氧的供需與傳遞ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-10 23:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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 一、供氧的實現(xiàn)形式 搖瓶水平：搖床轉(zhuǎn)速慢，裝量多 攪拌緩和，通氣緩和 表面通氣，膜透析（擴散） 搖瓶水平：轉(zhuǎn)速快，裝量少 發(fā)酵罐水平需氧量小 發(fā)酵罐 需氧量大 第二節(jié) 培養(yǎng)過程中的傳質(zhì)理論 氣升式 通無菌空氣并攪拌 二、氧的傳遞阻力與傳遞途徑 對于大多數(shù)微生物細胞的培養(yǎng)過程，細胞分散在培養(yǎng)液中，只能利用溶解氧，供氧都是在培養(yǎng)液中通往空氣來進行。氧從 空氣泡 傳遞到 細胞內(nèi) 要克服一系列阻力，首先氧須從 氣相 溶解于 培養(yǎng)基 中，然后傳遞到細胞內(nèi)的 呼吸酶 位置上被利用。 2 1 3 4 5 6 7 8 9 氣液界面 氣泡 液膜 液相主體 固液界面 細胞團 液膜 細胞膜 細胞 生物反應 氧的傳遞 ?雙膜理論 供氧 空氣中的氧從空氣泡里通過氣膜、氣液界面和液膜擴散到液體主流中。 耗氧 好氧微生物只能利用溶解態(tài)的氧，發(fā)酵過程中不斷地通過通風和攪拌，使氣態(tài)中的氧經(jīng)過一系列的傳遞步驟到液相。 供氧 :氣 —液相間的氧傳遞 氧的傳遞 ?供氧： 空氣中的氧從空氣泡里通過氣膜、氣液界面和液膜擴散到液體主流中。 ?耗氧： 氧分子自液體主流通過液膜、菌絲叢、細胞膜擴散到細胞內(nèi) ① 從氣泡中的氣相擴散通過氣膜到氣液界面； ②通過氣液界面； ③從氣液界面擴散通過氣泡的液膜到液相主體； ④液相溶解氧的傳遞； ⑤從液相主體擴散通過包圍細胞的液膜到大細胞表面； ⑥氧通過細胞壁； ⑦微生物細胞內(nèi)氧的傳遞； 通常③和⑤步傳遞阻力最大，是整個過程的控制步驟 二、氣體溶解過程：雙膜理論 氧氣的溶解過程是一個由氣相進入液相的過程。 因此，根據(jù)這一模型建立起來的氣體溶解理論稱為雙膜理論。 氣相（氧） 氣液接觸界面 液膜 氣膜 氧氣在氣膜中的擴散動力來自于空氣中的氧的分壓與界面處氧分壓之差，即 P Pi，在液膜中擴散的動力來自于界面處氧濃度與液體中氧濃度之差，即 Ci CL； 兩種膜的阻力分別用 和 表示，則單位界面氧的傳遞速率為： Gk1Lk1? ? ? ? ①CCkPPkkCCkPPNLiLiGLLiGiA ????????????11阻力推動力 由于不能直接測定氣膜和液膜處氧的分壓、氧濃度，上試不能直接用于實際操作。如果將兩膜合并起來考慮，用總傳質(zhì)系數(shù)和總推動力來考慮上式，則： 根據(jù)亨利定律，氣體的溶解度與該氣體的分壓成正比，可得： ? ? ? ? ②CCkPPkN LLGA ??????? ????? CHPLCHP ??? ii CHP ?? 為找出總傳質(zhì)系數(shù)與上述氣膜、液膜的傳遞系數(shù)之間的關(guān)系，將②變形，利用亨利定律，將 O2濃度換成相對應的分壓來表示，得： 再根據(jù)①提供的關(guān)系： ，對于易溶氣體如NH3來講， H很小， 可以忽略，則 ，此時氣體溶解的阻力主要來自于氣膜阻力；同得： ，對于難溶氣體如 O2， H很大， ，此時氣體溶解的阻力主要來自于 。 ? ?ALiAiAiAiAG NCCHNPPNPPNPPNPPK?????????? ??1LGG kHkK ??11LkHGG kK ?LGL kkHK111 ???LL kK ?Lk第三節(jié) 影響氧的傳遞速率的主要因素 氧的傳遞速率總方程式 OTR=K Lα （ c*cL） 式中： OTR單位體積培養(yǎng)液中的傳氧速率， [mol/m3s]； KL以濃度差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)（ m/s
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