[工學(xué)]第七章發(fā)酵工業(yè)中氧的供需(編輯修改稿)
2025-03-21 00:47 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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 。 ? 氧在一些有機(jī)化合物中溶解度比水中為高。 4) 氧分壓 ? 提高空氣總壓（增加罐壓），從而提高了氧分壓，對(duì)應(yīng)的溶解度也提高，但增加罐壓是有一定限度的。 ? 保持空氣總壓不變，提高氧分壓，即改變空氣中氧的組分濃度，如：進(jìn)行富氧通氣等。 影響 KLa的因素 發(fā)酵罐的形狀 ， 結(jié)構(gòu) （ 幾何參數(shù) ） 攪拌器 ， 空氣分布器 （ 幾何參數(shù) ） 通氣：表觀線速度 Ws ② 操作條件 攪拌：轉(zhuǎn)速 N， 攪拌功率 PG 發(fā)酵液體積 V， 液柱高度 HL ③ 發(fā)酵液的性質(zhì) ： 如影響發(fā)酵液性質(zhì)的表面活性劑 、 離子 強(qiáng)度 、 菌體量 ① 設(shè)備參數(shù) ?綜合 ①②③ 三類影響因素 ， 有 其中 d— 攪拌器直徑 ， m 。 Ν— 攪拌器轉(zhuǎn)速 ， s1 。 ρ— 液體密度 ， kg/m3。 — 液體粘度 ， Pas 。 DL— 擴(kuò)散系數(shù) , m2/s 。 σ— 界面張力 ， N/m。 Ws— 表觀線速度 ， m/s 。 g— 重力加速度 , ),,( gDWNdfaK LsL ?????KLa的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 ?寫成準(zhǔn)數(shù)式 (無因次式 ) 準(zhǔn)數(shù)R e n ol dsRe2?? ?? NdLLDdaK 2? 1? 2)Nd( 2 ???3)(2?gdN 4)( ???LD5)( ??? sW 6)( ?sWNd＝ S h er w o o d2??LLDdaK 準(zhǔn)數(shù) 準(zhǔn)數(shù)德 )弗 勞F r ou d e (2?g dN通氣準(zhǔn)數(shù)3NdQWNdNa gs???? sW ＝氣流準(zhǔn)數(shù) S c h m id t?LD?? 準(zhǔn)數(shù) (施米特準(zhǔn)數(shù) Sc) （ 1）操作條件的影響 ??sGL WVPkaK )(?KLa影響因素的分析 PG ：通氣時(shí)的攪拌功率； V：培養(yǎng)液體積。 A. 攪拌對(duì) 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(xì)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(shí)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(tuán) ， 有利于固液傳遞中接 觸面積的增加 ， 使推動(dòng)力均一；同時(shí) ， 也減少菌體 表面液膜的厚度 ， 有利于氧的傳遞 。 攪拌對(duì) KLa的影響（續(xù)） ? N并不是越大越好 ,N↑ 剪切力 ↑ ， 對(duì)細(xì)胞損傷 ↑ ， 對(duì)形態(tài)破壞 ↑ PG↑ ,發(fā)酵期間攪拌熱 ↑ ,增加傳熱負(fù)荷 能夠使材料產(chǎn)生剪切變形的力稱為剪力或剪切力。即可以讓試件沿某個(gè)方向切斷的力。 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
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