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1、,传氧与通气搅拌,第六章,本章讲述的内容,第一节 氧对微生物生长的影响 第二节 传氧速率方程 第三节 影响传氧速率的因素 第四节 溶氧系数及其测定 第五节 搅拌功率及溶氧系数的计算,一、影响kLa的因素搅拌空气流速空气分布管罐内液柱高度醪液性质,第三节 影响传氧速率的因素,根据经验公式:kLa = k(Pg/V)(Vs)(n) ,（1）搅拌,作用 形成小气泡，增大比表面积 液体涡流运动，增加气液接触时间 料液湍流运动，促进传质 使菌体分散，避免结团,kLa (Pg/V)Pg：通气搅拌功率,（2）空气流速,Vs较小时， KLa随Vs的增加而增加； Vs增加至一定程度后，如不改变搅拌速度，则会降低
2、搅拌功率，使KLa降低，甚至发生“过载”现象。,kLa Vs Vs：空气线速度 (m/s),VS= Q/S = 4Q/ D2,（3）空气分布管,改变气泡的大小，从而改变气泡的比表面积。 气泡直径越小，溶氧系数就越大,（4）罐内液柱高度,根据经验数据： H/D从1增加到2， KLa增加40% H/D从2增加到3， KLa增加20%,（5） 醪液性质,黏度 表面张力泡沫,二、影响传质推动力(C*-C)的因素,关键：如何提高C*？ 根据亨利定律：降低亨利常数H 提高氧分压PO2,亨利常数H 取决于温度、溶质浓度，改变余地不大,2. 氧分压PO2,如何提高氧分压PO2？提高罐压通入纯氧,测定生物反应器
3、的传氧性能。判断发酵过程的供氧情况。为通风罐的研究过程找出设备参数与溶氧系数的关系，以便进行运用发酵罐的放大和合理设计。,为什么测kLa？,第四节 溶氧系数及其测定, 亚硫酸盐氧化法 极谱法 溶氧电极法,第四节 溶氧系数及其测定,如何测kLa？, 亚硫酸盐氧化法,在Cu2+存在下，2SO32- + O2 2SO42-剩余的SO32-与碘作用（碘量法）SO32- + I2 + H2O SO42- + 2I- +2H+,反应原理：,第四节 溶氧系数及其测定,(Chemical Sulfide Method),Na2SO31mol/L，CuSO410-3mol/L开阀通气，准确记录氧化时间。试验前后
4、各移取一定量样液。以淀粉作指示剂，以标准碘液滴定至终点。, 亚硫酸盐氧化法,方法：,第四节 溶氧系数及其测定,Glossary,Dissolved Oxygen Probe 溶氧电极 Sulfide 硫化物 End point 滴定终点 Ion 离子 Copper Sulfate 硫酸铜 Titration 滴定 Flask 细口瓶 Iodine 碘 Buret 滴定管 Solution 溶液, 极谱法,自学,第四节 溶氧系数及其测定,阳极：Pb Pb2+ + 2e 阴极：2e + 1/2O2 + H2O 2OH-,原理： 溶氧电极实际上是一种电解电池，有两个电极，由银丝组成的阴极和由铅皮组成
5、的阳极。电流与氧浓度成正比。, 溶氧电极法,第四节 溶氧系数及其测定,Dissolved Oxygen Probe Method, 溶氧电极法稳态法,第四节 溶氧系数及其测定,供氧需氧供需平衡,Nv= r,发酵液中氧浓度的变化瞬值可表示为：, 溶氧电极法动态法 Dynamic Method 重点,第四节 溶氧系数及其测定,停止通气， 积分得，C = -r t+C0 恢复通气， 积分得， ,Air,Nitrogen,switch,Mass Flow controller,Flow Meter,Fermentater Sparger,DO Meter,Computer,Saturation with air & stripping with nitrogen,例：利用动态法，在纯水中测定设备的kLa值,（纯水中 r = 0）,Soluble 可溶的 Impeller 叶轮 Shaft 轴 Sparger 空气分布器 Baffle 挡板 Head plate 面板 Wobble 震动 Calibrate 校正,Glossary,
