第七章氣液質(zhì)量傳遞ppt課件

1、第 七 章 氣 液 質(zhì) 量 傳 遞. 微生物反響體系中氣液傳質(zhì)舉例 需氧培育中的氧傳送 以氣態(tài)烴為碳源的微生物的培育 光合微生物培育中O2和CO2 的傳送 氫利用菌中H2、O2、CO2的傳送 固氮微生物對(duì)N2的利用 在好氣性微生物反響中，傳質(zhì)的關(guān)鍵性問題是氧的傳送。.第一節(jié) 氧的溶解和微生物的耗氧.一、 氧在液體中的溶解1、溶解氧DO; Dissolved Oxygen) 作為環(huán)境要素對(duì)微生物反響有直接影響； 被好氧性微生物吸收耗費(fèi)，并直接參與生長(zhǎng)代謝過程，可視為一種營(yíng)養(yǎng)性底物。. 難溶：25C、一個(gè)大氣壓，空氣中的O2在純水中的溶解度僅0.25mol/m3。發(fā)酵液中含有各種成分，其溶解度更低

2、。 對(duì)于菌體濃度為1015個(gè)/m3的發(fā)酵液，假定每個(gè)菌體的體積為10-16 m3，細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度為2.610-3 molO2/(kgs)，菌體密度為1000 kg/m3，含水量80%，那么每立方米培育液的需氧量為： 10-16101510000.2 2.610-3 =0.052 molO2/(m3s) 0.25 0.052 = 4.8 (s) 培育液中的溶解氧最多可用4.8秒，因此必需延續(xù)通氣。.氧的飽和濃度單位：mmol O2/L, mg O2/L, ppm 或大氣壓 氣體和溶液接觸一定時(shí)間后，氣體分子在氣-液二相中的濃度，就會(huì)到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)溶解到溶液中的氣體分子數(shù)等于逸出溶液的氣體分子

3、數(shù)。假設(shè)外界條件不變，氣體在溶液中的濃度就不再隨時(shí)間而變化，此濃度為飽和濃度或平衡濃度2、飽和濃度.3、影響飽和濃度值的要素1溫度 隨著溫度升高，氣體分子運(yùn)動(dòng)加快，使飽和濃度下降。 在1個(gè)大氣壓及不同溫度 下純氧在水中的溶解度mmol/L)溫度 （C） 溶解度 0 2.18 10 1.70 15 1.54 20 1.38 25 1.26 30 1.16 35 1.09 40 1.03. 當(dāng)純水與一個(gè)大氣壓的空氣相平衡時(shí)，溫度對(duì)氧飽和濃度的影響也可用以下閱歷公式來計(jì)算適用濃度為433C)C* = 14.68/ (31.6 + t)C* -與1個(gè)大氣壓空氣相平衡的水中氧的飽和濃度，mol/m3t-

4、 溶液的溫度，C .2 溶液的性質(zhì)溶質(zhì)種類：氣體在不同性質(zhì)的溶液中的溶解度是不同的。溶質(zhì)濃度：通常濃度越高，溶解度越低溶液濃度mol/L 鹽酸 硫酸 氯化鈉 0 1.26 1.26 1.26 0.5 1.21 1.21 1.07 1.0 1.16 1.12 0.89 2.0 1.12 1.02 0.71在25、一個(gè)大氣壓下純氧在不同溶液中的溶解度 (mmol/L)發(fā)酵液中的DO比純水中的 DO要小. 在系統(tǒng)總分壓小于5個(gè)大氣壓的情況下，氧的溶解度與總壓和其他氣體的分壓無關(guān)，只與氧分壓成直線相關(guān)，可用Henry定律表示： C* = PO2/H3氧分壓C* 與氣相PO2達(dá)平衡時(shí)溶液中的氧濃度，mm

5、olO2/LPO2 氧分壓， PaH Henry常數(shù)與溶液性質(zhì)、溫度等有關(guān)，PaL/mmolO2氣相中氧濃度添加，溶液中溶氧濃度亦隨之添加，必要時(shí)可向發(fā)酵液中通入純氧以提高溶氧。.二、微生物的攝氧率攝氧率OUR; Oxygen Utilization Ratio) - 單位時(shí)間內(nèi)單位體積培育液中微生物攝取氧的量。記作 rO2 (mmol/Lh)rO2因微生物種類、代謝途徑、菌體濃度、溫度、培育液成分及濃度的不同而異。rO2值的范圍普通在 25100 mmol/Lh.比耗氧速率-相對(duì)于單位質(zhì)量的干菌體在單位時(shí)間內(nèi)所耗費(fèi)的氧量。也稱謂吸強(qiáng)度；用QO2表示 (mmol O2 /g h) 因菌種和反響

