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实现清洁生产的利器

                               实现清洁生产的利器

 

一、生物好氧发酵生产与化学消泡剂

在生物好氧发酵工程领域,如氨基酸类的谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸等;有机酸类的柠檬酸、衣康酸、苹果酸等;抗生素类的青霉素、链霉素、红霉素等;以及糖类发酵产品的赤藓糖醇等等。在这些好氧发酵生产过程中不可避免的会产生大量泡沫,这些泡沫必须及时清除,否则将严重影响生产(减少溶氧1/3-1/5),致使部分菌体窒息死亡,发酵指标下降;更为甚者还会造成逃液冒罐染菌报废。为了控制泡沫和逃液,生产厂家不惜牺牲设备利用率,将发酵罐装料系数控制在80%70%60%甚至50%以下,这严重的制约了稳产高产的目标。

传统的除泡方法都是喷洒化学消泡剂——泡敌,化学消泡剂广泛用于食品、药品、饮品、涂料、油漆、造纸、石油、化工等行业,由于其纯度不高,并含有砷、铅等重金属,对人体健康危害极大。铅是积蓄性金属,会引起慢性铅中毒,对神经系统、血液系统、心血管系统、骨骼系统等造成危害;而砷会引起人体神经系统的改变,比如手脚麻木、四肢无力等。因此我国对消泡剂的使用有着严格的规定(见《食品添加剂使用卫生标准》)。 

为了减少化学消泡剂的副面作用,人们想了很多办法,先后发明了耙式消泡浆、刮板式消泡器、碟片式消泡器、离心式消泡器(旋流器)等。前三种方法都是把消泡器固定安装在搅拌轴上端,其作用也只是将前期同一水平面的大泡打碎成小泡,随着供风(气)量不断加大,泡沫在不断积聚增高,这时的消泡器完全被淹没在泡沫之中,结果不仅除不掉泡沫还加大了阻力,增加了动力消耗;第四种消泡装置是在前三种基础上,在罐外排气口加装一个离心式消泡器(分离器),这种装置能分离含有少量料液的气体,当供风量达到峰值,含有大量料液的泡沫瞬间涌进消泡器中,这时的分离器便会失去作用,因此还仍然会造成大量的逃液。

 近年来一种自动喷洒消泡剂的“传感器”已经问世,这种装置确实解决了人工喷洒消泡剂的麻烦,但是由于罐内料液在搅拌器的作用下造成的虚假信号较多,传感器触碰到泡沫或假信号就会自动喷洒,因此消泡剂的使用量远远高于之前的消耗量,所以很多厂家安装后又不惜拆除掉。到目前为止,上述种种方式方法都不能从根本上有效解决泡沫和逃液的问题,万般无奈只好还得依赖化学消泡剂或掺杂一些植物油除泡,而化学消泡剂和植物油不仅成本太高,抑制菌体的繁殖和代谢,同时还污染原料、破坏环境(三废),增加碳排放和治污成本,这些都是和节能减排、清洁生产理念相悖的。  

二、清洁生产新技术——自动吞沫成套设备

自动吞沫机成套设备是北京博硕德恒科技开发有限公司自主选项命题、自主筹措资、自主研究开发、自主加工生产、自主经营管理、历经八年的不断提高完善,完全拥有十多项自主知识产权的高新科技成果。根据北京市科技情报所《国际查新报告》显示:该技术确属首创,广泛适用于生物好氧发酵并产生一般粘滞性气泡的生产工艺中。其独特的技术优势在于:以好氧发酵罐自备的无菌压缩空气为动力, 通过吞沫机的特殊装置,将大量的泡沫迅速彻底地吞噬掉并还原为料液;既节省了人力、物力(消泡剂),提高了产量(增加罐容),又纯洁了产品质量,而且对后期提取工序大有益处;同时也减少了由化学除泡所带来的一系列弊端,对节能环保 清洁生产起到了关键性作用。无疑自动吞沫成套设备的诞生,是对传统除泡方式的一次革命,已经受到专家们的青睐和国家的重视(科技部2007年立项2010年验收)。

