[工學(xué)]第七章發(fā)酵工業(yè)中氧的供需-wenkub
2023-03-09 00:47:49 本頁面
【正文】 平：轉(zhuǎn)速快，裝量少 通無菌空氣并攪拌 氣升式 發(fā)酵罐水平 需氧量小 發(fā)酵罐 需氧量大 氣升式發(fā)酵罐 ? 利用空氣噴嘴噴出高速的空氣，空氣以氣泡式分散于液體中，在通氣的一側(cè)，液體平均密度下降，在不通氣的一側(cè)，液體密度較大，因而產(chǎn)生與通氣側(cè)的液體產(chǎn)生密度差，從而形成發(fā)酵罐內(nèi)液體的環(huán)流。 濃度小 , QO2↓ ? 菌齡的影響 :一般幼齡菌 QO2大 ,晚齡菌 QO2小 4. 影響微生物耗氧的因素（續(xù)） ? 發(fā)酵條件的影響 pH值 → 通過酶活來影響耗氧特征 。 ? CL Ccr， QO2 保持恒定 ? CL Ccr， QO2 大大下降 微生物對(duì)氧的需求 一般對(duì)于微生物： CCr: ＝ 1～ 15%飽和濃度 例： 酵母 *103 , % 產(chǎn)黃青霉 *102 mmol單位： γ=QO2 (1)呼吸強(qiáng)度（比耗氧速率） QO2 ： 單位質(zhì)量干菌體在單位時(shí)間內(nèi)消耗氧的量。 單位： mmolO2/（ kg干菌體 x x—— 細(xì)胞濃度， kg(干重 )/m3 )( 32 hmm m o lO ? 2. QO2與溶氧濃度 CL關(guān)系 (1) 當(dāng) CLCcr時(shí) ， QO2＝ (QO2)m (2) 當(dāng) CL Ccr時(shí) ， k0： 親和常數(shù) （ 半飽和常數(shù) ）， 單位 ： mol/m3 k0特征 ： k0越大，親和能力越小 ， QO2越小 。L1, % 定義： 氧飽和度＝發(fā)酵液中氧的濃度 /臨界溶氧溶度 所以對(duì)于微生物生長(zhǎng)，只要控制發(fā)酵過程中氧飽和度 1. 3. 培養(yǎng)過程中細(xì)胞耗氧的一般規(guī)律 A. 培養(yǎng)初期： QO2逐漸增高 ， x較小 。 溫度 → 通過酶活及溶氧來影響耗氧特征： T ↑, DO2 ↓ ? 代謝類型 (發(fā)酵類型 )的影響 若產(chǎn)物通過 TCA循環(huán)獲取 ,則 QO2高 ,耗氧量大 若產(chǎn)物通過 EMP途徑獲取 ,則 QO2低 ,耗氧量小 ? 溶解氧濃度對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成的影響可能是不同的，所以須 了解長(zhǎng)菌階段和代謝產(chǎn)物形成階段的最適需氧量 。氣升式發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)是能耗低，液體中的煎切作用小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 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。 *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 。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。 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* ?由氣液傳遞速率方程 )( * LL CCaKO T R ?? 2. kLa的影響因素 影響氧傳遞的因素 1. 影響推動(dòng)力 C*CL的因素 影響比表面積 a的因素 影響液膜傳遞系數(shù) kL的因素 可知，影響氧傳遞速率的因素（即影響供氧的因素）有： 1) 溫度 ? 氧在水中的溶解度隨溫度的升高而降低 ， 在 105Pa和溫度在 4～ 33℃ 的范圍內(nèi) ， 與空氣平衡的純水中 ， 氧的濃度可由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 : t— 溫度 ,℃ T ↑ ， Cw* ↓ ， 推動(dòng)力 ↓ *?? tC w2) 溶質(zhì) A. 電解質(zhì) 1)對(duì)于單一電解質(zhì) Ce*— 氧在電解質(zhì)溶液中的溶解度 ,mol/m3 Cw*— 氧在純水中的溶解度 , mol/m3 CE— 電解質(zhì)溶液的濃度 ,kmol/m3 K— Sechenov(謝切諾夫 )常數(shù)
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