艾默生變頻器在青霉素生產中的應用

哈爾濱制藥總廠 張國軍 鄭春江 周九斌
東龍自動化技術有限責任公司劉立 張振江
一、國內青霉素的前期生產工藝現狀
目前在國內青霉素的生產中，大多數廠家的前期生產工藝發酵罐采用傳統的恒定轉速攪拌器來攪拌
發酵液。這種攪拌器的轉速是根據產生菌種特性與參照產生菌在不同生長代謝階段的攝氧要求的最
高轉速設定的，為恒定轉速發酵工藝奠定了基礎。本文針對國內青霉素生產中存在的這一典型課題，
討論艾默生變頻器在這一領域應用的實施情況。
二、發酵罐攪拌器的轉速與青霉素產生菌生長代謝的關系
1、攪拌器
青霉素生產發酵工藝是產生菌在適合的培養性、PH值、溫度、通氣和攪拌等條件下進行生長與合
成青霉素的代謝活動。發酵工藝的持續時間與發酵液內氧的傳遞能力、營養物質的消耗程度、有
毒性和有抑制性化合物的形成及菌種的物質特性有關。其中通氣和攪拌功能是對產生菌提供生長
代謝活動的氧源，而攪拌器的功能則是在發酵液通氣的條件下，將空氣打碎成小氣泡，使其均勻
分布在發酵液的各個角落，增加氣液接觸的有效面積，使發酵液隨攪拌葉轉動形成渦流并提高其
湍動程度，減少菌絲因缺氧而產生結團現象，使氧的傳遞面積增大，延長氧在發酵液中的停留時
間，達到增加青霉素產量的目的。
2、攪拌器轉速對青霉素發酵工藝的影響
發酵罐的罐壓維持微正狀態雖然可以避免負壓時造成的染菌和延長氧在發酵液中的停留時間，但是還應當考慮到，如將罐壓從微正狀態提高時，既不利于產生菌代謝時廢氣的排除與氧在發酵液內的傳遞，又增加了設備的負載，同時提高了有害氣體的溶解度。在這種情況下，如果單一考慮增大空氣流量來提高供氧濃度，將會加快發酵液水分蒸發，隨之也會帶走更多的揮發性有機酸等其他的中間產物，對產生菌的代謝十分有利。同時，發酵液的黏度也會上升，還會影響液體的湍動程度和氧從氣相傳遞到發酵液中的液膜阻力，使氧的傳遞阻力增大。此外，發酵液粘度較大時，泡沫將劇增而穩定，且不易破裂，使氣液接觸的總面積降低。因此，為了消除過多的泡沫就要耗用大量的消沫劑。但是，消沫劑用量過多時，不但不能消除泡沫，反而引起泡沫調節失控，PH值波動，最終導致異常發酵，造成不可挽回的青霉素生產工藝損失。由于空氣在發酵液中滯留的時間有限，對溶氧濃度的影響也將遠小于攪拌器轉速的影響。由此可見，在青霉素發酵工藝中，并不提倡一味地增大空氣流量，而應當調整攪拌器的轉速，以便滿足不同產生菌及其在不同生長代謝階段對溶氧的需求。但是，如果攪拌器的轉速過高，不僅溶氧濃度趨向飽和，并且浪費能源，還容易損傷菌體形態和產生過多的泡沫。
三、艾默生變頻器在青霉素生產中的應用
根據青霉素的不同產生菌與不同生長代謝階段對攝氧量的不同要求及攪拌器轉速對溶氧濃度占據
的主導地位，對青霉素發酵罐的傳統攪拌器進行調速技術改造非常必要。通過改造工程，使青霉素
發酵工藝中攪拌器轉速、通氣量、溶氧濃度和罐壓等工藝參數有機結合，促使產生菌的生長代謝條
件達到最佳狀態。我們采用艾默生變頻器TD2000系列對發酵罐的恒速攪拌器進行技術改造，經數月
運行考驗，證實其情況十分良好。
1）由于青霉素發酵罐的攪拌器轉速得以有效地控制與調整，因此成功地改善了生產工藝條件，
使青霉素產出的發酵單位提高了16.70%。
2）在青霉素發酵 工藝周期內，適度地降低了攪拌器轉速，有效地遏制了發酵液泡沫劇烈地生成，
減少了染菌事故率，每批罐的消沫劑用量減少了26%左右。
3）試驗數據證實，當發酵罐攪拌器的轉速下調10%~20%時，用電量分別減少25%至45%，節電效果
十分顯著。隨著攪拌器負荷的增大，其節電率略有上升。通常，在滿足青霉素產生菌不同生
長代謝階段對攝氧濃度需求的情況下，攪拌器轉速均有下調的余地。
4）由于艾默生變頻器采用電壓/頻率協調控制電動機的軟啟動工作方式，并且具有轉矩補償和提
升功能，因此避免了電動機全壓啟動時，電流對電網、電氣設備與機械設備的沖擊，有效地
延長了電氣系統設備和機械設備的大修期和使用壽命。
四、結論
從青霉素生產發酵罐攪拌器的調速改造實施情況總體來看，工程具有投資費用少、施工周期短、工
藝操作人員易于接受等特點，不僅在本廠具有推廣價值，而且對于其他有關制藥廠也具有借鑒作用