6、條件而異，普通在1.515 mmol /g h. 在分批培育中，rO2和X隨時(shí)間而變化，QO2也隨時(shí)間變化。在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的后期，rO2到達(dá)最大值rO2max。由rO2max和穩(wěn)態(tài)下的Xst可求得QO2max。 在恒化器延續(xù)培育的定常態(tài)下，rO2可表示為： rO2=QO2X 由于QO2是的函數(shù)，而是底物如O2)的函數(shù)，因此微生物的QO2與培育液中的DO的函數(shù)關(guān)系可表示為 QO2= QO2max DO/(Ko+DO).QO2隨DO的添加而升高；當(dāng)DO添加 到一定值時(shí)，QO2不再添加.臨界溶氧濃度 -當(dāng)不存在其他限制性基質(zhì)時(shí)，假設(shè)溶氧濃度高于某定值，細(xì)胞的比耗氧速率堅(jiān)持恒定；假設(shè)溶氧濃度低于該值，細(xì)

7、胞的比耗氧速率就會(huì)大大下降；那么該值即為臨界溶氧濃度。DOcri 在好氧微生物反響中，普通取 DO DOcri以保證反響的正常進(jìn)展。 微生物的臨界氧濃度大約是飽和濃度的1%25%.微生物 臨界氧濃度 溫度（）固氮菌 1.8-4.910-2 30大腸桿菌 8.210-3 37粘質(zhì)沙雷氏菌 1.510-2 31假單胞菌 910-3 30酵母 4.610-3 34.5產(chǎn)黃青霉 2.210-2 24米曲霉 2.010-3 30一些微生物的呼吸臨界氧濃度.三、影響微生物需氧量的要素1、微生物種類種類不同，其生理特性不同，代謝活動(dòng)中的需氧量也不同2、培育基的組成與濃度培育基的組成對(duì)菌種的需氧量有顯著的影響

8、，碳源的種類和濃度影響尤為顯著。普通而說，碳源濃度在一定范圍內(nèi)，需氧量隨碳源濃度的添加而添加。3、菌齡 不同菌種需氧量情況各異；同一菌種不同菌齡，其需氧程度也不同；普通菌齡低者，呼吸強(qiáng)度高。 例如；菌齡為24小時(shí)的產(chǎn)黃青霉呼吸強(qiáng)度最高4、培育條件 pH、溫度等 普通溫度愈高，營(yíng)養(yǎng)越豐富，臨界值也相應(yīng)越高 5、有毒產(chǎn)物的構(gòu)成及積累CO2是菌體代謝產(chǎn)生的氣態(tài)終產(chǎn)物，它的生成與菌體的呼吸作用親密相關(guān)。CO2在水中的溶解度是氧的30倍，因此發(fā)酵過程中不及時(shí)將培育液中的CO2排出，勢(shì)必影響菌的呼吸，進(jìn)而影響菌的代謝。.第二節(jié) 培育液中氧的傳送. 在好氧發(fā)酵中，對(duì)微生物的供氧過程，首先是氣相中的氧溶解在發(fā)

9、酵液中，然后傳送到細(xì)胞內(nèi)的呼吸酶位置上而被利用。 這是一系列的傳送過程，這些傳送過程又可分為供氧及耗氧兩個(gè)方面。一、氧傳送的阻力.氧傳送的各種阻力表示圖供氧阻力耗氧阻力.氧傳送過程中各項(xiàng)阻力的表示圖.供氧方面 包括經(jīng)過氣膜、氣-液界面、液膜及液體主流的分散耗氧方面 包括氧分子自液體主流經(jīng)過液膜、菌絲叢、細(xì)胞膜及細(xì)胞內(nèi)的分散。氧傳送可分供氧和耗氧兩個(gè)方面：氧分子在一系列的分散中，各步均有一推進(jìn)力氧的分壓或濃度差來抑制各自的阻力。.1、供氧方面的阻力1氣膜阻力 1/k1 ; 1/KG：為氣體主流及氣-液界面的氣膜阻力，與空氣情況有關(guān)。2 氣液界面阻力1/k2；1/KI：與空氣情況有關(guān)，只需具備高能

