一、技術(shù)名稱：新型生物反應(yīng)器和高效節(jié)能生物發(fā)酵技術(shù)
二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：發(fā)酵和化工等行業(yè)
三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀
目前，我國(guó)發(fā)酵行業(yè)年耗能約2000萬tce，其中用于發(fā)酵工序的能耗約占40%。應(yīng)用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量24萬tce/a，CO2減排約63萬t/a。
四、技術(shù)內(nèi)容
1.技術(shù)原理
（1）發(fā)酵用壓縮空氣新型冷卻及能量利用技術(shù)：空壓機(jī)制取壓縮空氣，出口空氣降溫由水冷轉(zhuǎn)為風(fēng)冷的技術(shù)改造。壓縮空氣制取方式采用軸流式風(fēng)機(jī)及兩臺(tái)電動(dòng)離心機(jī)供應(yīng)，其出口溫度為185℃，為滿足工藝要求，需降溫至110℃左右。該技術(shù)采用風(fēng)冷替代水冷的冷卻方式，被加熱的空氣作為烘干發(fā)酵菌渣的加熱劑，即提高了有效熱能二次利用，也可節(jié)省循環(huán)水量。
（2）新型氣升式二次補(bǔ)氣發(fā)酵技術(shù)：增加發(fā)酵罐高度，利用文丘里管的噴射攪拌作用代替攪拌電機(jī)，可省去發(fā)酵罐攪拌電動(dòng)機(jī)，克服了普通的氣升式發(fā)酵罐內(nèi)的導(dǎo)流筒只有導(dǎo)流作用、不能調(diào)節(jié)溫度的難題。本技術(shù)的導(dǎo)流筒具有調(diào)溫和導(dǎo)流兩種作用，并且為雙面換熱，高效節(jié)能；同時(shí)，導(dǎo)流桶中上部增加二次補(bǔ)氣環(huán)管，管內(nèi)空氣向下噴射，利用發(fā)酵罐內(nèi)循環(huán)液把此部分空氣帶回到空氣噴嘴處，再與發(fā)酵液混合向上噴入氣升桶，提高發(fā)酵液溶氧率和空氣利用率，從而降低生產(chǎn)成本。
2.關(guān)鍵技術(shù)
（1）發(fā)酵用壓縮空氣新型冷卻及能量利用技術(shù)；
（2）新型氣升式二次補(bǔ)氣發(fā)酵技術(shù)。
3.工藝流程
（1）發(fā)酵用壓縮空氣新型冷卻及能量利用技術(shù)
該技術(shù)將一級(jí)冷卻改為自然風(fēng)冷卻，為使壓縮空氣由185℃降溫至110℃左右，使用空氣作為冷卻劑，壓縮空氣冷卻的同時(shí)，被加熱的空氣可升溫至110℃左右，作為烘干發(fā)酵菌渣的加熱劑。二級(jí)冷卻不變，改用自然風(fēng)冷，節(jié)省循環(huán)水量，把被加熱的空氣作為有效熱能二次利用，去烘干發(fā)酵產(chǎn)生的菌渣，替代原來用蒸汽烘干的方式，既降低熱污染又節(jié)約蒸汽。其工藝過程如圖1所示。
圖1 工藝流程
（2）新型氣升式二次補(bǔ)氣發(fā)酵技術(shù)
該技術(shù)在發(fā)酵罐內(nèi)增設(shè)導(dǎo)流筒（見圖2），采用氣流攪拌方式。壓縮空氣從罐體下部進(jìn)入，靠壓縮空氣的壓力，帶動(dòng)導(dǎo)流筒內(nèi)部的發(fā)酵液自下而上流動(dòng)，至導(dǎo)流筒頂端后，向四周分散并沿導(dǎo)流筒與罐壁間空腔往下流動(dòng)，從而形成料液的循環(huán)。同時(shí)可使空氣與料液充分混合，取消了機(jī)械攪拌，節(jié)約了電能，且攪拌混合更充分，降低發(fā)酵過程中的染菌概率，提高了產(chǎn)品的效價(jià)。發(fā)酵罐體底部安裝有空氣噴嘴1，空氣經(jīng)氣升桶2，進(jìn)入調(diào)溫導(dǎo)流桶3，在導(dǎo)流桶2內(nèi)完成調(diào)溫、導(dǎo)流、均勻混合后，重返氣升桶3下部進(jìn)口，完成一個(gè)工作循環(huán)（見圖3）。導(dǎo)流桶中上部增加二次補(bǔ)氣環(huán)管5，管內(nèi)空氣向下噴射，利用發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液把此部分空氣帶回到空氣噴嘴處再與發(fā)酵液混合向上噴入氣升桶，工藝空氣與發(fā)酵液接觸時(shí)間和路徑延長(zhǎng)一倍，提高發(fā)酵液溶氧率和空氣利用率，降低生產(chǎn)成本，達(dá)到高效節(jié)能的目的。
圖2 機(jī)械攪拌發(fā)酵原理圖
圖3 氣升式二次補(bǔ)氣發(fā)酵原理圖
五、主要技術(shù)指標(biāo)
以容積為800m3的發(fā)酵罐為例，一級(jí)冷卻循環(huán)水量為724m3/h，按補(bǔ)充新鮮水量為1%計(jì)算，每天節(jié)約水量170m3。蒸汽消耗由320t/罐降低到292t/罐，電耗由29593kWh/罐降低到19391kWh/罐。發(fā)酵冷卻時(shí)間從18h降到3.5h，減少了14.5h；1m3料液需要空氣量由1 m3降至0.78m3，空氣利用率提高22%。
六、技術(shù)鑒定、獲獎(jiǎng)情況及應(yīng)用現(xiàn)狀
該技術(shù)已通過山東省科技廳組織的科技成果鑒定，技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，相關(guān)工藝設(shè)備和技術(shù)已申報(bào)并受理專利12項(xiàng)。
七、典型應(yīng)用案例
典型用戶：山東志誠(chéng)化工有限公司
建設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)300噸阿維菌素生產(chǎn)線。主要技改內(nèi)容：生物反應(yīng)器導(dǎo)流筒氣流攪拌代替機(jī)械攪拌、發(fā)酵罐內(nèi)冷卻管代替外盤管、加高發(fā)酵罐罐體、風(fēng)冷替代水冷制備壓縮空氣技術(shù)。節(jié)能技改投資額7196萬元，建設(shè)期1年。噸阿維菌素節(jié)能95.4tce，按年300t阿維菌素生產(chǎn)能力，年節(jié)能28621tce，年可取得節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益2290萬元，投資回收期3年。
八、推廣前景及節(jié)能減排潛力
預(yù)計(jì)未來5年，我國(guó)發(fā)酵行業(yè)年耗能約2500萬tce，其中用于發(fā)酵工序的能耗約占40%，根據(jù)發(fā)酵行業(yè)實(shí)際情況，采用新型生物反應(yīng)器和高效節(jié)能生物發(fā)酵新技術(shù)后，噸產(chǎn)品能耗由1tce降到0.8tce，實(shí)現(xiàn)能耗降低20%，按行業(yè)推廣比例60%計(jì)算，則每年可節(jié)能120萬tce，年減排能力約317萬tCO2。
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