趙強強，朱光偉

(山東奧諾能源科技股份有限公司，山東 濟南 250101)

近些年，我國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，總體保持平穩(wěn)發(fā)展態(tài)勢。目前我國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品總量居世界第一位，成為名副其實的發(fā)酵大國[1-2]，但受一些共性技術、工藝和設備的制約，影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術與國外仍有一定差距。在國內外錯綜復雜的經(jīng)濟形勢下，隨著產(chǎn)業(yè)結構的調整和環(huán)保政策的升級，生產(chǎn)設備及生產(chǎn)工藝必須進行升級改造。流化床干燥設備及技術的應用可以促進生物發(fā)酵產(chǎn)品的低耗、穩(wěn)定、連續(xù)規(guī)?；a(chǎn)，也可以實現(xiàn)對廢水廢氣的回收和資源化利用，實現(xiàn)無污染排放，達到綠色生產(chǎn)的目的。

流化床干燥造粒技術在化工、肥料行業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)廣泛應用，其核心主機設備是流化床干燥造粒機，由若干進風室、具有特殊設計的分風板結機構、干燥/造粒室、分離室、排風機構組成，輔機系統(tǒng)由送風系統(tǒng)、除塵裝置、換熱裝置、輸送裝置、過濾裝置等組成，具有工藝流程簡單、設備占地面積小、產(chǎn)量大、產(chǎn)品粒度均勻一致等特點。

流化床工業(yè)化應用最早出現(xiàn)在20世紀初的德國，后來日本、韓國、美國、荷蘭等國的知名企業(yè)和科研院所為流化床的工業(yè)化應用進行了大量探索和研究，尤其是日本，成功地將流化床干燥造粒技術應用于化工、肥料行業(yè)。自20世紀90年代末，我國也開始自主研制流化床干燥機，進入21世紀后，國內企業(yè)也開始探索流化床干燥技術在氨基酸領域的應用。

1 在精制氨基酸工藝中的應用

在氨基酸工業(yè)化生產(chǎn)過程中，提取與精制是氨基酸濃縮和純化的過程。經(jīng)過溫度調節(jié)、pH調節(jié)、過濾、離心等預處理后的發(fā)酵液上清液中氨基酸質量濃度較低，需要進行一系列操作從清液中分離出氨基酸產(chǎn)物，但這些操作只是著重于氨基酸濃縮，產(chǎn)物純度不高，統(tǒng)稱為提取。為了提高產(chǎn)物純度，需要再次采用分離純化技術除去雜質，統(tǒng)稱為精制。常用的精制操作有蒸發(fā)濃縮、沉淀、離子交換、過濾、離心、電滲析、吸附、結晶、干燥等[3]，精制后得到的產(chǎn)品多是粉末狀或接近粉末狀。

主機采用帶有內置換熱器的流化床干燥/冷卻機。濕物料經(jīng)過振動給料機送入流化床的加料口，通過布料器將濕物料分散地灑落到流化床進料端的流化料層上表面，物料在流化床內由熱風及內置換熱器干燥，徹底干燥后進入冷卻室，初步冷卻后排出流化床，通過提升機進入分級篩，分級篩上的粗顆粒物料進入溶解罐，溶解后泵回前道工序再結晶，分級篩下的粒徑合格的物料進入冷卻機進行深度冷卻后排出，作為終產(chǎn)品通過提升機送入成品料倉。

被流化床尾氣夾帶出來的大部分細顆粒被旋風分離器收集起來返回流化床，從旋風分離器排出的流化床前段的尾氣進入布袋除塵器進行除塵，布袋除塵器收集的細粉不宜作為成品，因此這部分細粉進入溶粉罐溶解后返回前道工序進行再次結晶。以質量分數(shù)為98.5%的賴氨酸為例，其連續(xù)流化床干燥流程見圖1。

圖1 精制氨基酸連續(xù)流化床干燥流程示意圖Fig.1 Process of continuous fluidized bed drying system used in refined amino acids

