王书堂

    (北京华信依耀工程咨询服务有限公司，北京 100068)

    1 背景

    二十一世纪是以生物工程技术为先导的世纪，发酵工程是生物技术产业化的基础。生物反应宏观动力学是发酵过程优化的基础，而生物反应器是发酵过程的外部环境，它同样影响发酵过程的效率与优化。

    近年来，中国发酵设备行业发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励发酵罐产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对发酵罐行业的关注越来越密切，这使得发酵罐行业的发展研究需求增大。

    2005—2009年中国发酵罐行业产品产量走势预测图(见图1)(引述资料来源：中国产业竞争情报网)。

    2008年，中国医药工业累计实现总产值8433.97亿元，同比增长22.32%，医药工业销售收入7913.89亿元，同比增长20.13%；实现利润844亿元，同比增长39.27%(引述于《中国医药产业发展报告》 1949～2009)。

    图1 2005—2009年中国发酵罐行业产品产量走势预测图

    2 提出问题

    发酵设备是生物工程技术中的关键设备，它对于科研向生产的转化有着重要意义；同样在生产过程——发酵过程中决定着生产原料成本，产出质量，能耗大小，设备寿命的大小高低。以生物发酵罐为例：近年来，生物发酵工程的生产品种和规模飞速发展，抗生素、保健品、饮料添加剂、农用生物制品的生产广泛采用了生物发酵技术，单台发酵罐的体积已达到300～400 m3。但是，生物发酵设备是一类高能耗的生产装置，发酵供氧需通过搅拌和通入无菌空气来达到，培养基消毒加热需使用大量蒸汽，发酵过程中产生的热量需通过低温水和循环水带走。据统计，目前我国的发酵装置中，动力费用约占发酵液成本的25%～40%。

    传统的发酵设备普遍存在着相对能耗大、溶氧率低、底物转化率低、设备寿命短等缺点。尤其随着水资源的日趋紧张，电力、煤炭、石油等燃料价格不断上升 ......