10、量的氧分子才干透到液相中去，而其他的那么前往氣相。3液膜阻力1/k3; 1/KL ：為從氣-液界面至液體主流間的液膜阻力，與發(fā)酵液的成分和濃度有關(guān)。4液流阻力1/k4; 1/KLB：液體主流中傳送的阻力；也與發(fā)酵液的成分和濃度有關(guān)。.2、耗氧方面的阻力1細(xì)胞周圍液膜阻力1/k5; 1/KLC 與發(fā)酵液的成分和濃度有關(guān)。2菌絲叢或團(tuán)內(nèi)的分散阻力1/k6; 1/KA 與微生物的種類、生理特性形狀有關(guān)，單細(xì)胞的細(xì)菌和酵母菌不存在這種阻力；對(duì)于菌絲，這種阻力最為突出。3細(xì)胞膜的阻力1/k7; 1/KW： 與微生物的生理特性有關(guān)。4細(xì)胞內(nèi)反響阻力1/k8; 1/KR 氧分子與細(xì)胞內(nèi)呼吸酶系反 應(yīng)時(shí)的阻力

11、；與微生物的種類、生理特性有關(guān)。.1/k1 、1/k2與空氣情況有關(guān)1/k3 、1/k4 、1/k5與發(fā)酵液成分、濃度有關(guān)1/k6 、1/k7 、1/k8與微生物的種類、特性、生理形狀有關(guān)氧在傳送過程中，需損失推進(jìn)力以抑制上述阻力，過程中需抑制的 總阻力等于供氧阻力和耗氧阻力之和，即：R = 1/k1 +1/k2 +1/k3 +- +1/k81/Kt = 1/KG + 1/KI + 1/KL + 1/KLB + 1/KLC + 1/KIS + 1/KA + 1/KW + 1/KR. 供氧方面 由于氧很難溶于水，所以供氧方面的液膜阻力1/k3 ; 1/KL 是氧溶于水時(shí)的限制要素。 良好的攪拌使

12、氣泡和液體充分混合而產(chǎn)生湍流，可減少1/k3、1/k4，加速氧的傳送。.耗氧方面 實(shí)驗(yàn)和計(jì)算證明，細(xì)胞壁上與液體主流中氧的濃度差很小，即1/k5很?。欢z叢或菌絲團(tuán)的阻力1/k6對(duì)菌絲體的攝氧才干影響顯著。 在耗氧方面的主要阻力是1/k6、1/k7、1/k8。 在攪拌和合理的 工藝條件下，結(jié)團(tuán)景象減少，因此能降低1/k6。 1/k8與微生物生長(zhǎng)及代謝的條件有關(guān)，假設(shè)生長(zhǎng)條件適宜，代謝產(chǎn)物能及時(shí)移去，那么1/k8就會(huì)減少，否那么就會(huì)增大。. 當(dāng)氧的傳送到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，總的傳送速率與串聯(lián)的各步傳送速率相等，這時(shí)經(jīng)過單位體積的傳送速率為：nO2 = =推進(jìn)力阻力Pi1/K inO2 氧的傳送通量 (傳

13、送速率) ，mol/(m3s)Pi 各階段的推進(jìn)力分壓差，Pa1/K i 各階段的傳送阻力，Ns/molnO2 = = = = = C C 1 C 2 C 8 K 1/k1 1/k2 1/k8.二、氣液相間的氧傳送和氧傳質(zhì)方程式氧傳送的主要阻力存在于氣膜和液膜中.氣液界面附近的氧分壓或溶解氧濃度變化.當(dāng)氣液傳送過程處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，經(jīng)過液膜和氣膜的傳送速率相等，即：nO2 = = = = ppI1/KGpp*1/KGCICL1/KLC*CL1/KLp 氣體主體氧分壓，Pa ; pI 氣液界面氧分壓， PaCI 氣液界面氧濃度， mol/m3 ; CL 液相主體氧濃度， mol/m3 p* 與CL平衡

