[工學(xué)]第七章 發(fā)酵工業(yè)中氧的供需-文庫(kù)吧
2025-02-07 00:47 本頁(yè)面
【正文】 應(yīng)阻力 1/kR 供氧方面的阻力 耗氧方面的阻力 ?供氧方面主要阻力是氣膜和液膜阻力 ?耗氧方面主要阻力是細(xì)胞團(tuán)內(nèi)與細(xì)胞膜阻力 (1)雙膜理論的基本前提 (三點(diǎn)假設(shè) ) ? 氣泡和包圍著氣泡的液體之間存在著界面，在界面的氣泡一側(cè)存在著一層氣膜，在界面液體一側(cè)存在著一層液膜；氣膜內(nèi)氣體分子和液膜內(nèi)液體分子都處于層流狀態(tài)，氧以濃度差方式透過雙膜；氣泡內(nèi)氣膜以外的氣體分子處于對(duì)流狀態(tài)，稱為氣體主流，任一點(diǎn)氧濃度，氧分壓相等；液膜以外的液體分子處于對(duì)流狀態(tài)，稱為液體主流，任一點(diǎn)氧濃度 、 氧分壓相等。 ? 在雙膜之間界面上 ， 氧分壓與溶于液體中氧濃度處于平衡關(guān)系 ： ? 氧傳遞過程處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí) ， 傳質(zhì)途徑上各點(diǎn)的氧濃度不隨時(shí)間而變化。 ii CP ? ii HCP ? (2) 傳質(zhì)理論 ? 傳質(zhì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，總的傳質(zhì)速率與串聯(lián)的各步傳質(zhì)速率相等，則單位接觸界面氧的傳遞速率為 ： nO2— 單位接觸界面的氧傳遞速率 ， P、 Pi— 氣相中和氣 、 液界面處氧的分壓 ， MPa CL、 Ci— 液相中和氣 、 液界面處氧的濃度 ， kG— 氣膜傳質(zhì)系數(shù) ， kL— 液膜傳質(zhì)系數(shù) ， m/h LLiGiO kCCkPPn112?????阻力推動(dòng)力)( 22 hmlOk m o ?3mkmol)( 2 M P ahmk m o l ?? ?若改用總傳質(zhì)系數(shù)和總推動(dòng)力 ， 則在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí) ， KG— 以氧分壓差為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù) ， KL — 以氧濃度差為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù) ， m/s P*— 與液相中氧濃度 C相平衡時(shí)氧的分壓 ， Pa C*— 與氣相中氧分壓 P達(dá)平衡時(shí)氧的濃度 ， mol/m3 )CC(K)PP(Kn L*L*GO 2 ????)Pasm(m o l 2 ?? 亨利定律 Henry39。s law ? 物理化學(xué)的基本定律之一，是 英國(guó) 的 W.亨利在 1803年研究氣體在液體中的 溶解度 規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)的，可表述為： “ 在一定溫度下，某種氣體在溶液中的濃度與液面上該氣體的平衡壓力成正比。 ” 這一定律對(duì)于稀溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)也同樣有用。 ?根據(jù)亨利定律，與溶解濃度達(dá)到平衡的氣體分壓與該氣體被溶解的分子分?jǐn)?shù)成正比，即： ?H—— 亨利常數(shù)，表示氣體溶解于液體的難易程度，與氣體、溶劑種類及溫度有關(guān) 。 *HCP ?L* HCP ? ii HCP ? *OG*G2O PPnK)PP(Kn2?????22222 OLiOiO*iOiO*G n)CC(HnPPnPPnPPnPPK1 ??????????2211 OiGGiO nPPkkPPn ?????2OLiL nCCk1 ??LLio kCCn/12??LGG kHk1K1 ??由式 同理： 由于氧氣難溶于水， H值很大， ＜＜ ,說明這一過程液膜阻力是主要因素 。 LGL kHkK111 ??GHk1Lk1LL kK ?? ? 在氣液傳質(zhì)過程中 ， 通常將 KLa作為一項(xiàng)處理 ， 稱為體積溶氧系數(shù)或體積傳質(zhì)系數(shù) 。 ? 在單位體積培養(yǎng)液中 ， 氧的傳質(zhì)速率 （ 氣液傳質(zhì)的基本方程式 ） 為 )(1)()( *** PPHaKPPaKCCaKOT R LGLL ??????? OTR— 單位體積培養(yǎng)液中氧的傳遞速率 ， KLa— 以濃度差為推動(dòng)力的體積溶氧系數(shù) ， h1,s1 KGa— 以分壓差為推動(dòng)力的體積溶氧系數(shù) , )hm(olkm 3 ?)M P ahm(olkm 3 ?? 發(fā)酵過程耗氧與供氧的動(dòng)態(tài)關(guān)系 ? 細(xì)胞呼吸的本征要求 : ? 氧傳遞特征（發(fā)酵罐傳遞性能） ? 若需氧量＞供氧量 ， 則生產(chǎn)能力受設(shè)備限制 ， 需進(jìn)一步提高傳遞能力； ? 若需氧量＜供氧量 ， 則生產(chǎn)能力受微生物限制 ， 需篩選高產(chǎn)菌：呼吸強(qiáng) ， 生長(zhǎng)快 ， 代謝旺盛 。 ? 供氧與耗氧至少必須平衡 ， 此時(shí)可用下式表示： 2OQx???LLmOOLL CKxCQxQCCaKO T R?????? ?)()( 22*傳遞 消耗 *)(2CKxQDLamOa ?** , CCyCK L?? ??令 0)1(1 2 ????????? ??? yDyyyD y aa則 12422?????????aDBBByLLLmOLCKCaCKxQCC??????**)()1(2變換 ?無因次數(shù) Da為 Damk246。hler 準(zhǔn)數(shù)，物理意義是細(xì)胞的 最大耗氧量與最大供氧量之比。 ?當(dāng) Da ＜ 1時(shí)，細(xì)胞的耗氧量＜最大供氧量，存在耗 氧限制，整個(gè)過程受呼吸速率控制； ?當(dāng) Da ＞ 1時(shí)，細(xì)胞的耗氧量＞最大供氧量，存在供 氧限制，整個(gè)過程受氧傳遞速率控制。 ?對(duì)于一個(gè)給定的發(fā)酵設(shè)備和微生物 ， C*、 k0、 (QO2)m 已知 ， 假定呼吸只與氧的限制有關(guān) ， 則 , β為常數(shù) ,則 y亦 x的函數(shù) ,有形式 xxCK )Q(D 1*LamOa2 ????),(x1DB 2121a 為常數(shù)??????????cbxaxxy 221 ??????? ? 對(duì)于一個(gè)培養(yǎng)物來說，最低的通氣條件可由式 求得。 ? kLa亦 可稱為 “ 通氣效率 ” , 可用來衡量發(fā)酵罐的通 氣狀況，高值表示通氣條件富裕，低值表示通氣條 件貧乏。 LOL CCxQaK???*2 ? 在發(fā)酵過程中，培養(yǎng)液內(nèi)某瞬間溶氧濃度變化可用下式表示 : ? 在穩(wěn)態(tài)時(shí) ,則 ，則 xQCCaKdtdC OLLL ???? `2)( *0dtdC L ?aKxQCCLOL??? 2* ?由氣液傳遞速率
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