自动吞沫成套设备的工作原理是依据流体力学原理设计的,当具有一定压强的气流,按特定的方向流动并通过吞沫机的喷腔(贯通式)装置时,即在吞沫机周围形成一个负压区,大量挤压在吞沫机周围的泡沫,在负压所形成的空吸作用下,通过各环型吸沫口被吸入该机管腔,在空气动力的作用下将泡沫击碎雾化,液体顺着射流方向与罐内原来料液溶为一体,气体顺着排气管道排出罐外。

 三、自动吞沫技术的经济和社会效益(6方面)

 350m³谷氨酸发酵罐为例简析如下:

1.节省化学消泡剂最少60%以上  

单罐产谷氨酸34吨;吨耗消泡剂8公斤;         单罐年生产220罐批

单罐每年耗消泡剂:34×8×220=59.84吨        价值:1.6万元/吨消泡剂×59.84吨=95.7万元  

安装后节省:95.7万元×60%=57.4余万元   

2.提高罐容 增加产量3%-10%  

为了控制泡沫防止逃液,发酵罐利用率通常控制在80%、70%、60%甚至50%以下,安装自动吞沫机后由于除泡迅速,有效控制了泡沫高度和逃液现象的发生,因此完全可以提高装料系数,一般提高罐容利用率3%-10%之间,我们按偏低标准3%计算,单罐可以提高产量为:34吨×3%=1.02吨  单罐年增加产量为:1.02吨×220罐批=224.4吨

3.杜绝逃液 挽回损失2%-5%  

 在好氧(气)发酵过程中,逃液冒罐现象在所难免,安装自动吞沫成套设备后,由于及时清除了泡沫,有效控制了泡沫高度,因此完全避免了不应有而又确实存在的损失,据相关部门统计,所有液态深层好氧发酵,逃液率都在2%-5%之间,按逃液率2%计算:单罐年挽回损失:34吨/罐×220批次×2%=149.6吨

扣除用气耗电成本,电价0.70元/kwh,一台压力为 0.3MPa,排气量为15-20 m³/min的空压机配备电机功率75Kw,则每小时耗电金额为:0.70×75Kw/h=52.5元,每小时产气量:15m³×60 min=900 m³,空气利用率按70%计算:则为630 m³谷氨酸发酵液起泡最汹涌的时间为后期20个小时,而吞沫机工作是根据泡沫的多少来进行的,当泡沫消除干净便会自动停机,当下一个泡沫周期再来临时,吞沫机又重新工作,故而具有较大的间歇性。我们按每次工作时间30秒计算,每小时工作15次,则整个发酵周期累计工作也不超过2.5个小时。 上述空压机每小时产气量630 m³,每小时用气成本52.5元,单罐全年用气耗电金额为:52.5元×2.5h×220罐批/年=2.89≈3万元    

每年单罐纯效益:节省消泡剂57.4+增产224吨+挽回损失149吨-用电2.89= N万元

 4.减少排放 益于环保    

从生产源头减少了60%以上的消泡剂使用量,就等于减少了60%以上由消泡剂所产生的污水、污气、污渣(三废)的排放量,不仅降低了生产成本、省时省力,也大大提高了环保效能,破除了“先污染后治理”的不科学陋习,真正实现从生产源头节能减排的清洁生产理念。

国内某集团公司拥有46只350m³谷氨酸发酵罐,没使用自动吞沫成套设备前每年至少消耗消泡剂2700余吨;价值人民币4000余万元;使用该技术后节省消泡剂70%以上,实际节省用量1900余吨,价值人民币3000余万元;增加产量10322吨,杜绝逃液 挽回损失6881吨,价值人民币4000余万元;二氧化碳排放量减少3500余吨。

