[工學(xué)]第七章發(fā)酵工業(yè)中氧的供需(參考版)
2025-02-25 00:47本頁面
【正文】 （ 6） 復(fù)膜電極法 ? 利用復(fù)膜電極可在發(fā)酵過程中測定發(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)酵過程中的實(shí)際情況，是比較理想的測定方法，也是目前較為常用的方法。 ? 缺點(diǎn)：人為停止通氣后的情況與在發(fā)酵罐中連續(xù)通氣的實(shí)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(shí)發(fā)酵液中某一時(shí)間間隔的溶氧量為： 可改寫為 xQCCaKdtdC OLLL ???? 2* )(*2 ))(1( CxQdtdCaKC OLLL ?????*))(1( CdtdCaKLL??? ?－?停氣 t1, C1→ C2, γ=QO2 ? 缺點(diǎn)：樣品取出發(fā)酵罐后，外壓自罐壓降至大氣壓，測得的 氧濃度已不準(zhǔn)確，且在靜止條件下所測得的 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。 （ 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。 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(diǎn) ? 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。 ? 當(dāng)亞硫酸鈉濃度為 ～ 、 溫度在 20～45℃ 之間，反應(yīng)速度與亞硫酸鈉濃度無關(guān)。當(dāng)擴(kuò)散過程達(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 ∴ 溶氧電極測定的實(shí)際是液體中的氧分壓 復(fù)膜氧電極示意圖 （ a）極譜型 （ b）原電池型 復(fù)膜氧電極內(nèi)外氧電壓的分布 c （二）攝氧率 γ的測定原理與方法 ? 瓦氏呼吸儀法 ? 物料衡算法 ? 氧電極法 （ 1） 瓦氏呼吸儀法 ? 通過測壓計(jì)測定密閉三角瓶的壓力變化速率即氧的消耗速率，根據(jù)培養(yǎng)液體積計(jì)算攝氧率。 ? 如果樣品中含有其它的氧化還原性物質(zhì)會影響電極反應(yīng)，從而影響到該法的準(zhǔn)確性，使測定結(jié)果有誤差。當(dāng)氧的擴(kuò)散過程達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，溶解氧濃度與測得的擴(kuò)散電流成正比。 ? 缺點(diǎn)：當(dāng)樣品中存在氧化還原性物質(zhì)，測定結(jié)果會有偏差；當(dāng)樣品帶有顏色時(shí)，會影響測定終點(diǎn)的判斷，故不適合測定發(fā)酵液的溶解氧濃度。 （一）溶解氧 CL的測定原理與方法 ? 化學(xué)法 ? 極譜法 ? 復(fù)膜氧電極法 溶解氧 、攝氧率和 KLa的測定 （ 1） 化學(xué)法 ? 原理：在樣品中加入硫酸錳和堿性 KI溶液， 生成氫氧化錳沉淀， 與溶解氧反應(yīng)生成錳酸錳， 再在反應(yīng)液中加入H2SO4, 釋放出游離的碘， 然后用標(biāo)準(zhǔn) Na2S2O3液滴定 。 ? 作為評價(jià)通氣發(fā)酵罐的重要指標(biāo)，可以此作為評價(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。 ? 意義： ? 代表每傳遞 1kg O2所需輸入的能量，這個(gè)能量包括攪拌器和空氣壓縮機(jī)耗用功率的總能量。 = C. 攪拌器形式的影響 : α、 β數(shù)值不同 ? 對于 α值 :彎葉 平葉 箭葉 ? 對于 β值 :彎葉 箭葉 平葉 ? 但是破碎細(xì)胞能力 : 平葉 箭葉 彎葉 翻動流體能力 : 箭葉 彎葉 平葉 此外 ， 攪拌器的直徑大小 、 組數(shù) 、 攪拌器間距以及在罐內(nèi) 的相對位置等對 KLa都有影響 . 平葉 箭葉 彎葉 A. 表面活性劑的影響 氣液界面厚度 ↑ , 1/kL↑, kL↓ 氣泡變小 ↓ , a↑ 低濃度表面活性劑時(shí) ,以 a為主 , KLa↑ 添加至一定量時(shí) , kL降至最低 , KLa下降顯著 再繼續(xù)增加時(shí) ， kL維持最低水平不再下降 ， 而 a↑↑ ， 此時(shí) KLa從最低點(diǎn)有所回升 表面活性劑的濃度 ↑ KLa受兩種趨勢影響 （ 3） 發(fā)酵液性質(zhì)的影響 表面活性劑月桂基磺酸鈉（ NaLSO4）濃度對 KLa、 KL和 da的影響 B. 離子強(qiáng)度對 KLa的影響 ? 電解質(zhì)溶液濃度 ↑ ,則氣泡變小 ↓ ,a↑, KLa↑。 ?只有 Q↑ ， N↑ 同時(shí)提高 ， PG才不會大大 下降 ， KLa↑ 。 剪切”是在一對相距很近、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)生的相對錯(cuò)動變形現(xiàn)象。 攪拌對 KLa的影響（續(xù)） ? N并不是越大越好 ,N↑ 剪切力 ↑ ， 對細(xì)胞損傷 ↑ ， 對形態(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。 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。 σ— 界面張力 ， N/m。s 。
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