[工學(xué)]第七章發(fā)酵工業(yè)中氧的供需-展示頁
2025-03-03 00:47本頁面
【正文】 ,說明這一過程液膜阻力是主要因素 。 ” 這一定律對于稀溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)也同樣有用。 ii CP ? ii HCP ? (2) 傳質(zhì)理論 ? 傳質(zhì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，總的傳質(zhì)速率與串聯(lián)的各步傳質(zhì)速率相等，則單位接觸界面氧的傳遞速率為 ： nO2— 單位接觸界面的氧傳遞速率 ， P、 Pi— 氣相中和氣 、 液界面處氧的分壓 ， MPa CL、 Ci— 液相中和氣 、 液界面處氧的濃度 ， kG— 氣膜傳質(zhì)系數(shù) ， kL— 液膜傳質(zhì)系數(shù) ， m/h LLiGiO kCCkPPn112?????阻力推動力)( 22 hmlOk m o ?3mkmol)( 2 M P ahmk m o l ?? ?若改用總傳質(zhì)系數(shù)和總推動力 ， 則在穩(wěn)定狀態(tài)時 ， KG— 以氧分壓差為總推動力的總傳質(zhì)系數(shù) ， KL — 以氧濃度差為總推動力的總傳質(zhì)系數(shù) ， m/s P*— 與液相中氧濃度 C相平衡時氧的分壓 ， Pa C*— 與氣相中氧分壓 P達(dá)平衡時氧的濃度 ， mol/m3 )CC(K)PP(Kn L*L*GO 2 ????)Pasm(m o l 2 ?? 亨利定律 Henry39。 氧從氣泡到細(xì)胞的傳遞過程示意圖 酵母的呼吸強(qiáng)度與溶氧濃度的關(guān)系 疣孢漆斑霉在分批培養(yǎng)時呼吸強(qiáng)度的變化 氧在空氣中的分壓氧溶解于液相的濃度氣液接觸面氣膜 液膜擴(kuò)散方向pp iC iC Lp p iC LC i 雙膜理論的氣液接觸 穩(wěn)態(tài)過程中，在 KLa一定時，細(xì)胞濃度對呼吸強(qiáng)度的影響 1) 氣膜傳遞阻力 1/kG 2) 氣液界面?zhèn)鬟f阻力 1/kI 3) 液膜傳遞阻力 1/kL 4) 液相傳遞阻力 1/kLB 5) 細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)表面的液膜阻力 1/kLC 6) 固液界面?zhèn)鬟f阻力 1/kIS 7) 細(xì)胞團(tuán)內(nèi)的傳遞阻力 1/kA 8) 細(xì)胞膜 、 細(xì)胞壁阻力 1/kW 9) 反應(yīng)阻力 1/kR 供氧方面的阻力 耗氧方面的阻力 ?供氧方面主要阻力是氣膜和液膜阻力 ?耗氧方面主要阻力是細(xì)胞團(tuán)內(nèi)與細(xì)胞膜阻力 (1)雙膜理論的基本前提 (三點(diǎn)假設(shè) ) ? 氣泡和包圍著氣泡的液體之間存在著界面，在界面的氣泡一側(cè)存在著一層氣膜，在界面液體一側(cè)存在著一層液膜；氣膜內(nèi)氣體分子和液膜內(nèi)液體分子都處于層流狀態(tài)，氧以濃度差方式透過雙膜；氣泡內(nèi)氣膜以外的氣體分子處于對流狀態(tài)，稱為氣體主流，任一點(diǎn)氧濃度，氧分壓相等；液膜以外的液體分子處于對流狀態(tài)，稱為液體主流，任一點(diǎn)氧濃度 、 氧分壓相等。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)簡單。 ? 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(fèi)和動力消耗 ,且減少泡沫形成和染菌的機(jī)會 , 大大提高設(shè)備利用率。 溫度 → 通過酶活及溶氧來影響耗氧特征： T ↑, DO2 ↓ ? 代謝類型 (發(fā)酵類型 )的影響 若產(chǎn)物通過 TCA循環(huán)獲取 ,則 QO2高 ,耗氧量大 若產(chǎn)物通過 EMP途徑獲取 ,則 QO2低 ,耗氧量小 ? 溶解氧濃度對細(xì)胞生長和產(chǎn)物合成的影響可能是不同的，所以須 了解長菌階段和代謝產(chǎn)物形成階段的最適需氧量 。 C. 在對數(shù)生長后期：達(dá)到 γm, 此時 QO2 (QO2 )m ， xxm D. 對數(shù)生長期末： S↓ , OTR(傳氧速率 )↓ , QO2 ↓ 而 γ∝ (QO2 , x , OTR), 雖然 x=xm,但 QO OTR 占主導(dǎo)地位 ， 所以 γ↓ E. 培養(yǎng)后期 ： S→ 0， QO2 ↓↓ , γ↓↓ 4. 影響微生物耗氧的因素 ? 微生物本身遺傳特征的影響，如 k0↑， QO2↓ ? 培養(yǎng)基的成分和濃度 ? 碳源種類 耗氧速率：油脂或烴類 葡萄糖 蔗糖 乳糖 ? 培養(yǎng)基濃度 濃度大 , QO2 ↑。L1, % 定義： 氧飽和度＝發(fā)酵液中氧的濃度 /臨界溶氧溶度 所以對于微生物生長，只要控制發(fā)酵過程中氧飽和度 1. 3. 培養(yǎng)過程中細(xì)胞耗氧的一般規(guī)律 A. 培養(yǎng)初期： QO2逐漸增高 ， x較小 。 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。x x—— 細(xì)胞濃度， kg(干重 )/m3 )( 32 hmm m o lO ? 2. QO2與溶氧濃度 CL關(guān)系 (1) 當(dāng) CLCcr時 ， QO2＝ (QO2)m (2) 當(dāng) CL Ccr時 ， k0： 親和常數(shù) （ 半飽和常數(shù) ）， 單位 ： mol/m3 k0特征 ： k0越大，親和能力越小 ， QO2越小 。 (2) 攝氧率 γ （耗氧速率）：單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)消耗氧的量。 單位： mmolO2/（ kg干菌體 本章內(nèi)容 一、 細(xì)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(shí)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。 (1)呼吸強(qiáng)度（比耗氧速率） QO2 ： 單位質(zhì)量干菌體在單位時間內(nèi)消耗氧的量。h ） 。單位： γ=QO2 ? 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) 。 ? CL Ccr， QO2 保持恒定 ? CL Ccr， QO2 大大下降
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