5. 有利于菌体繁殖生长  

   自动吞沫机在消沫过程中所流进的洁净空气,对菌体的繁殖和代谢不会有任何负面影响,因为在整个溶氧过程中排出的二氧化碳气体,被厚厚的泡沫所覆盖,直接影响菌体的有氧呼吸,严重者导致窒息自溶,尤其对制药行业的发酵生产更为显著。我们知道当大量的消泡剂加入到发酵液里面之后,不仅消灭了料液上面的泡沫,同时也消灭了料液里面的泡沫,而料液里面的泡沫是含有大量氧气的,这种氧气是菌体繁殖代谢的必备条件。此时加入消泡剂的料液即处在一种较为实在的缺氧状态,或者说是溶氧不足,虽然只有短短的几十秒到几分钟,但足以会使部分菌体窒息死亡,导致发酵指标下降。而使用自动吞沫机则排除了这一潜在的风险,因为它的安装位置恰好处在料液面上端、泡沫层下端,此时自动吞沫机是根据泡沫的多少进行有选择性的工作,不仅及时清除了泡沫使菌体呼吸畅通,而且又及时地补进了新鲜氧气,保护了料液中原有的溶氧速率,显然是有利而无弊。

6. 利于提取 纯洁质量

  消泡剂种类繁多如:聚醚类、油脂类、硅酮类、高碳醇类等等。无论哪种消泡剂它们不仅粘稠度很强,而且加多了都有一定的毒副作用,即便是植物油也同样会影响菌体呼吸和代谢。因此生产工艺上要求我们的操作人员“既要多加、又要少加”,多加是指加的次数要多(要勤加),少加是指每次加的要少(要适当),但是要真正做到这点确属不易。在原料药发酵生产过程中,植物油与消泡剂混合利用即可以消除泡沫,又可以充当碳源和氮源,并可以参与代谢,所以一直认为多加植物油“没坏处”,其实这是一个误区,只不过我们自始至终(几十年如一日)的使用习以为常罢了。

  自动吞沫成套设备依据空气动力学原理,不仅能及时消除泡沫使菌体呼吸畅通,又能根据料液(菌体)的运行需要及时地、均匀地喷洒液体碳源和氮源,因此在保证了原发酵指标的基础上又合理地调整了物料配比,使生产更加稳定;而不加或少加消泡剂也有利于后期分离和提取,这是大家共知的道理。

四、 技术要求与安装使用

吞沫机主机采用不锈钢304或更高材质制造,耐酸碱、耐高温、通体流畅,没有菌源和死角。工作压力≥0.10Mpa,风速15M/S左右,通风量3 m³-5 m³/min(80-200 m³罐)。吞沫时间最短<10s,最长不>30s。自控系统电源~220V,最大功率≤100w。当发酵罐开始运行后,操控自控系统进入自动控制状态。此时工作指示灯闪烁发光,表示待工作状态。当发酵罐内泡沫达到设定高度时,自控系统的吞沫机指示灯闪烁发光,表明吞沫机开始工作,此时排气管道上的流量计读数会缓慢上升;当泡沫消除干净,吞沫机会自动停止工作,指示灯熄灭,流量计上的读数恢复原状,当下一个泡沫周期再来临时,吞沫机又重新工作,如此循环往复。

本机配有自动控制及防冒罐安全系统,在安装时无需对原设备进行改动,只需将吞沫机装于罐内,用环形管连接在供气管道上,控制系统装在工作台或控制室,整个过程操作简便,易于安装,一次投资终身受益。由于自动吞沫机成套设备确属高新技术,因此先后得到了国家科技部、北京市科委、西城区科委、中科院、中关村管委会等相关部门的大力扶持。

综上所述,在国家大力推行高效、降耗、节能、减排的低碳经济产业政策下,在《新环保法》即将实施的今天,在生物好氧发酵领域推广使用“自动吞沫成套设备”是一项投资少、见效快、高回报的绿色环保工程,相信独具慧眼的企业领袖们定会不失先机捷足先登。