內加熱流化床干燥系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，操作簡單方便，自動化程度高，可實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，采用流化床干燥技術得到的精制氨基酸產(chǎn)品晶型完好，水分均勻，品質高。

目前流化床干燥技術已在質量分數(shù)為98.5%的賴氨酸、98.5%的蘇氨酸、L-丙氨酸和己二酸等氨基酸生產(chǎn)中廣泛應用。

2 在低質量分數(shù)氨基酸生產(chǎn)中的應用

傳統(tǒng)的氨基酸生產(chǎn)工藝采用精制工藝單一生產(chǎn)高純氨基酸，發(fā)酵后的處理工序繁瑣，產(chǎn)生大量中間廢棄物，處理難度和成本很高，大大增加了氨基酸的生產(chǎn)成本和環(huán)保壓力，制約了氨基酸行業(yè)的發(fā)展。對于大多數(shù)的飼料級氨基酸來說，通常沒必要進行高濃度提純，可以將粗發(fā)酵液直接干燥制得低質量分數(shù)的氨基酸產(chǎn)品,此類產(chǎn)品成分中除含有氨基酸外還含有一部分菌體蛋白，例如，大型連續(xù)流化床造粒干燥技術在質量分數(shù)為70%的賴氨酸硫酸鹽生產(chǎn)中的成熟運用，使得傳統(tǒng)的質量分數(shù)為98.5%的賴氨酸鹽酸鹽生產(chǎn)工藝中存在的上述問題得到了系統(tǒng)、徹底的解決。

流化床造粒系統(tǒng)主要工藝：產(chǎn)品的噴霧、造粒與干燥過程在造粒床中完成。料漿霧化成細小液滴，噴涂在處于流化狀態(tài)的固體顆粒表面，顆粒通過涂層和團聚作用逐漸長大，顆粒中的水分被熱空氣和內置加熱器加熱蒸發(fā)，最后形成干燥的顆粒，通過底部出料閥排出。低質量分數(shù)氨基酸連續(xù)流化床干燥流程見圖2。

圖2 低質量分數(shù)氨基酸連續(xù)流化床干燥流程示意圖Fig.2 Process of continuous fluidized bed drying system used in low content amino acids

粒徑大于合格尺寸的物料通過外置的破碎機破碎后，與振動篩下的粒徑小于合格尺寸的物料一起返回造粒床，一方面實現(xiàn)對產(chǎn)品顆粒直徑的控制，另一方面為造粒床的連續(xù)噴霧造粒提供晶種。造粒床排出的尾氣先通過旋風分離器進行預除塵，細顆粒被重新收集并返回造粒床，物料返回的路徑正好使細顆粒進入流化床料層靠近噴嘴的部位，為造粒提供晶種。成品顆粒通過提升機進入冷卻裝置，冷卻到合適的溫度后再由提升系統(tǒng)提升至料倉中，等待包裝。

流化床造粒系統(tǒng)生產(chǎn)賴氨酸的兩種工藝[4]：

1) 單一生產(chǎn)質量分數(shù)為65%的賴氨酸工藝路線：粗發(fā)酵液經(jīng)硫酸處理進行濃縮后，進入流化床造粒系統(tǒng)完成造粒、干燥，生產(chǎn)過程中沒有任何高濃度有機廢液產(chǎn)生，既實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，還可以節(jié)省鹽酸、樹脂等輔料消耗，有效降低生產(chǎn)成本，同時提高了發(fā)酵產(chǎn)物利用率，全面保留營養(yǎng)物質，其生產(chǎn)工藝流程如圖3所示。

圖3 單一生產(chǎn)質量分數(shù)為65%的賴氨酸工藝路線Fig.3 Process diagram of 65% lysine production

2) 生產(chǎn)質量分數(shù)為98.5%的賴氨酸企業(yè)的工藝路線：把質量分數(shù)為65%的賴氨酸硫酸鹽和質量分數(shù)為98.5%的賴氨酸鹽酸鹽工藝相結合，將質量分數(shù)為98.5%的賴氨酸鹽酸鹽工序中產(chǎn)生的膜濃相、母液與粗發(fā)酵液混合，一起濃縮、造粒、干燥，得到質量分數(shù)為65%的賴氨酸硫酸鹽顆粒產(chǎn)品，既降低了廢水排放量，又減少了原材料消耗，實現(xiàn)了賴氨酸生產(chǎn)過程中高濃有機廢水的近零排放，達到了清潔生產(chǎn)的目的，其生產(chǎn)工藝流程如圖4所示。

