发酵罐是谷氨酸生产的关键设备，在谷氨酸发酵的过程中，通风必须适度，通风过大会导致菌体生长缓慢，过小则会导致产物由谷氨酸变为乳酸，所以对发酵过程中氧气含量在整体和局部的控制显得尤为重要。发酵罐是典型的搅拌反应设备，大型化是其发展趋势，同时，提高搅拌反应设备的搅拌性能一直是学者和工程技术人员的重点研究内容之一。采用计算流体力学技术对某钢铁厂烟气脱硫吸收塔底部浆液池的侧进式搅拌流场进行了数值模拟，研究了搅拌转速、搅拌桨安装角度等因素对三维流场的影响规律。采用CFD数值模拟对600 m3柠檬酸发酵罐搅拌系统设计方案进行了分析，结合柠檬酸发酵工艺，综合考虑搅拌轴功率、流型、传质混合能力，提出两种设计方案并进行数值模拟和传质混合能力分析，通过对比确定最优方案。针对300 m3的L-赖氨酸发酵罐搅拌器不能满足发酵工艺传质混合要求的实际情况，提出改造方案，并采用CFD软件对改造前后搅拌效果进行了数值模拟，结果显示改造后的搅拌器强化了混合效果，改善了气液传质；改造后经过46批发酵实验，L-赖氨酸的糖酸转化率相比改造前提高了2%，且产量更稳定，最后提出了搅拌器继续改造的方向。
笔者就某大型三搅拌桨发酵罐流场进行模拟和分析，针对存在的局部气含率较低的问题，对发酵罐结构进行了改进。
发酵罐（图1）主要由挡板、换热盘管、环形气体分布器、搅拌器及罐体等组成。对结构进行简化后创建流体域，得到分析模型如图2所示，坐标原点位于底部中心处，搅拌器几何模型如图3所示。
原始方案及改进方案的搅拌功率对比见表2，可以看出，在底层桨的圆盘上开孔对搅拌功率几乎没有影响；减小上层桨的直径可以降低搅拌功率，增大反之；在底部设置挡板对功率的影响也可忽略。
5.1模拟得到了发酵罐内流体流型、速度场和气含率分布，揭示了各搅拌桨的作用以及其本身结构对流场和气含率分布的影响。
5.2原设计发酵罐内流体循环流动和氧气分布都比较均匀，但底层桨圆盘上侧、上层桨附近和发酵罐底部存在气含率低的问题。
5.3对发酵罐局部结构进行了改进，发现在底层桨圆盘上开孔有利于消除圆盘上侧的气体“死区”，适当减小上层桨的直径可以提高上层桨附近的气含率，在底部设置一定倾斜角度的挡板可以提高发酵罐底部的气含率。
