[工學(xué)]第七章發(fā)酵工業(yè)中氧的供需(完整版)
【正文】 ? 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(guò)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。 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(guò)酶活來(lái)影響耗氧特征 。單位： γ=QO2 單位： mmolO2/（ kg干菌體 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(guò)程中氧飽和度 1. 3. 培養(yǎng)過(guò)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 。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。 *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(shuō)明這一過(guò)程液膜阻力是主要因素 。 LOL CCxQaK???*2 ? 在發(fā)酵過(guò)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) ,隨氣體種類 ,電解質(zhì)種類和溫度變化 . E*e*w KCCClg ? )C,C( *eE ??2) 溶質(zhì)（續(xù)） 2） 對(duì)于幾種電解質(zhì)的混合溶液： 式中 hi— 第 i種離子的常數(shù) , m3/kmol 離子強(qiáng)度 , kmol/m3 Zi— 第 i種離子的價(jià)數(shù) , — 第 i種離子的濃度 , kmol/m3 ??iii*e*w IhCClgEiii CZ21I ?EiC2) 溶質(zhì)（續(xù)） B. 非電解質(zhì) 式中 Cn*— 氧在非電解質(zhì)溶液中的溶解度 , mol/m3 CN— 非電解質(zhì)或有機(jī)物濃度 , kg/m3 k— 非電解質(zhì)的 Sechenov常數(shù) , m3/kg Nnw KCCC ?**lg )C,C( *nN ??2) 溶質(zhì) C. 混合溶液 (電解質(zhì) +非電解質(zhì) ):疊加 Cm*— 氧在混合溶液中的溶解度 , mol/m3 ?? ??j njwiiimwCCIhCC****lglg溶質(zhì) ↑ ， Cm*↓ 3) 溶劑 ? 通常溶劑為水 。s 。 剪切”是在一對(duì)相距很近、大小相同、指向相反的橫向外力作用下，材料的橫截面沿該外力作用方向發(fā)生的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)變形現(xiàn)象。 ? 作為評(píng)價(jià)通氣發(fā)酵罐的重要指標(biāo)，可以此作為評(píng)價(jià)和比較不同類型的發(fā)酵工藝及不同規(guī)模的發(fā)酵罐操作的一個(gè)直接手段。 ? 如果樣品中含有其它的氧化還原性物質(zhì)會(huì)影響電極反應(yīng)，從而影響到該法的準(zhǔn)確性，使測(cè)定結(jié)果有誤差。 （ 2） 取樣極譜法 ? 原理 ? 當(dāng)電解電壓為 ～ ，擴(kuò)散電流的大小與液體中溶解氧的濃度呈正比關(guān)系。 （ 6） 復(fù)膜電極法 ? 利用復(fù)膜電極可在發(fā)酵過(guò)程中測(cè)定發(fā)酵液的溶解氧濃度、微生物菌體的耗氧速率及溶氧系數(shù) KLa，這樣測(cè)出的溶解氧濃度、微生物菌體的耗氧速率及溶氧系數(shù)可代表發(fā)酵過(guò)程中的實(shí)際情況，是比較理想的測(cè)定方法，也是目前較為常用的方法。 ? 缺點(diǎn)：樣品取出發(fā)酵罐后，外壓自罐壓降至大氣壓，測(cè)得的 氧濃度已不準(zhǔn)確，且在靜止條件下所測(cè)得的 QO2與在發(fā)酵 罐中的實(shí)際情況不完全一致，因而誤差較大。當(dāng)擴(kuò)散過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，單位面積氧的擴(kuò)散速率為： nO2=kL(PLP1)=km(P1P2)=ke(P2Pc)=K(PLPc) 根據(jù) Faraday定律，原電池型氧電極的穩(wěn)定電流為 ： i=4FAnO2= 4FAK(PLPc)=K’PL ∴ 溶氧電極測(cè)定的實(shí)際是液體中的氧分壓 復(fù)膜氧電極示意圖 （ a）
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