14、的氣相氧分壓， Pa ; C* 與p平衡的液相氧濃度， mol/m3 KG 以氧分壓為推進(jìn)力的總傳送系數(shù), mol/(m2sPa)KL 以氧濃度為推進(jìn)力的總傳送系數(shù)，m/s.在穩(wěn)定情況下，氧分子從氣體主體分散到液體主體的傳送速率可表示為：OTR = KL a ( C* CL ) OTR 單位體積培育液中的氧傳送速率， mol/(m3s) a 比外表積， m2/m3 KL 以氧濃度為推進(jìn)力的傳送系數(shù)，m/s.G/ = KLa V (C* - CL)G -溶解于液體中的氧量，mmol - 氣-液接觸時(shí)間，h V - 培育液的體積，LCL - 液相中氧的濃度，mmol/LC* - 與氣相中氧分壓相平

15、衡的液相中的氧飽和濃度，mmol/LKL - 以濃度差表示推進(jìn)力的傳質(zhì)系數(shù)氧傳質(zhì)系數(shù)，m/ha- 比外表積即單位體積的液體中所含的氣-液接觸面積，m2/m3 .氧傳質(zhì)方程：G/ = KLa V (C* - CL)OTR = KL a ( C* CL ).由于“a不易測(cè)得，因此常將 KLa作為一項(xiàng)來處置，稱為體積氧傳送系數(shù)或供氧系數(shù)，單位為 h-1微生物對(duì)氧的需求速率，也即使氧不成為發(fā)酵的限制要素而必需滿足的供氧速率：G/ = QO2XV = r V OTR = rQO2 - 微生物的呼吸強(qiáng)度，mmol O2/g(干菌體)hX - 菌體濃度，g/LV - 培育液體積，L r - 培育物的攝氧率，

16、mmolO2/Lh . 在發(fā)酵過程中，當(dāng)溶氧濃度不變時(shí)，氧溶于液相的速率等于微生物對(duì)溶氧的需求速率，那么：KLa (C* - CL) = QO2 X = rKLa =rC* - CL. 假設(shè)供氧速率大于需氧速率，即KLa (C* - CL) r，此時(shí)發(fā)酵液中溶解氧濃度CL會(huì)不斷添加，趨近于C* 。 假設(shè)需氧速率大于供氧速率，那么CL 逐漸下降而趨向于零雖然此時(shí)通氣和攪拌能夠仍在進(jìn)展. 由上式可看出，當(dāng)微生物的攝氧率不變時(shí)假定C* 在一定條件下也不變， KLa 越大，發(fā)酵液中溶解氧濃度CL也越大；所以可用KLa的大小來衡量發(fā)酵設(shè)備的通氣效率。 KLa =rC* - CL. 實(shí)驗(yàn)室用的搖瓶和無攪拌

17、的鼓泡安裝，其KLa值約為1100 h-1； 帶攪拌的發(fā)酵罐，其KLa值約為2001000 h-1。.第三節(jié) 發(fā)酵液的流變特性. 微生物發(fā)酵液是由三個(gè)體系組成的，即液相、固相和氣相 液相中有可溶性的營(yíng)養(yǎng)物、可溶性鹽類和微生物代謝產(chǎn)物；固相包括單個(gè)菌絲體或菌絲團(tuán)菌絲叢、不溶性營(yíng)養(yǎng)物和某些特殊的微生物代謝物；氣相包括通入的無菌空氣包括未溶解的氧、微生物代謝產(chǎn)生的CO2等氣體、某些低分子量易揮發(fā)的物質(zhì)等 由于微生物的代謝作用，發(fā)酵液中各種物質(zhì)的組成不斷變化，表現(xiàn)為發(fā)酵液的理化性質(zhì)的不斷變化，如固形物質(zhì)的含量、發(fā)酵液的黏度、外表張力、離子強(qiáng)度等。 這些變化對(duì)三相體系之間的混合、氧的溶解速度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的

