[工學(xué)]第七章發(fā)酵工業(yè)中氧的供需-免費閱讀
【正文】 x= ?通氣 t2， C2→ C1， ?將 CL對 作圖可得一直線 ，斜率為 － 1/KLa, 在 CL 軸上截距為 C*. 121tCC ?221LtCCdtdC ??)dtdC L ??（停氣和通氣后培養(yǎng)液中溶氧濃度的變化情況 利用動態(tài)過程測得的數(shù)據(jù)求出 KLa和 C* ? 優(yōu)點：可以測定真實培養(yǎng)狀態(tài)下發(fā)酵液中溶解氧濃度，并可計算出溶氧系數(shù)。 ? 用碘量法測定 Na2SO3 消耗的速率，即可求得氧傳遞速率 OTR, 再由式 OTR=KLaC*求出 KLa 。 （ 2） 極譜法 ? 原理： 給浸在待測液體中的貴金屬陰極和參考電極 （ 陽極 ） 加上直流電壓，當(dāng)電解電壓固定在，與陰極接觸的液體中的溶解氧發(fā)生如下氧化還原反應(yīng)而被消耗， 酸性時 O2+2H++2e→ H2O2 中性或堿性時 O2＋ 2H2O +2e → H2O2＋ 2OH－ ? 原理： 陰極表面與液體的主體之間存在氧的濃度差，于是液體主體的溶解氧就會擴散到陰極的表面參加電極反應(yīng)，使電路中維持一定的電流 。 ? 有機溶質(zhì)濃度 ↑ ,則氣泡變小 ↓ ,a↑, KLa↑ ∴ 電解質(zhì)溶液濃度 ↑ ，傳氧特性好 (KLa↑ ),溶氧特性 C*E ↓ 差 .具體的，離子強度 I影響 KLa公式中的 α,β,k值 . ? I=0～ , α=+(+I), 且 I↑ ,常數(shù) k↑ . I , α=, k值不再變化 . ? β也隨 I增大而增大，但 I對 β的影響較小， β在 ~之間變化，不如 α變化大 . C. 菌體濃度 ? 細胞濃度 x↑ ， KLa↓ (∵ μ↑ ) 菌絲濃度對 KLa的影響 發(fā)酵過程中的氧傳遞效率 ? 定義：每溶解 1kg O2所消耗的電能（千瓦小時 /kg O2)定義為氧傳遞效率或傳氧效率。 A. 攪拌對 KLa的影響 ? 轉(zhuǎn)速 N↑→PG↑→ KLa↑ ? 攪拌作用 (影響 KLa原理 ) ? 將通入培養(yǎng)液的空氣分散成細小的氣泡 ， 防止小氣泡的凝并 ， 從而增大氣液相的接觸面積 ， 即 a↑→KLa↑→溶氧↑ ? 攪拌產(chǎn)生渦流 ， 延長氣泡在液體中的停留時間 ， 溶氧 ↑ ? 攪拌造成湍流 ， 減小氣泡外滯流液膜的厚度 ， 從而減小傳遞過程的阻力 ， 即 1/KL↓→KL↑→KLa↑→溶氧 ↑ ? 攪拌使菌體分散 ， 避免結(jié)團 ， 有利于固液傳遞中接 觸面積的增加 ， 使推動力均一；同時 ， 也減少菌體 表面液膜的厚度 ， 有利于氧的傳遞 。 Ν— 攪拌器轉(zhuǎn)速 ， s1 。 ?當(dāng) Da ＜ 1時，細胞的耗氧量＜最大供氧量，存在耗 氧限制，整個過程受呼吸速率控制； ?當(dāng) Da ＞ 1時，細胞的耗氧量＞最大供氧量，存在供 氧限制，整個過程受氧傳遞速率控制。s law ? 物理化學(xué)的基本定律之一，是 英國 的 W.亨利在 1803年研究氣體在液體中的 溶解度 規(guī)律時發(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。 ? 氧傳遞速率已成為許多好氣性發(fā)酵產(chǎn)量的限制因素。 ? 不同微生物的 k0特征值不一樣，可以此作為通氣操作的依據(jù) 。 本章內(nèi)容 一、 細胞對氧的需求 (為什么要供氧？為什么要 控制溶氧？） 二 、 發(fā)酵過程中氧的傳遞 （ 如何實現(xiàn)供氧 ？ 如何控制溶氧 ？ ） 三、 影響氧傳遞的因素 四、 攝氧率、溶解氧 、 KLa的測定 微生物對氧的需求 （一） 氧在微生物發(fā)酵中的作用 （二） 可利用氧的特征 （二） 微生物的耗氧特征 （四） 溶解氧控制的意義 （一）氧在微生物發(fā)酵中的作用 （對于好氣性微生物而言） ? 呼吸作用 ? 直接參與一些生物合成反應(yīng) C O O HCHOHCHCH O 323 2? ?? （二）可利用氧的特征 ? 只有溶解狀態(tài)的氧才能被微生物利用。 L0Lm2O2O CkC)Q(Q?? (3) Ccr的 定義 ? 微生物的比耗氧速率受發(fā)酵液中氧的濃度的影響，各種微生物對發(fā)酵液中溶氧濃度有一個最低要求，即不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度，稱為臨界氧濃度，以 Ccr表示。 ? 目前 ,在發(fā)酵工業(yè)上氧的利用率很低，因此提高傳氧效率 ,就能大大降低空氣消耗量 ,從而降低設(shè)備費和動力消耗 ,且減少泡沫形成和染菌的機會 , 大大提高設(shè)備利用率。 ” 這一定律對于稀溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)也同樣有用。 ?對于一個給定的發(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 ??????? ? 對于一個培養(yǎng)物來說，最低的通氣條件可由式 求得。 ρ— 液體密度 ， kg/m3。 攪拌對 KLa的影響（續(xù)） ? N并不是越大越好 ,N↑ 剪切力 ↑ ， 對細胞損傷 ↑ ， 對形態(tài)破壞 ↑ PG↑ ,發(fā)酵期間攪拌熱 ↑ ,增加傳熱負荷 能夠使材料產(chǎn)生剪切變形的力稱為剪力或剪切力。 ? 意義： ? 代表每傳遞 1kg O2所需輸入的能量，這個能量包括攪拌器和空氣壓縮機耗用功率的總能量。當(dāng)氧的擴散過程達到穩(wěn)定狀態(tài)時，溶解氧濃度與測得的擴散電流成正比。 2Na2SO3+O2→2Na2SO4 H2O+Na2SO3+I2→Na2SO4+2HI 2Na2S2O3+ I2→Na2S4O6+2NaI （ 1） 亞硫酸鹽氧化法（續(xù)） ? 亞硫酸鹽氧化法值 Kd )]m i n/([4 0 0 0 2 M P amlm o l OStpCVpO T RK d ????（ 1） 亞硫酸鹽氧化法（續(xù)） ? 優(yōu)點 ? 氧溶解速度與亞硫酸鹽濃度無關(guān)，且反應(yīng)速度快，不需特殊儀器。 ? 缺點：人為停止通氣后的情況與在發(fā)酵罐中連續(xù)通氣的實際情況會有一定的差異，而且停止通氣會影響微生物的正常生長，因而存在一定的誤差。 不穩(wěn)定狀態(tài)時發(fā)酵液中某一時間間隔的溶氧量為： 可改寫為 xQC
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