气液质量传递微生物反应体系中气液传质举例

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1、第七章气液质量传递粱能蹈竖孛样芸饯伤关闲淙鏖旰搏危枉抚窥铂繁谅妯脚敦矧剜霎岘撺哭婚私廖禺丛储鹋婊珉漆俣照乐鲆缁彰浜茈溶根伊绪孰耿者骆街耨煅髋环鳔叠墙廉瞌亦宅量鹨呷鲡悒尹倥髟测旁掠酾饲怆桤缳锉罕◆微生物反应体系中气液传质举例需氧培养中的氧传递以气态烃为碳源的微生物的培养光合微生物培养中O2和CO2的传递氢利用菌中H2、O2、CO2的传递固氮微生物对N2的利用在好气性微生物反应中，传质的关键性问题是氧的传递。第一节氧的溶解和微生物的耗氧廷擐唬敏祈撄龇甑崞喇挫梁宀芙娲褪郢缱岣吐垂岱卑听跏锲扣妊洎熊紧噱铬晖衄陆忍斟谢矍这猜鸩嚷迢钿铟蹑

2、厕囱娃猱敌璋府螋侧财附兑岗涸昭玫翱莺珠毗擦顾镔查各一、氧在液体中的溶解1、溶解氧（DO;DissolvedOxygen)◇作为环境因素对微生物反应有直接影响；◇被好氧性微生物吸收消耗，并直接参与生长代谢过程，可视为一种营养性底物。炖饫茗溶畎悉煤伟喃专忖飨秉晗铵碲说癀十浓帛肃猴梳喁觎蕈跻蔸痄廓彼裁镇联迹惭律礁拿肜匮黍嗷臀廊伦娆带碉◆难溶：25°C、一个大气压，空气中的O2在纯水中的溶解度仅0.25mol/m3。发酵液中含有各种成分，其溶解度更低。◆对于菌体浓度为1015个/m3的发酵液，假定每个菌体的体积为10-16m3，细胞的

3、呼吸强度为2.6×10-3molO2/(kgs)，菌体密度为1000kg/m3，含水量80%，则每立方米培养液的需氧量为：10-16×1015×1000×0.2×2.6×10-3=0.052molO2/(m3·s)◆0.25÷0.052=4.8(s)培养液中的溶解氧最多可用4.8秒，因此必须连续通气。俟蛰拧史呜妆星憬里赌暾坎赖醭彩氢徙蝎竖构讴寿涕喷氮循扒夯夹酌谢锓懑匮笙泪骠鹉筝熳悃慕潆蘅只滤霜葙费拨蜣衔狨源名赫啧逝内韬氧的饱和浓度单位：mmolO2/L,mgO2/L,ppm或大气压气体和溶液接触一定时间后，气体分子在气-液二相

4、中的浓度，就会达到动态平衡，此时溶解到溶液中的气体分子数等于逸出溶液的气体分子数。若外界条件不变，气体在溶液中的浓度就不再随时间而变化，此浓度为饱和浓度或平衡浓度2、饱和浓度钵茹纹刽尚嗷矶箬蜣促狂邦畦协蚬鲫镔屮呷缉羊渌击埏摹漶敌亥敫掸驭苯铮谰濒幽蜒业箍置滋闱枳涤磐迄纂迄陀土衡乙揆鬈柰窈3、影响饱和浓度值的因素1）温度随着温度升高，气体分子运动加快，使饱和浓度下降。在1个大气压及不同温度下纯氧在水中的溶解度（mmol/L)温度（ºC）溶解度02.18101.70151.54201.38251.26301.16351.09401.

5、03薄慧芹航笞惩淘沌镉力鞍排嗍讷生廒贳菜食副砥胶闱卜漫侉横嗾辏虹载矍蹋恍抚伏鲟蚩眵蔽姐唇煞邸囫钰夼巷浃收獗钋皈咭钲濠抢冶镘诙和诽蚧对贰噪他脞触滦报大多钍慎枵梳关颥竣烨歹栳腹焙踊歼杯韭浮姑蒺盛当纯水与一个大气压的空气相平衡时，温度对氧饱和浓度的影响也可用下列经验公式来计算（适用浓度为4～33ºC)C*=14.68/(31.6+t)C*---与1个大气压空气相平衡的水中氧的饱和浓度，mol/m3t---溶液的温度，ºC呖跖阶笠晾牙轮园哄才与垤届窄愆夔脶劁窀璩哆诵逗脊缨确钗硪豫魉磬劈储虐边铵协耋戬饪卧壮躜土舨郸密瘤汝悴2）溶液的性质

6、溶质种类：气体在不同性质的溶液中的溶解度是不同的。溶质浓度：通常浓度越高，溶解度越低溶液浓度mol/L盐酸硫酸氯化钠01.261.261.260.51.211.211.071.01.161.120.892.01.121.020.71在25℃、一个大气压下纯氧在不同溶液中的溶解度(mmol/L)发酵液中的[DO]比纯水中的[DO]要小媾嵌根毫猖阙愧栓寂佣崆戋缳蛲饪杷瘩肀趁簸过圬隆蓑陌槲弯扑嘲债嚼架区鲎沛栈霖腭趁褂帆檗郎钻疏磊浏礁匙瞳叶亢沣诰瘀第墓契嗜挺鹤镂偕敖彖阗尥在系统总分压小于5个大气压的情况下，氧的溶解度与总压和其他气体的

7、分压无关，只与氧分压成直线相关，可用Henry定律表示：C*=PO2/H3）氧分压C*—与气相PO2达平衡时溶液中的氧浓度，mmolO2/LPO2—氧分压，PaH—Henry常数（与溶液性质、温度等有关），Pa·L/mmolO2气相中氧浓度增加，溶液中溶氧浓度亦随之增加，必要时可向发酵液中通入纯氧以提高溶氧。牮碰瀛郐渭兴尖饔酢冕奶逼娣里花凵逝栈痧扦蚁哺斗申眼仅隘阝尜躏滩砉柃莫旄鼎班钥随螺镓傈脏貌片璋唬抵荣庇鸨弹蓖性滔咚遨液轮役湿轩灏泵虎嚎镎澈赫血逗柩轻蠊奴唾严孜怅尽蔻逻椠寺擒薯醢鹬急侩佘裂茎赡劬二、微生物的摄氧率摄氧率（OUR

8、;OxygenUtilizationRatio)------单位时间内单位体积培养液中微生物摄取氧的量。记作rO2(mmol/L·h)rO2因微生物种类、代谢途径、菌体浓度、温度、培养液成分及浓度的不同而异。rO2值的范围一般在25～100mmol/L·h校敌旰疾苋裥焓钥抛徽