发酵过程泡沫的形成与控制.ppt

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1、如何提高发酵液中的溶氧？反应器中氧的传递发酵液中氧的传递方程CCiPPi气膜液膜气-液界面a:比界面面积。单位体积的液体中所具有的氧的传递面积(m2/m3)C*：与气相中氧分压相平衡的液体中氧的浓度，也就是一定体系下液相中的最大的溶氧浓度。（mol/m3）C:液相中氧的实际浓度,（mol/m3）Nv：单位时间内发酵液溶氧浓度的变化mmol/(L.h)Kl:以(C*-C)为推动力的氧传质系数m/h气相主流液相主流???①反应器的结构(改变挡板的数目和位置、搅拌叶片直径)②操作条件改变搅拌器转速改变空气流速提高设备的供氧能力

2、，即氧的体积传质系数KLa：提高（c*-cL)，即氧传递动力增大C*的措施①在通气中掺入纯氧或富氧，使氧分压提高。②提高罐压。比耗氧速率或呼吸强度（QO2）：单位时间内单位质量干菌体所吸取的氧气，mmolO2·g菌-1·h-1摄氧率(r)：单位体积的发酵液单位时间内的耗氧量。mmolO2·L-1·h-1。r=QO2.X补料的原因补料内容补料时需考虑哪些因素补料方式分为哪三种中间补料第八章（5）发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制一、泡沫的危害(掌握)二、泡沫的性质(理解)三、泡沫形成的原因(理解)发酵过程泡沫

3、产生的原因(掌握)四、泡沫的控制方法(掌握)发酵过程中存在一定数量的泡沫是正常现象。有利于氧的传递；但过多的持久性泡沫对发酵造成不利的影响。一、泡沫的危害1、降低生产能力在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降低装量。装料系数=料液体积/发酵罐容积2、引起原料/产物浪费如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡会引起原料/产物流失，造成浪费。3、增加了菌群的非均一性由于泡沫的液位变动，使得微生物随泡沫漂浮，粘到罐壁上，使微生物生长的环境发生了变化，影响了微生物群体的效果，增加了微生物群体的不均一性。4、引起染菌由于泡沫增多而

4、引起逃液，于是在排气管中粘上培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到轴封，轴封处的润滑油可起点消泡作用，从轴封处落下的泡沫往往引起杂菌污染。5、消泡剂的加入给后续产物提取带来了麻烦。对泡沫控制的要求:避免大量持久的泡沫存在；保证有一定的泡沫量；随发酵时间延长消泡剂控制泡沫的能力不降低。二、泡沫的性质泡沫体系有独特的性质，研究泡沫的性质，是解决消泡问题的基础。定义：泡沫是指气体分散在少量液体中的一种体系。分散相：气体连续相：液体种类按照发酵中泡沫存在的状态可分为两种：存在于发酵液

5、上部的，泡沫与液体主流存在一个明显的界面，易破碎，泡沫体积较大。存在于发酵液中的流态泡沫。泡沫分散均匀，与液体主流没有明显的分界面，存在于发酵液中，比较稳定，很难清除。1、气泡间液膜的性质泡沫中气泡间的间距很小，仅以一薄层液膜相隔，研究液膜的性质很有代表意义，又因为，只有含有助泡的表面活性剂，才能形成稳定的泡沫，所以应当首先研究表面活性剂与液膜的关系。表面活性剂示意图如图所示，表面活性剂是由疏水基与亲水基构成的化合物，在水中，表面活性剂的分子不停地转动在以下两种情况下泡沫才能比较稳定，停留时间比较长：亲水基疏水基第一种情

6、况表面活性剂的亲水基留在水相，疏水基伸到气相中，形成定向吸附层。第二种情况表面活性剂的疏水基在水相中互相靠在一起，减少疏水基与水的接触，形成“胶束”。胶束定向吸附层溶液中当表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，以第一种情况为主；表面活性剂浓度高于临界胶束浓度时出现第二种情况。在液相中因为水分子之间的吸引力大于水对表面活性剂的吸引力，表面活性剂的疏水部分被水分子之间的吸引力挤出溶液，到达气液界面。这就是表面活性剂易于在泡沫上形成定向吸附层的原因。表面活性剂为什么会定向排列在表面？水2、泡沫是热力学不稳定体系热力学第二定律指出

7、：自发过程，总是从自由能较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡过程中自由能变化如下：△G=γ△A△G——自由能的变化△A——表面积的变化γ——比表面能起泡时，液体表面积增加，△A为正值，因而△G为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。另一方面，泡沫的气液界面非常大。例如：半径1cm厚0.001cm的一个气泡，内外两面的气液界面达25cm2；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积只有0.2cm2,相差上百倍。显然，液体起泡后，表面自由能比无泡状态高得多。泡沫破灭的过程中，△A是一个绝对值很大的负数，也就是说泡沫破灭的过程，自由

8、能减小的数值很大。因此泡沫是热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表面积的无泡状态。泡沫是气体分散在液体中所形成的热力学不稳定的体系3、泡沫体系的三阶段变化即使外观看来平静、比较稳定的泡沫体系，泡沫液也在不断地下落、蒸发，不断进行着下述三阶段的变化(1)气泡大小分布的变化气泡膜有表面张力，气泡中压力大于气泡外的压力。气