18、轉(zhuǎn)移等均產(chǎn)生影響。.一、流體類型.在切向力作用下平行板內(nèi)液體速度分布 在兩塊相互接近的平行板之間充溢液體，下板固定不動(dòng)，給上板施加一作用力F，使上板以一定的速度運(yùn)動(dòng)。其中與上板接觸的流體層以與上板一樣的速度一同運(yùn)動(dòng)，與下板接觸的流體那么堅(jiān)持靜止，中間各層因流體的內(nèi)摩擦產(chǎn)生速度不等的平行運(yùn)動(dòng)，在流體層中產(chǎn)生速度 梯度。.剪應(yīng)力 (shear stress) 單位流面子積上的切向力；F/A當(dāng)剪應(yīng)力與速度梯度成正比時(shí)，可用牛頓黏性定律來表示： 剪應(yīng)力， N/m2 或 Pad /dx = 速度梯度或切變率(shear rate)，s1 液體黏度，(kgs)/m2 = d /dx= = / .牛頓型與非

19、牛頓型流體剪應(yīng)力與切變率的關(guān)系1- 牛頓型流體2-平漢塑性流體3-擬塑性流體4-漲塑性流體5-凱松流體.牛頓型流體非牛頓型流體平漢塑性流體 擬塑性流體漲塑性流體 凱松流體.一 牛頓型 (Newtonian) 流體 1服從牛頓黏性定律；2剪應(yīng)力與剪切速率之間呈直線關(guān)系；直線的斜率即為黏度 ；3黏度 只是溫度的函數(shù)，與流變形狀無關(guān)，因此是一常數(shù)。 也即意味著發(fā)酵罐中攪拌轉(zhuǎn)速的快慢對(duì)黏度沒有影響，且在發(fā)酵罐的全培育液中的任何部分的黏度一樣。.二非牛頓型流體1不服從牛頓黏性定律2其黏度不是常數(shù)，它不僅是溫度的函數(shù)，而且隨流動(dòng)形狀而異，因此沒有固定的黏度值。平漢塑性流體 擬塑性流體漲塑性流體 凱松流體3

20、根據(jù)剪應(yīng)力與切變率間的關(guān)系，分為：.1、擬塑性pseudoplastic流體 主要特征是黏度隨著剪應(yīng)速率的增高而降低。 流體的剪應(yīng)力與剪切速率間不呈直線關(guān)系，而呈凸形曲線關(guān)系，闡明剪切速率的添加，剪應(yīng)力的添加隨之減小，即添加流速會(huì)降低流體的粘性阻力。K 均勻度常數(shù)稠度系數(shù)， Pas n 流態(tài)指數(shù) 流態(tài)指數(shù)n 表示非牛頓流體性質(zhì)的顯著程度， n = 1為牛頓型流體； n 值偏離1愈遠(yuǎn)，非牛頓型流體性質(zhì)愈顯著。 = K n其流變特性可表示為：0n1. 擬塑性流體，在不同攪拌轉(zhuǎn)速下，所顯示出的黏度不同；在同一攪拌轉(zhuǎn)速下，培育液中的剪應(yīng)速率隨著分開攪拌渦輪的徑向間隔，按指數(shù)倍數(shù)降低，故分開渦輪的徑向間

21、隔越遠(yuǎn)，黏度越高。 許多高分子化合物如黃原膠、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素等的水溶液，許多絲狀菌如青霉、曲霉、鏈霉菌等的培育液都表現(xiàn)出擬塑性。.2、漲塑性dilatant流體 主要特征是黏度隨著剪應(yīng)速率的添加而增高。 流體的剪應(yīng)力與剪切速率間不呈直線關(guān)系，而呈凹形曲線關(guān)系，闡明剪切速率的添加，剪應(yīng)力也隨之添加，流體的流動(dòng)阻力隨之加大。 = K n 其流變特性可表示為：n 1值越大，非牛頓特性就越顯著。 鏈霉素、四環(huán)素、慶大霉素的前期發(fā)酵液，很稀的酵母懸浮液呈漲塑性。.3、平漢bingham塑性流體 主要特征是當(dāng)剪應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時(shí)，液體不發(fā)生流動(dòng)，只需當(dāng)剪應(yīng)力超越屈服應(yīng)力時(shí)才發(fā)生流動(dòng)。 它的流態(tài)曲

