好气性发酵节能空气预处理系统再述

陆飞浩 岑文学

(宁波浩邦生物技术有限公司 宁波 315040)

摘要 论述好气性发酵节能空气预处理系统特点，并与传统系统比较，说明新系统的节能效果。
关键词 好气性发酵 空气预处理 气液分离 翅片式换热器

根据《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》要求，我国必须坚持资源开发和节约并重，把节约放在首位的方针，改变经济增长方式。"十一五"时期，资源利用效率要有显著提高，单位国内生产总值能源消耗降低20%，单位工业增加值用水量降低30%。
好气性发酵生产是高耗能行业。如谷氨酸生产，吨产品水消耗30～100 M3，电消耗600～1000 kWh，蒸汽消耗2.5～4.5吨[1]。万元GDP能耗约2吨标煤，是05年全国各行业平均的1.6倍。从中还可看出，谷氨酸行业内部消耗指标差异也很大，因此，节能工作大有潜力可挖，推广应用节能新工艺、新设备很有必要。
本文提出的节能空气预处理系统正是适应国家宏观政策要求和企业自身发展要求的新技术，经过研究开发，此节能系统已在部分发酵企业中应用，并取得了良好的节能效果，简述如下。

1．好气性发酵用气要求
好气性发酵指微生物发酵过程需要氧气，用于基质同化、菌体生长和产物代谢。氧气的来源是空气，在发酵运行中必须持续提供洁净、干燥、无杂菌、有一定压力的空气。

2．节能无菌空气预处理系统
随着膜过滤器的应用，使空气净化取得了快速进展，而要保证膜过滤器充分发挥效能，前置空气预处理系统中油水、杂质的去除显得尤为重要。为适应膜过滤器的要求，经过预处理系统后，空气降温、且无油、水及其他固体杂质。无液态水的标志是空气相对湿度小于100%，而膜过滤器空气的相对湿度一般在60%以下即可达到使用要求。因此采用冷却空气除水然后升温，使空气相对湿度下降。只要将冷却后空气中的游离水份除尽，适当升温后，相对湿度就能达到膜过滤器的使用要求，所以过度的低温冷却和高温加热是不必要的，这是节能空气预处理系统的基本思路，其正确性已在生产实践中得到证实。
2.1系统组成

系统由翅片式冷却器、高效卧式气液分离器、翅片式加热器三台关键设备和内部管道、控制阀等组成。系统工艺流程见 （图1）

2.2 系统特点
2.2.1 翅片管换热器传热效果好 气液间壁传热时，由于气体与液体的粘度相差很大，气体侧传热系数要比液体侧小10～50倍，因此采用翅片管增大空气侧传热面积，很有必要[2]。
对气气换热，由于空压机出来高温空气和冷却器出来空气温度相差很大，两者粘度相差也较大，同理，采用翅片管也比光管合理。

2.2.2 卧式气液分离器分离效率高 此设备是高效旋击分离器的改进产品，在保持高效率除水效果的同时，简化系统管路配置、降低阻力，更适合发酵用压缩空气处理特点。

2.2.3 冷却加热合理组合、直接节能 系统加热器热源利用空压机出来的高温空气，去加热经冷却、除水后的空气。使冷热空气循环交换，既节约了蒸汽，又降低了冷却器的热负荷，一举两得。

2.2.4冷却加热温差幅度合理 系统运行时冷却、加热的温差幅度以满足最后出口空气相对湿度50%以下为准。既于此，系统采用高效卧式气液分离器能将游离水份除尽，从而使空气冷却、加热温差缩小。冷却器一般夏季也可不用冷冻水，在冬季，压缩机后高温空气也能满足加热器的热源要求，保证膜过滤器安全运行。
2.2.5 系统阻力损失低，节约电能 系统设备外部连接处于同一直线，内部空气走向基本也呈直线，因此最大限度降低了阻力损失，使空压机可在低压力负荷下工作，降低轴功率，节约电能。
2.2.6 系统安装使用、维护简便 由于和传统列管换热器、旋风分离器相比，设备高度大幅降低，安装空间缩小；且该冷却器可在不停机时，清除冷却水管内结垢，不影响生产。

2.3 与传统系统的差异

传统系统（见图2）与本节能系统的差异很明显。前者一般采用循环水、冷冻水两级冷却，两级除水，然后蒸汽加热的工艺，设备采用普通列管式换热器和旋风分离器。此系统去除游离水效果差、工艺复杂、空气流程曲折，导致阻力损失大；设备效率低，且冷却、加热幅度大，能耗高。



传统系统形成于较早的年代，受当时工业整体水平和经济理念的局限，未用膜过滤器，而用棉花、活性炭或合成纤维等介质过滤。设备简陋，运行成本高且不讲究节能降耗。
文献[3]举例计算了单台300M3发酵罐，在空气流量4500 NM3/h，压力0.4Mpa（绝压）时，节能系统的年综合节能费用约为11.5万元。再计入本文所述冷、热空气循环交换所带来的节水费用，以及阻力损失减小带来的节电效果，合计将超过15万元／年。对大型发酵企业，节能效果将更加显著。

3．节能无菌空气预处理系统的应用