L-苏氨酸是一种必需氨基酸,具有非常广泛的应用价值,其需求量增长迅速。工业上生产苏氨酸在大型苏氨酸发酵罐内进行,大型苏氨酸发酵罐设备及发酵工艺在设计前期大都仅凭经验进行设计,会使得设计后期需要更多的成本进行试验优化调整。本文主要是对苏氨酸发酵罐内搅拌流场以及发酵工艺过程进行研究,根据计算流体力学相关理论,建立苏氨酸发酵罐搅拌模型,利用Fluent等软件对苏氨酸发酵罐内的搅拌流场进行了模拟,对模拟结果进行了分析,优化了搅拌桨组合,同时进行苏氨酸发酵试验进一步研究了苏氨酸发酵的工艺过程情况。仿真模拟与试验研究为大型苏氨酸发酵罐设备的设计及发酵工艺控制提供理论计算分析和试验依据。具体内容如下:首先根据计算流体力学理论,结合搅拌发酵模型,确定了苏氨酸发酵搅拌流场的数值模拟模型,并给出了苏氨酸发酵罐内搅拌流场的模拟方法与过程。然后对苏氨酸发酵罐内不同搅拌桨组合下的搅拌流场进行仿真模拟,结合苏氨酸发酵工艺参数及搅拌桨设计经验,根据仿真模拟得到的罐内流场分布、搅拌桨功率、混合时间等参数来优化搅拌桨组合并确定了该搅拌桨组合尺寸。优化得到的搅拌桨组合由四档搅拌桨组成,上三档桨为三斜直叶桨,桨径d₁=d₂=d₃=2.30m,底桨为六叶抛物线式圆盘涡轮桨,桨径d₄=2.30m。随后仿真模拟了优化后的桨叶组合在苏氨酸发酵过程中不同工况下的搅拌流场情况,研究了液位高度、发酵液密度、搅拌桨转速及通气搅拌对苏氨酸发酵罐内搅拌流场分布及搅拌功率的影响情况,结果表明:当液位完全浸没一档搅拌桨后,液面继续升高该搅拌功率变化不大;在苏氨酸发酵过程中溶液密度增大将导致搅拌桨的功率增大,得到了该过程的变化曲线;给出了苏氨酸发酵罐中该搅拌组合在不同转速下的搅拌功率变化曲线,该曲线与经验相符;气液两相流模拟中,发现通入一定量气体后该搅拌桨组合的功率下降了20.9%,溶液平均含气率稳定在21.4%左右,计算得到该苏氨酸发酵罐的初始装料液位高应该在6.3 m左右较为合理。最后在小型发酵罐进行了苏氨酸发酵试验,同时对其搅拌流场进行了模拟。模拟计算得出的搅拌功率的大小与实际的误差在10%以内,对比了试验罐与大型罐的模拟流场及相关参数情况,认为大型罐设计具有一定的合理性;苏氨酸发酵试验给出了发酵过程中的转速、通气量的变化参数,并且通过对转速及通气量的间接控制来维持发酵罐内溶氧保持在30%左右,得到了较好的发酵产酸率,为大型发酵罐的发酵工艺设计提供了依据。