22、線也呈直線，但不經(jīng)過原點(diǎn)。 = 0 + 0 屈服應(yīng)力(在縱軸上的截距) ，Pa 剛性系數(shù)， Pas 其流變特性可用下式表示:黑曲霉、產(chǎn)黃青霉、灰色鏈霉菌等絲狀菌的發(fā)酵液呈平漢塑性。.4、凱松(Casson)流體 其流變特性可表示為：1/2 = C1/2 + KC 1/2C1/2 屈服應(yīng)力，PaKC 凱松黏度, Pa1/2 s1/2有研討闡明青霉素發(fā)酵液為凱松流體 剪應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系表現(xiàn)為一不經(jīng)過原點(diǎn)的曲線。.非牛頓流體沒有確定的黏度值，通常把一定切變率下剪應(yīng)力與此切變率之比稱為表觀黏度(a) 。a = / 平漢塑性流體、擬塑性流體和凱松流體的表觀黏度隨切變率的增大而減??；漲塑性流體的表觀黏

23、度那么隨切變率的增大而增大。.發(fā)酵罐中的非牛頓流體的平均切變率與攪拌轉(zhuǎn)速成正比： = N 平均切變率，s1N 攪拌器轉(zhuǎn)速，s1 無因次常數(shù) 對(duì)于不同的非牛頓流體，采用不同型式和大小的攪拌器，常數(shù) 值在10-13之間； 對(duì)于兩層的渦輪漿式攪拌器可取11.5。. 產(chǎn)生菌 產(chǎn)物 流變學(xué)性質(zhì)產(chǎn)黃青霉 青霉素 擬塑性盾殼霉 甾類羥化 平漢塑性諾爾斯氏鏈霉菌 制霉菌素 牛頓型雪白鏈霉菌 新生霉素 平漢塑性灰色鏈霉菌 鏈霉素 平漢塑性內(nèi)孢霉 葡萄糖糖化酶 平漢塑性部分絲狀菌發(fā)酵液的流變學(xué)性質(zhì)二、發(fā)酵液的流變學(xué)不同的發(fā)酵液可呈不同的流體類型. 發(fā)酵液，特別是含有固形物數(shù)量較多的發(fā)酵液，往往表現(xiàn)為非牛頓流體特性

24、。 普通每升含有20克或更多的菌體和固形物的培育液，均呈現(xiàn)非牛頓型流體中的平漢塑性流體性質(zhì)。放線菌搖瓶發(fā)酵菌絲球霉菌、放線菌的菌絲體在發(fā)酵中雖不呈典型的顆粒狀，但錯(cuò)綜復(fù)雜交錯(cuò)的網(wǎng)狀菌絲叢和松散構(gòu)造的菌絲球狀體可看作是固形物。. 在發(fā)酵過程中，培育液流動(dòng)模型參數(shù)會(huì)隨著細(xì)胞濃度、形狀的變化，培育基物質(zhì)的耗費(fèi)，代謝產(chǎn)物的積累以及補(bǔ)料等發(fā)生明顯的變化，表現(xiàn)出時(shí)變性。發(fā)酵液的流變類型也可發(fā)生變化。如有人測(cè)得：鏈霉素發(fā)酵在24小時(shí)為塑性流體，發(fā)酵液黏度達(dá)90Pas；在48小時(shí)和96小時(shí)為牛頓性流體，其黏度為18Pas和38Pas。.第四節(jié) 影響供氧的要素.據(jù)氧傳質(zhì)方程OTR = KL a (C* - CL

25、) 或 G/ = KLa V (C* - CL) 影響供氧的主要要素是推進(jìn)力(C* - CL) 和體積氧傳送系數(shù)KLa。.一、 影響氧傳送推進(jìn)力的要素要提高推進(jìn)力，只能設(shè)法提高C*或減少CL1、提高氧飽和濃度 C*要提高C*，可降低培育溫度、提高氧分壓和降低培育基濃度等。但這幾方面局限性都很大2、降低溶氧濃度 CL 降低CL可經(jīng)過減少空氣流量等方法來到達(dá)，但溶氧濃度不能低于臨解氧濃度。另外，減少空氣流量本身會(huì)使KLa下降。.二、影響體積吸收系數(shù)KLa的要素1、攪拌作用：1把從空氣管中引入發(fā)酵罐的空氣打成碎泡，添加氣-液接觸面積“a,亦即添加氧的傳送面積。2使液體構(gòu)成渦流，從而延伸氣泡在液體中的