圖4 質量分數(shù)為65%的賴氨酸與質量分數(shù)為98.5%的賴氨酸聯(lián)產(chǎn)工藝路線Fig.4 Process diagram of continuous fluidized bed drying system used in 65% lysine and 98.5% lysine co-production

目前流化床造粒干燥技術已在質量分數(shù)為65%、70%和75%的賴氨酸，質量分數(shù)為20%和25%的色氨酸和賴氨酸螯合鹽等氨基酸產(chǎn)品生產(chǎn)中廣泛應用。

3 在菌體蛋白資源化回收中的應用

氨基酸發(fā)酵液中往往含有大量的菌體蛋白[5-6]，在氨基酸精制過程中一般采用絮凝、過濾、離心等方法將菌體蛋白除去，這部分菌體蛋白就成了廢渣廢液，對環(huán)境造成污染，但是將這部分廢液廢渣干燥后其蛋白質量分數(shù)可以達到70%以上，是非常好的飼料添加劑。

對于高純氨基酸生產(chǎn)企業(yè)，還可以將高純氨基酸工序中產(chǎn)生的膜濃相(即菌體蛋白)或者按照一定比例調配后的膜濃相與母液混合液，直接通過連續(xù)流化床造粒干燥機制得顆粒產(chǎn)品，作為蛋白飼料產(chǎn)品銷售，實現(xiàn)發(fā)酵廢液的資源化回收利用，其生產(chǎn)工藝流程如圖5所示。

圖5 菌體蛋白連續(xù)流化床造粒系統(tǒng)流程示意圖Fig.5 Process diagram of continuous fluidized bed drying system used in bacterial protein

目前流化床干燥技術在味精菌體蛋白[7]、色氨酸菌體蛋白(單產(chǎn)及高純色氨酸聯(lián)產(chǎn))[8]、蘇氨酸菌體蛋白等氨基酸菌體蛋白產(chǎn)品生產(chǎn)中廣泛應用。

4 在氨基酸發(fā)酵母液資源化回收中的應用

氨基酸發(fā)酵液提取產(chǎn)物以及菌體后所得廢液(稱為發(fā)酵母液)往往含有較豐富的氮素、陽離子、有機質、各種氨基酸，是良好的飼料添加劑和有機肥料。但是由于其成分復雜，采用傳統(tǒng)干燥方式難以干燥，現(xiàn)大多采用高溫碳化的方式進行處理，這種干燥方式會產(chǎn)生大量的高溫廢氣，而且其處理成本很高，給生產(chǎn)企業(yè)帶來沉重的負擔，隨著環(huán)保政策的日益嚴格，發(fā)酵母液急需新的處理方式。流化床造粒干燥系統(tǒng)由于其低溫連續(xù)、適應性寬的特點，成為解決此項難題的首選。

目前，大型流化床造粒系統(tǒng)創(chuàng)新性地應用于亮氨酸母液資源化處理中，取得了良好的效果，在其他氨基酸母液處理中的應用也已取得突破性進展。不同氨基酸母液所含的成分不同，干燥特性往往差異很大，此項難題的攻克還需生產(chǎn)企業(yè)與設備廠家緊密配合。

5 結 論

流化床造粒干燥技術將噴霧干燥、流化床干燥、造粒干燥合為一體，簡化了生產(chǎn)工藝、設備，增加了收率，提高了效率，減少了設備投資，為氨基酸生產(chǎn)企業(yè)調整生產(chǎn)結構、節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)、實現(xiàn)廢水零排放提供新的途徑，其推廣應用將促進氨基酸行業(yè)的快速發(fā)展。