【摘要】：L-蘇氨酸是一種必需氨基酸,具有非常廣泛的應(yīng)用價值,其需求量增長迅速。工業(yè)上生產(chǎn)蘇氨酸在大型蘇氨酸發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行,大型蘇氨酸發(fā)酵罐設(shè)備及發(fā)酵工藝在設(shè)計前期大都僅憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計,會使得設(shè)計后期需要更多的成本進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化調(diào)整。本文主要是對蘇氨酸發(fā)酵罐內(nèi)攪拌流場以及發(fā)酵工藝過程進(jìn)行研究,根據(jù)計算流體力學(xué)相關(guān)理論,建立蘇氨酸發(fā)酵罐攪拌模型,利用Fluent等軟件對蘇氨酸發(fā)酵罐內(nèi)的攪拌流場進(jìn)行了模擬,對模擬結(jié)果進(jìn)行了分析,優(yōu)化了攪拌槳組合,同時進(jìn)行蘇氨酸發(fā)酵試驗(yàn)進(jìn)一步研究了蘇氨酸發(fā)酵的工藝過程情況。仿真模擬與試驗(yàn)研究為大型蘇氨酸發(fā)酵罐設(shè)備的設(shè)計及發(fā)酵工藝控制提供理論計算分析和試驗(yàn)依據(jù)。具體內(nèi)容如下:首先根據(jù)計算流體力學(xué)理論,結(jié)合攪拌發(fā)酵模型,確定了蘇氨酸發(fā)酵攪拌流場的數(shù)值模擬模型,并給出了蘇氨酸發(fā)酵罐內(nèi)攪拌流場的模擬方法與過程。然后對蘇氨酸發(fā)酵罐內(nèi)不同攪拌槳組合下的攪拌流場進(jìn)行仿真模擬,結(jié)合蘇氨酸發(fā)酵工藝參數(shù)及攪拌槳設(shè)計經(jīng)驗(yàn),根據(jù)仿真模擬得到的罐內(nèi)流場分布、攪拌槳功率、混合時間等參數(shù)來優(yōu)化攪拌槳組合并確定了該攪拌槳組合尺寸。優(yōu)化得到的攪拌槳組合由四檔攪拌槳組成,上三檔槳為三斜直葉槳,槳徑d_1=d_2=d_3=2.30m,底槳為六葉拋物線式圓盤渦輪槳,槳徑d_4=2.30m。隨后仿真模擬了優(yōu)化后的槳葉組合在蘇氨酸發(fā)酵過程中不同工況下的攪拌流場情況,研究了液位高度、發(fā)酵液密度、攪拌槳轉(zhuǎn)速及通氣攪拌對蘇氨酸發(fā)酵罐內(nèi)攪拌流場分布及攪拌功率的影響情況,結(jié)果表明:當(dāng)液位完全浸沒一檔攪拌槳后,液面繼續(xù)升高該攪拌功率變化不大;在蘇氨酸發(fā)酵過程中溶液密度增大將導(dǎo)致攪拌槳的功率增大,得到了該過程的變化曲線;給出了蘇氨酸發(fā)酵罐中該攪拌組合在不同轉(zhuǎn)速下的攪拌功率變化曲線,該曲線與經(jīng)驗(yàn)相符;氣液兩相流模擬中,發(fā)現(xiàn)通入一定量氣體后該攪拌槳組合的功率下降了20.9%,溶液平均含氣率穩(wěn)定在21.4%左右,計算得到該蘇氨酸發(fā)酵罐的初始裝料液位高應(yīng)該在6.3 m左右較為合理。最后在小型發(fā)酵罐進(jìn)行了蘇氨酸發(fā)酵試驗(yàn),同時對其攪拌流場進(jìn)行了模擬。模擬計算得出的攪拌功率的大小與實(shí)際的誤差在10%以內(nèi),對比了試驗(yàn)罐與大型罐的模擬流場及相關(guān)參數(shù)情況,認(rèn)為大型罐設(shè)計具有一定的合理性;蘇氨酸發(fā)酵試驗(yàn)給出了發(fā)酵過程中的轉(zhuǎn)速、通氣量的變化參數(shù),并且通過對轉(zhuǎn)速及通氣量的間接控制來維持發(fā)酵罐內(nèi)溶氧保持在30%左右,得到了較好的發(fā)酵產(chǎn)酸率,為大型發(fā)酵罐的發(fā)酵工藝設(shè)計提供了依據(jù)。
【圖文】：

圖 2-4 罐內(nèi)區(qū)域劃分圖Figure 2-4 Zoning in fermentor解原理種多相流模型的特點(diǎn)，，針對本課題研究的蘇氨體量較多，罐內(nèi)氣液兩相中氣體體積占比不會方式進(jìn)行計算，同時結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的 k-ε 湍流模型作程，雙流體模型中無論連續(xù)性方程還是動量方程引入了體積分?jǐn)?shù)這一參數(shù)。由質(zhì)量守恒定律可 0ti i i i i V （ ） 積占比， 為該相的密度大小，V 代表該相的平

1.電動機(jī)；2.機(jī)架；3.上封頭；4.冷卻水出口；5.攪拌槳組合；6.空氣入7.冷卻管底板； 8.減速器；9.人孔；10.消泡槳；11.進(jìn)料口；12.扶梯13.冷卻管；14.冷卻水入口；15.氣體分布器；16.裙座圖 3-2 蘇氨酸發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖Figure 3-2 Structure diagram of threonine fermentor分析的簡單化，在不影響分析結(jié)果的情況下，對罐體模型進(jìn)行模型圖如圖 3-3，其尺寸大小見表 3-1。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ922

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本文編號：2617203