艾默生CT变频器在青霉素生产中的应用

一、国内青霉素的前期生产工艺现状
         目前在国内青霉素的生产中，大多数厂家的前期生产工艺发酵罐采用传统的恒定转速搅拌器来搅拌发酵液。这种搅拌器的转速是根据产生菌种特性与参照产生菌在不同生长代谢阶段的摄氧要求的最高转速设定的，为恒定转速发酵工艺奠定了基础。本文针对国内青霉素生产中存在的这一典型课题，讨论艾默生变频器在这一领域应用的实施情况。
二、发酵罐搅拌器的转速与青霉素产生菌生长代谢的关系
1、搅拌器
        青霉素生产发酵工艺是产生菌在适合的培养性、PH值、温度、通气和搅拌等条件下进行生长与合成青霉素的代谢活动。发酵工艺的持续时间与发酵液内氧的传递能力、营养物质的消耗程度、有毒性和有抑制性化合物的形成及菌种的物质特性有关。其中通气和搅拌功能是对产生菌提供生长代谢活动的氧源，而搅拌器的功能则是在发酵液通气的条件下，将空气打碎成小气泡，使其均匀分布在发酵液的各个角落，增加气液接触的有效面积，使发酵液随搅拌叶转动形成涡流并提高其湍动程度，减少菌丝因缺氧而产生结团现象，使氧的传递面积增大，延长氧在发酵液中的停留时间，达到增加青霉素产量的目的。
2、搅拌器转速对青霉素发酵工艺的影响
        发酵罐的罐压维持微正状态虽然可以避免负压时造成的染菌和延长氧在发酵液中的停留时间，但是还应当考虑到，如将罐压从微正状态提高时，既不利于产生菌代谢时废气的排除与氧在发酵液内的传递，又增加了设备的负载，同时提高了有害气体的溶解度。在这种情况下，如果单一考虑增大空气流量来提高供氧浓度，将会加快发酵液水分蒸发，随之也会带走更多的挥发性有机酸等其他的中间产物，对产生菌的代谢十分有利。同时，发酵液的黏度也会上升，还会影响液体的湍动程度和氧从气相传递到发酵液中的液膜阻力，使氧的传递阻力增大。此外，发酵液粘度较大时，泡沫将剧增而稳定，且不易破裂，使气液接触的总面积降低。因此，为了消除过多的泡沫就要耗用大量的消沫剂。但是，消沫剂用量过多时，不但不能消除泡沫，反而引起泡沫调节失控，PH值波动，最终导致异常发酵，造成不可挽回的青霉素生产工艺损失。由于空气在发酵液中滞留的时间有限，对溶氧浓度的影响也将远小于搅拌器转速的影响。由此可见，在青霉素发酵工艺中，并不提倡一味地增大空气流量，而应当调整搅拌器的转速，以便满足不同产生菌及其在不同生长代谢阶段对溶氧的需求。但是，如果搅拌器的转速过高，不仅溶氧浓度趋向饱和，并且浪费能源，还容易损伤菌体形态和产生过多的泡沫。
三、艾默生变频器在青霉素生产中的应用
        根据青霉素的不同产生菌与不同生长代谢阶段对摄氧量的不同要求及搅拌器转速对溶氧浓度占据的主导地位，对青霉素发酵罐的传统搅拌器进行调速技术改造非常必要。通过改造工程，使青霉素发酵工艺中搅拌器转速、通气量、溶氧浓度和罐压等工艺参数有机结合，促使产生菌的生长代谢条件达到最佳状态。我们采用艾默生变频器TD2000系列对发酵罐的恒速搅拌器进行技术改造，经数月运行考验，证实其情况十分良好。
1）由于青霉素发酵罐的搅拌器转速得以有效地控制与调整，因此成功地改善了生产工艺条件，使青霉素产出的发酵单位提高了16.70%。
2）在青霉素发酵 工艺周期内，适度地降低了搅拌器转速，有效地遏制了发酵液泡沫剧烈地生成，减少了染菌事故率，每批罐的消沫剂用量减少了26%左右。
3）试验数据证实，当发酵罐搅拌器的转速下调10%~20%时，用电量分别减少25%至45%，节电效果十分显着。随着搅拌器负荷的增大，其节电率略有上升。通常，在满足青霉素产生菌不同生长代谢阶段对摄氧浓度需求的情况下，搅拌器转速均有下调的余地。
4）由于艾默生变频器采用电压/频率协调控制电动机的软启动工作方式，并且具有转矩补偿和提升功能，因此避免了电动机全压启动时，电流对电网、电气设备与机械设备的冲击，有效地延长了电气系统设备和机械设备的大修期和使用寿命。
四、结论
        从青霉素生产发酵罐搅拌器的调速改造实施情况总体来看，工程具有投资费用少、施工周期短、工艺操作人员易于接受等特点，不仅在本厂具有推广价值，而且对于其他有关制药厂也具有借鉴作用。