发酵系统溶氧裕度控制参数的设计与仿真

发布时间：2020-07-11 21:59

【摘要】：近年来,随着人们对人体胰岛素、抗体以及各种酶制剂等新产品需求的增长,微生物发酵技术已成为当下研究重点。溶氧量是生物发酵系统中一个重要的参数,在生物发酵过程中,如果能维持恰当的溶氧裕度,就能够保障发酵产物的质量和产量。溶解氧与生物发酵系统中桨叶的转速、种类、安装高度以及气体分布器等诸多因素有关,通过研究这些因素对生物发酵罐内部流场的气液分散状态、气含率等特征的影响,就能够对溶氧量加以控制。采用计算流体动力学(CFD)软件对生物发酵罐内部流场进行仿真模拟,利用SolidWorks 2014对生物发酵系统,包括罐体、挡板、桨叶和气体分布器等进行三维建模,并将模型导入WorkBench 19.0中进行前处理。使用FLUENT软件进行数值模拟计算,采用Euler-Euler双流体模型,将液相设置为水,气相设置为空气,湍流模型选用标准k-ε模型,分别设置了四组桨叶转速工况、三组桨叶安装位置工况和三组通气量工况进行对比研究。重点对比分析发酵罐内部流场的局部气含率、通气前后的功率变化等特征,结果表明,当桨叶转速为400 rpm,通气量为184.23 L/min,且下桨叶安装高度为0.2 m,上下桨叶间距为0.5 m时整体气液分散效果最佳,生物发酵罐内部流场混合最为均匀,此工况下的RPD值为0.80,通气后功率下降20.3%。数值模拟结果合理,能够为进一步设计与优化生物发酵系统提供一定的参考。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TQ925
【图文】：

生物发酵,机械搅拌,消泡器,无菌空气

因其适应性好，可用于对不同种类的微生场中占据约为 70%-80%的比例，故又被称机械搅拌通风发酵罐主要部分为机械罐内通入气体后，通过机械搅拌装置旋转混合，从而提高发酵液对氧气的吸收效率2.1.2 生物发酵系统组成生物发酵系统由发酵罐罐体、机械搅等组成。其结构示意图如图 2.1 所示[26]。生物发酵罐作为微生物发酵的场所，其的条件和参数。传热装置和冷却装置组成动装置和搅拌装置为桨叶的旋转提供动力中产生的气泡选择消泡器或者消泡剂进行的无菌空气。

发酵罐,总体结构,搅拌装置,通气装置

体结构及设计要由两大部分组成，分别是生物发酵罐的罐体和的筒体、挡板和换热装置以及通气装置等。搅拌搅拌轴上部连接动力装置（电动机）与传动装置时地传递给搅拌装置，令搅拌装置旋转，从而带其产生相应的流场并将发酵液和无菌空气充分混反应。图 2.2 为使用 SolidWorks 2014 绘制的气液

示意图,气体分布器,单孔,发酵罐

单孔式和多孔环装式气体分布器

【参考文献】