四川轻化工大学(四川理工学院):《微生物工程工艺原理》课程教学课件(PPT讲稿)发酵供氧

第六章 发 酵 供 氧
第六章 发 酵 供 氧

第一节 微生物的需氧和溶解氧的控制 一、供氧与微生物呼吸代谢产物的关系 呼吸强度:QO2(mmol O2/g干菌体·h) • 耗氧速率:r (mmol O2/L·h) O2 r Q X = •
第一节 微生物的需氧和溶解氧的控制 一、供氧与微生物呼吸代谢产物的关系 呼吸强度:QO2(mmol O2/g干菌体·h) • 耗氧速率:r (mmol O2/L·h) O2 r Q X = •

二、微生物的临界氧浓度(C临界) 菌体进行某种生理活动时,对发酵液中 溶氧浓度的最低要求;不同菌种、同种 菌在不同生理期具有不同的C临界值; 三、发酵过程溶解氧的变化 四、溶解氧控制的意义
二、微生物的临界氧浓度(C临界) 菌体进行某种生理活动时,对发酵液中 溶氧浓度的最低要求;不同菌种、同种 菌在不同生理期具有不同的C临界值; 三、发酵过程溶解氧的变化 四、溶解氧控制的意义

第二节 传质理论 • 一、氧的传递途径与传质阻力 • 分为供氧和耗氧 • 供氧:空气中的氧从空气泡里通过气膜、 气液界面和液膜扩散到液体主流中。 • 耗氧:氧分子自液体主流通过液膜、菌 丝丛、细胞膜扩散到细胞内
第二节 传质理论 • 一、氧的传递途径与传质阻力 • 分为供氧和耗氧 • 供氧:空气中的氧从空气泡里通过气膜、 气液界面和液膜扩散到液体主流中。 • 耗氧:氧分子自液体主流通过液膜、菌 丝丛、细胞膜扩散到细胞内

1.传递途径 O2 气膜 气液界面 细胞膜 菌丝团 发酵液 液膜O 2 O 2 细胞 液膜
1.传递途径 O2 气膜 气液界面 细胞膜 菌丝团 发酵液 液膜O 2 O 2 细胞 液膜

2.供氧方面的阻力 : 1 1 k : 1 2 k : 1 3 k : 1 4 k 气膜; 气液界面; 液膜; 发酵液 是该过程的主要阻力 3.耗氧方面的阻力 : 1 6 k : 1 8 k : 1 5 k 6 7 k , k : 1 7 k 胞外液膜; 菌丝丛; 细胞膜; 胞内传递; 是该过程的主要的耗氧阻力 3 1 k
2.供氧方面的阻力 : 1 1 k : 1 2 k : 1 3 k : 1 4 k 气膜; 气液界面; 液膜; 发酵液 是该过程的主要阻力 3.耗氧方面的阻力 : 1 6 k : 1 8 k : 1 5 k 6 7 k , k : 1 7 k 胞外液膜; 菌丝丛; 细胞膜; 胞内传递; 是该过程的主要的耗氧阻力 3 1 k

二、气体溶解过程:双膜理论 气—液界面 气膜动力:P-Pi 液膜动力:Ci -CL 阻力:1/kG 阻力:1/kL 气体扩散方向 气 膜 液 膜 Ci CL 空气 泡PO2 P Pi 发 酵 液
二、气体溶解过程:双膜理论 气—液界面 气膜动力:P-Pi 液膜动力:Ci -CL 阻力:1/kG 阻力:1/kL 气体扩散方向 气 膜 液 膜 Ci CL 空气 泡PO2 P Pi 发 酵 液

L i L G i A k C C k P P N 1 1 − = − = = 阻力 推动力 ( ) ( ) G i L Ci CL = k P − P = k − ( ) ( ) * * N K p p K c c A G L L = − = − NA:氧传递速率;p,pi气相中和气、液界面处氧的 分压;CL,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; KG:以氧分压差为推动力的总传质系数;KL:以氧 浓度差为推动力的总传质系数;p*:与液相中氧浓度 c相平衡时的氧分压; C*:与气相中氧分压p达平衡 的氧的溶解度; 上式使用不便,改用总传质系数、总推动力表示:
L i L G i A k C C k P P N 1 1 − = − = = 阻力 推动力 ( ) ( ) G i L Ci CL = k P − P = k − ( ) ( ) * * N K p p K c c A G L L = − = − NA:氧传递速率;p,pi气相中和气、液界面处氧的 分压;CL,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; KG:以氧分压差为推动力的总传质系数;KL:以氧 浓度差为推动力的总传质系数;p*:与液相中氧浓度 c相平衡时的氧分压; C*:与气相中氧分压p达平衡 的氧的溶解度; 上式使用不便,改用总传质系数、总推动力表示:

G NA p p k * 1 − = ( ) A i L A i A i A i N H c c N p p N p p N p p − + − = − + − = * 根据亨氏定律,有: = = = i i l p Hc p Hc p Hc 则NA的表达式可以写为: A i L A L i G N c c N k p p k − = − = 1 1 因为: , G G k L H K k = + 1 1 所以:
G NA p p k * 1 − = ( ) A i L A i A i A i N H c c N p p N p p N p p − + − = − + − = * 根据亨氏定律,有: = = = i i l p Hc p Hc p Hc 则NA的表达式可以写为: A i L A L i G N c c N k p p k − = − = 1 1 因为: , G G k L H K k = + 1 1 所以:

KG kG L G L K H k k 1 1 1 + = L L K k 对易溶气体来讲: 对难溶气体来讲: 同样的方法可得出KL的表达式:
KG kG L G L K H k k 1 1 1 + = L L K k 对易溶气体来讲: 对难溶气体来讲: 同样的方法可得出KL的表达式:
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