20世纪70年代以来，生物基础理论和技术不断取得重大突破，高质量的生物催化剂不断涌现，致使物料的传热和传质成为生物技术产业化，特别是生物反应器生产能力的限制因素。另外生物工程的最新进展大多集中在基因工程方面，下游加工过程则没有得到应有的重视，但是下游提取加工过程往往占据生产成本的60％以上。众所周知，生物工程培养液中所含待提取的生物物质浓度往往很低，而培养液则常常显示非牛顿流体性质，表观粘度较大，并且产物大多为热敏性的，很不稳定，在生产操作中容易失活或分解，严重影响了产物的质量和产量。所以研究其非牛顿流体性质和开发出相关过程设备就显得至关重要。 现代生化等工业中玉米粉已经成为生物液体培养基的主要组成部分，其蒸煮醪属于典型的非牛顿流体。其非牛顿流体特性对培养液的输送、传热和主发酵过程影响很大；在化学工业中应用较广的降膜式蒸发器具有独特的传热传质性能，较适合于处理热敏性和高粘性物料。所以本课题提出采用降膜式蒸发器来蒸发浓缩培养液，提高产物浓度后，再提取最终发酵产物的新思路。降膜式蒸发器的核心结构是液体分布器，所以研究开发适合于分布生物培养液非牛顿流体的分布器是这一思路实现的关键。由此出发，本文以河南天冠集团发酵用玉米粉为原料，采用间歇蒸煮工艺制备了玉米粉蒸煮醪，研究了其非牛顿流体特性；并以其作为降液物料，研究开发了一些液体分布器，以期为实际生产提供理论指导。 本实验共分为两个主要部分和一个拓展部分，主要部分为玉米粉蒸煮醪的流变学研究和液体分布器的研究开发，拓展部分为薯干粉蒸煮醪的流变学研究和液体分布器的应用研究。玉米粉蒸煮醪的流变学实验主要分析研究了投料浓度分别为6％、8％、10％、12％及14％的玉米粉蒸煮醪在不同温度下的流变关系及流变参数与投料浓度和温度的关系。液体分布器的布膜性能实验主要研究了开发的三种基本类型、10种不同结构尺寸分布器的布膜性能及垂直和水平强制布膜间隙对分布器布膜性能的影响，同时采用广义雷诺准数分析了玉米粉蒸煮醪的流变性参数对分布器布膜性能的影响。薯干粉蒸煮醪的流变学和液体分布器应用实验主要研究了薯干粉投料浓度为12％的薯干粉蒸煮醪在不同温度下的流 郑州大学硕士研究生学位论文 变性质和在投料浓度为 12％的薯干粉蒸煮醒降膜流动中所开发分布器的布膜性 能；总体上看实验研究共分为流变学实验和分布器布膜性能实验两部分。 流变学实验研究发现，玉米粉蒸煮酸属于拟塑性流体，其流变性符合幂律 指数流变模型；并且发现玉米粉蒸煮醒的流变指数n与投料浓度C成指数衰减 关系，稠度系数K与投料浓度C成指数增长关系；玉米粉蒸煮醒的流变指数n 与温度关系不大，稠度系数K与温度T呈乘幂衰减关系。本文给出了玉米粉蒸 煮醒在投料浓度 60／－14％范围内的流变参数的拟合关联式。实验研究投料浓度为 12％薯干粉蒸煮醒也显示非牛顿拟塑特性，本文给出了其稠度系数 K与温度 T 的实验拟合关联式。并且得出了相同投料浓度下玉米粉蒸煮醒的非牛顿拟塑特 性较薯干粉蒸煮酸明显的结论。 通过三种基本类型球冠体形、圆锥体形和翻边壁圆锥体形分布器布膜性能 实验发现三种分布器均能用于降膜蒸发器中降液布膜，本文给出了三种类型分 布器在不同投料浓度下布膜性能参数与投料浓度成线性增长的关联式。另外本 文分别分析了三种分布器结构尺寸对布膜性能的影响，在降膜管内径为100。。 水平和垂直强制布膜间隙分别为 2．smm和 10mm实验条件下，曲率半径 SRL值超 过120mm后，球冠体形分布器的布膜性能相差不大，布膜性能较好；随锥尖角 的增大，圆锥体形分布器布膜性能有一定的增加，但总体来看其增加量不大。 翻边壁间角的大小对翻边圆锥体形分布器的布膜性能有一定的影响，在实验三 种尺寸中随翻边壁间角的增大，分布器布膜性能有一定的增加，但总体来看其 增加量不大。经过布膜性能实验分析，优选出了布膜性能较高的曲率半径 SR150mfn型球冠体形、锥尖角150“型圆锥体形和翻边壁间角105”翻边圆锥体 形三种分布器；并且得出在三种类型分布器中以球冠体形分布器的布膜性能较 好，即在实验条件下以曲率半径SR150mm型球冠体形分布器的布膜性能最好的、结论。并且分布器布膜性能实验还分析了在玉米粉投料浓度为12％时垂直和水 平强制布膜间隙对曲率半径SR150mm型球冠体形分布器的布膜性能的影响，实 验发现当水平强制布膜间隙超过7mm时分布器的降膜管周边全部润湿最小流量 没有太大的变化，并且没有液泛点的出现，超过4mm时液泛点流量变化不大； 垂直强制布膜间隙超过5。后，分布器布膜性能变化不大：随着强制布膜间隙 的增大，?