第六章 反应器传递性能.ppt

《第六章 反应器传递性能.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第六章生物反应器的传递反应流体的流变与剪切特性生物反应过程中氧的传递6.1反应流体的流变与剪切特性流体的流变模型影响发酵液流变特性的因素6.1.1流变模型采用流体的外加剪应力与所产生的相应的剪切速率（切变率）之间的关系来表示。牛顿型流体：拟塑性流体：，涨塑性流体：n>1宾汉塑性流体：凯松流体：6.1.2影响发酵液流变特性的因素主要取决于细胞浓度和形态，当细胞为球形时，有下式成立此式适合物体积分数<14%的发酵液，当细胞体积分数>40%时，此外影响发酵液流变特性的因素还有胞外产物（如黄原胶）及高分子底物（如

2、淀粉）6.2微生物对氧的利用氧在气液相间的传质耗氧速率微生物反应过程中耗氧与供氧的动态关系影响氧传递的因素体积氧传质系数6.2.1氧在气液相间的传质速率氧是难溶于水的，因而很容易成为反应的限制因素。微生物对氧的利用取决于发酵液中氧的溶解度与氧的传质速率。因而从气相到液相氧的传递就成为微生物反应的限制因素。根据双膜理论和Fick第一定律，氧在气液相间的传质速率可用下式表式但对于通气搅拌罐，传质面积即气液界面面积无法确定，因而通常以单位体积的发酵液具有的气液界面面积为基准时间讨论即：6.2.2耗氧速率微生物的

3、耗氧速率微生物的比耗氧速率与菌体浓度均是时间的函数，故，一般大约在分批培养的对数生长期的后期达到最大，此时在分批培养中，在对数生长期具有最大值，因为氧气在微生物反应中是作为呼吸的最终电子受体，起反应的是细胞色素氧化酶，故有下式成立从上式中可以看出，比耗氧速率与溶氧浓度之间满足双曲函数关系，并且存在临界溶氧浓度[DO]c。6.2.3耗氧与供氧的动态关系细胞反应过程中的[DO]，不仅与耗氧速率有关，还与传氧速率有关，在分批培养中，对氧的物料衡算式为：在分批培养中，所需最小的KLa为维持[DO]为[DO]c，并

4、且能够满足微生物最大耗氧速率时对氧的需求。所以6.2.4影响氧传递的因素由氧的传质速率知影响氧传递的因素分别为传质推动力和体积氧传质系数。增加氧的传质推动力[DO]*-[DO]，在工业上不经济。提高体积氧传质系数KLa则较容易。影响体积氧传质系数的因素操作变量：发酵液的理化性质反应器的结构操作变量通风量Q：根据双膜理论，当气体线速度增加时，有利于对流的产生，使液膜厚度减小，故增加了KL搅拌转数n：对于机械式发酵罐，因而增加转数，有利于提高KLa，但当n太大时，形成的剪切力也大，会对细胞产生损伤。发酵液的理

5、化性质细胞浓度与形态。对于丝状菌，当菌体浓度增加时，会使下降，同时菌体的形态对有着明显的影响。离子强度：大，使打碎的气泡难以合并，因而增加了a，此外，增加，使气体在液相中的滞留量有增加的趋势。表面活性剂：适量的表面活性剂使液体的表面张力下降，使a增加。反应器的结构搅拌浆：首先是将气泡打碎，增加气液接触面积，同时使反应器内液体呈湍流状态，减小了气泡外液膜厚度，同时使反应液各成分分布均匀。挡板：使由搅拌浆产生的原生流转变为次生流，以防止搅拌浆运转时产生漩涡而使气体外逸。高径比：当空气流量和单位体积功率不变时，

6、通气效率随高径比的增加而增加。6.2.5体积氧传质系数实验测定提高体积氧传质系数的手段6.2.5.1测定方法亚硫酸钠氧化法动态法物料平衡法葡萄糖氧化法1、亚硫酸氧化法以Cu2+作为催化剂，在一定浓度的亚硫酸钠溶液中，发生反应，此体系的反应速率远大于氧的传质速率，因此整个反应取决于氧的传质，且[DO]=0，即在亚硫酸钠的体系中，[DO]*=0.21mmol/L，体系中亚硫酸钠的浓度用碘量法测定，其原理为剩余的碘用标准硫代硫酸钠滴定：假定滴定过程中所取的过量的碘为A，硫代硫酸钠的浓度为N，滴定时耗用体积为V，

7、所取亚硫酸钠样液体积为m,在反应过程中用硫代硫酸钠滴定的碘为：则被亚硫酸钠消耗的碘为，因此可得样液中亚硫酸钠的真实浓度为则由此可知在用碘量法测定过程中，氧化剂碘的量是不需要准确知道的。2、动态法在分批培养过程中对反应液中的氧的物料衡算式为：输入＝输出+消耗+累积，假定排气中无氧气存在，则，重排后为当操作条件不变时，KLa为一常数，此时以作图，得一直线。但耗氧速率rO2为一变量，在对数生长期，3、物料衡算法若反应器为连续操作，气液两相达到完全混合，且达到稳态，状态参数均不随时间而变，则传氧速率＝耗氧速率，即

8、单位时间内氧的消耗速率应等于同期进出口的氧量之差，即f为进出口气体体积流量，m3/s;P为进出口气体压力，Pa;y为进出口气体中氧气的摩尔分率；T为进出口气体的绝对温度，KR为气体常数，8.314J/(Kmol)VR为发酵液体积，m3例题一微生物反应体系达到稳态时，耗氧速率＝传质速率，此时测得[DO]＝0.6[DO]*，用动态法测KLa，此时已知[DO]c<0.1[DO]*,1)立即关气，保持转速不变，[DO]从0.6[DO]