【发酵工程】第七章_发酵工业中氧的供给.ppt

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1、第七章发酵工业中氧的供需本章内容一、微生物细胞对氧的需求二、发酵过程中氧的传递三、影响氧传递的因素四、摄氧率、溶解氧、KLa的测定一、微生物细胞对氧的需求（一）氧在微生物发酵中的作用（二）可利用氧的特征（二）微生物的耗氧特征（四）溶解氧控制的意义（一）氧在微生物发酵中的作用（对于好气性微生物而言）呼吸作用直接参与一些生物合成反应（二）可利用氧的特征只有溶解状态的氧才能被微生物利用。微生物的耗氧特征(1)呼吸强度（比耗氧速率）QO2：单位质量干菌体在单位时间内消耗氧的量。单位：mmolO2/（kg干菌体·h）。(2)摄氧率γ（耗氧速率）：单位

2、体积培养液在单位时间内消耗氧的量。单位：γ=QO2·xx——细胞浓度，kg(干重)/m32.培养过程中细胞耗氧的一般规律培养初期：QO2逐渐增高，x较小。在对数生长初期：达到(QO2)m，但此时x较低，γ并不高。C.在对数生长后期：达到γm,此时QO2<(QO2)m，x

3、或烃类>葡萄糖>蔗糖>乳糖培养基浓度浓度大,QO2↑;浓度小,QO2↓菌龄的影响:一般幼龄菌QO2大,晚龄菌QO2小4.影响微生物耗氧的因素（续）发酵条件的影响pH值→通过酶活来影响耗氧特征;温度→通过酶活及溶氧来影响耗氧特征：T↑,DO2↓代谢类型(发酵类型)的影响若产物通过TCA循环获取,则QO2高,耗氧量大若产物通过EMP途径获取,则QO2低,耗氧量小溶解氧浓度对细胞生长和产物合成的影响可能是不同的，所以须了解长菌阶段和代谢产物形成阶段的最适需氧量。氧传递速率已成为许多好气性发酵产量的限制因素。目前,在发酵工业上氧的利用率很低，因此提

4、高传氧效率,】就能大大降低空气消耗量,从而降低设备费和动力消耗,且减少泡沫形成和染菌的机会,大大提高设备利用率。（四）溶解氧控制的意义疣孢漆斑霉在分批培养时呼吸强度的变化二、发酵过程中氧的传递1.氧的传递途径与传质阻力2.气体溶解过程的双膜理论3.氧传递方程4.发酵过程耗氧与供氧的动态关系氧的传递途径与传质阻力1.氧的传递途径与传质阻力氧从气泡到细胞的传递过程示意图气膜传递阻力1/kG气液界面传递阻力1/kI液膜传递阻力1/kL液相传递阻力1/kLB细胞或细胞团表面的液膜阻力1/kLC固液界面传递阻力1/kIS细胞团内的传递阻力1/kA细胞

5、膜、细胞壁阻力1/kW反应阻力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气膜和液膜阻力耗氧方面主要阻力是细胞团内与细胞膜阻力气体溶解过程的双膜理论双膜理论的气液接触(1)双膜理论的基本前提(三点假设)1、气泡和包围着气泡的液体之间存在着界面，在界面的气泡一侧存在着一层气膜，在界面液体一侧存在着一层液膜；气膜内气体分子和液膜内液体分子都处于层流状态，氧以浓度差方式透过双膜；气泡内气膜以外的气体分子处于对流状态，称为气体主流，任一点氧浓度，氧分压相等；液膜以外的液体分子处于对流状态，称为液体主流，任一点氧浓度、氧分压相等。2、在双膜

6、之间界面上，氧分压与溶于液体中氧浓度处于平衡关系：3、氧传递过程处于稳定状态时，传质途径上各点的氧浓度不随时间而变化。(2)传质理论传质达到稳态时，总的传质速率与串联的各步传质速率相等，则单位接触界面氧的传递速率为：nO2—单位接触界面的氧传递速率，P、Pi—气相中和气、液界面处氧的分压，MPaCL、Ci—液相中和气、液界面处氧的浓度，kG—气膜传质系数，kL—液膜传质系数，m/h若改用总传质系数和总推动力，则在稳定状态时，KG—以氧分压差为总推动力的总传质系数，KL—以氧浓度差为总推动力的总传质系数，m/sP—与液相中氧浓度C相平衡时氧的

7、分压，PaC—与气相中氧分压P达平衡时氧的浓度，mol/m3X-摩尔分数B-物质的量C-浓度亨利定律：某种气体在溶液中的浓度与液面上该气体的平衡压力成正比.适用范围（1）气体在液体中溶解度不是很高时亨利定律才是适用的（2）溶质在气相中和液相中的分子状态相同（离解、缔合时不可以）根据亨利定律，与溶解浓度达到平衡的气体分压与该气体被溶解的分子分数成正比，即：H——亨利常数，表示气体溶解于液体的难易程度，与气体、溶剂种类及温度有关。T升高，溶质挥发能力强，H大（T升高，气体的溶解度小）气体H2N2O2COCO2CH4C2H2C2H4H水为溶剂7.

8、28.684.405.790.1664.180.1361.16H苯为溶剂0.3670.2390.1630.1140.0569由式同理：由于氧气难溶于水，H值很大，＜＜,说明这一过