26、停留時(shí)間。3添加液體的湍流程度，降低氣泡周圍的液膜阻力和液體主流中的流體阻力，從而增大KLa值。4) 減少菌絲結(jié)團(tuán)景象，降低細(xì)胞壁外表的液膜阻力，改動(dòng)細(xì)胞對(duì)氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，同時(shí)降低細(xì)胞周圍“廢物和“廢氣的濃度，有利于微生物的代謝。.幾種微生物在不同攪拌轉(zhuǎn)速下發(fā)酵時(shí)的KLa、r和C*值 微生物 攪拌器轉(zhuǎn)速 空氣流速 KLa r C* r/min L/Lmin 1/h mg/Lh mg/LPs.ovalis 300 1.0 95 288 5.9 500 1.0 153 360 5.9 700 1.0 216 432 5.9啤酒酵母 300 1.0 90 576 6.7 500 1.0 169

27、720 6.7 700 1.0 219 864 6.7. 從上表可見，攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)KLa的影響很大，對(duì)微生物的攝氧率也有影響，但對(duì)C*無影響。 但過高的攪拌速度不但浪費(fèi)動(dòng)力，還會(huì)損傷菌體，引起菌體自溶及減產(chǎn)等。.攪拌與通氣效率之間的關(guān)系可用閱歷式表示：KLa = K(P/V)(Vs)(app)-K -閱歷常數(shù)，與設(shè)備的外形、幾何比例尺寸、通風(fēng)安裝的型式等有關(guān)P/V - 單位體積液體實(shí)踐耗費(fèi)的功率指通氣情況下的功率，KW/m3Vs -空氣直線速率， m/happ - 液體的表觀黏度，Pa S、為指數(shù)，與攪拌器和空氣分布器的型式等有關(guān)，普統(tǒng)統(tǒng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)得.2、空氣流速KLa = K(P/V)(Vs)(

28、app)- 從上式可見，KLa隨空氣速度的添加而增大。Vs為氣流的直線速度；其指數(shù)約為 0.40.72，隨攪拌器型式而異。. 假設(shè)空氣速度過大，將使葉輪發(fā)生“過載，即葉輪不能分散空氣，此時(shí)氣流構(gòu)成大氣泡在軸的周圍逸出。當(dāng)空氣速度超越“過載速度后，K La 并不隨之而添加。 普通來說，用一組攪拌器時(shí)，過載空氣流速為90m/h；用二組攪拌器時(shí)那么可添加到150m/h。.3、培育液的物理性質(zhì) 在發(fā)酵過程中，菌本身的繁衍及其代謝可引起發(fā)酵液物理性質(zhì)的不斷變化，如改動(dòng)培育液的外表張力、黏度和離子濃度等；而這些變化會(huì)影響氣體的溶解度、發(fā)酵液中氣泡的直徑和穩(wěn)定性及其合并為大氣泡的速度等。發(fā)酵液的性質(zhì)還影響液

29、體的湍動(dòng)以及界面或液膜的阻力，因此顯著地影響氧的傳送效率。 發(fā)酵過程中添加糖、花生餅粉等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、前體或無菌水、消泡劑等均可改動(dòng)培育液的理化性質(zhì)；在消費(fèi)上也可利用這些手段來改善發(fā)酵液的物理性質(zhì)。.4、空氣分布器和發(fā)酵液高度對(duì)通氣效率的影響 消費(fèi)實(shí)際證明，多孔環(huán)狀鼓泡器的效果并不比單孔鼓泡器好。且多孔鼓泡器易堵。高位發(fā)酵罐添加發(fā)酵罐的高度(D:H=1:7) ；添加了氣-液接觸時(shí)間，提高了氧的利用率。.5、其它要素 影響發(fā)酵罐溶氧的主要要素是：?jiǎn)挝惑w積液體的攪拌功率P/V，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)和空氣的截面流速。另有些要素也在一定程度上影響溶氧.1攪拌器組數(shù)和間距對(duì)溶氧的影響 據(jù)徑高比和發(fā)酵液的特性決議 普通來說，當(dāng)H/D = 2. 5 時(shí)，用多組攪拌器可提高溶氧系數(shù)10%， 當(dāng)H/D = 4并采用較大的空氣流速和較大的功率時(shí)，多組攪拌器可提高溶氧系數(shù)25%