了装配式高效轴流搅拌桨的设计思路,本文也简要介绍了搅拌桨装配。     

生物搅拌反应器的CFD模拟及在肌苷发酵中的应用

通过改变搅拌桨叶间距,对50 L的气液搅拌生物反应器在指定转速、每升发酵液中每分钟通入空气1 L条件下的搅拌流场、剪切力、空气体积分率进行模拟,从流体力学角度对反应器进行了优化。将模拟优化结果用于实际肌苷发酵过程中,结果表明:计算流体力学(CFD)模拟优化后的搅拌桨位置能改善发酵罐内部的流场和气体分布,从而对菌体代谢和肌苷合成产生影响,使每升发酵液的产苷量提高了4.06 g。     

BF-Ⅱ-12型玻璃发酵罐的试制成功与小批投产

BF-Ⅱ-12型玻璃发酵罐是由我院与苏州第二制药厂协作,自行设计,全部采用国产材料制造的。它是一种用于工业微生物和抗菌素发酵研究工作的有效小型设备,尤其有利于进行优良菌种筛选的放大试验;为生产工艺寻找适当的工艺条件,如发酵温度、通气量、搅拌     

液体喷射混合技术研究

针对传统机械搅拌设备中存在的不足,该文提出了一种新型的液体喷射混合技术,即采用液体循环流代替工业机械搅拌。以水和沙子为例,对液体喷射混合进行了初步研究。研究发现,当液体喷口角度向下时,液体搅拌具有良好的混合效果,其混合时间不超过4s;同时,通过固-液悬浮实验可知,液体搅拌具有很好的固液悬浮效果,尤其当喷口角度在120°~135°内时,具备较佳混合效果;以上实验证明了液体搅拌技术具有很好的混合效果,在很大程度上可以代替传统的机械搅拌技术,具有很好的工业应用前景。     

压裂混砂搅拌装置搅拌叶轮结构优化设计研究

为了提高压裂混砂搅拌装置的搅拌效果,以混砂搅拌装置混合时间为实验指标,针对搅拌叶轮的结构特点,采用正交实验及CFD数值模拟相结合的方法研究了搅拌叶轮的主要几何尺寸对混合时间的影响规律,得到了搅拌装置叶轮最佳结构参数,为搅拌叶轮结构优化设计提供了理论支撑。结果表明,搅拌叶轮的几何尺寸变化对混合时间具有一定的影响,其中,上叶轮直径影响最大,下叶轮直径和下叶轮导流筒与叶轮直径比值次之,上叶轮导流筒与叶轮直径比值影响相对较小;搅拌叶轮几何尺寸最优方案对应的混合时间最短,值为11.0 s。     

搅拌转速对Bacillus subtilis分批发酵碱性果胶裂解酶的影响

在5L小型发酵罐上，考察了不同搅拌转速对细胞生长和碱性果胶裂解酶生产的影响。根据细胞生物量、酶活水平、比细胞生长速率和比产物合成速率的变化情况，提出了两阶段搅拌转速控制策略：0～5h搅拌转速500r／min;5h后搅拌转速600r／min。PGL和PIVIGL酶活分别提高5．3％和15．1％；FGL和PMGL最大平均比生成速率分别提高15．9％和23．1％。