生物反應(yīng)器中的物質(zhì)傳遞.ppt

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1、第七章生物反應(yīng)器中的物質(zhì)傳遞微生物反應(yīng)過程傳質(zhì)的幾種水平胞內(nèi)傳質(zhì)細(xì)胞膜－胞外傳質(zhì)超細(xì)胞傳質(zhì)對于需氧的微生物反應(yīng)，還存在一個氧從氣相通過擴(kuò)散進(jìn)入液相，進(jìn)而又經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入絮凝體內(nèi)部供給細(xì)胞進(jìn)行呼吸的傳遞過程氧在傳遞過程中存在的傳遞阻力①氧從氣相主體擴(kuò)散到氣－液界面的阻力②通過氣－液界面的阻力③通過氣泡外測的滯流液膜，到達(dá)液相主體的阻力④液相主體中的傳遞阻力⑤通過細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)外的滯流液膜，到達(dá)細(xì)胞團(tuán)與液體界面的阻力⑥通過液體與細(xì)胞團(tuán)之間界面的阻力⑦細(xì)胞團(tuán)內(nèi)在細(xì)胞與細(xì)胞之間的介質(zhì)中的擴(kuò)散阻力⑧進(jìn)入細(xì)胞的阻力①～④項屬供氧方面的阻力；⑤～⑧項為耗氧方

2、面的阻力。當(dāng)單個細(xì)胞以游離狀態(tài)懸浮于液體中時第⑦項阻力消失§1.微生物的氧消耗速度與氧的需求溶解氧氣相中氧分壓的影響服從亨利定律（Henry′slaw）氧的消耗速度氧比消耗速度（呼吸速度）的關(guān)系式為如果如果碳源消耗于菌體、水和CO2外，不生成代謝產(chǎn)物，則因此氧消耗速度為§2.氣體吸收氣體吸收是氣相成分單向往液相擴(kuò)散溶解的物質(zhì)傳遞過程。物質(zhì)傳遞速度的機(jī)理，主要模型有根據(jù)Whiteman建議的穩(wěn)定模型（1923年提出）與Higbie提供的不穩(wěn)定模型（1935年提出），前者以雙膜學(xué)說（two-filmtheory）。穩(wěn)定模型三種假定：1.在氣、

3、液兩相的主流內(nèi)，溶解氣體主要通過對流傳遞，可是沿著氣液界面的氣、液兩側(cè)各存在著層流薄膜，溶質(zhì)氣體只靠分子擴(kuò)散在兩界膜內(nèi)移動。2．溶解氣體在兩界膜內(nèi)的濃度分布與時間無關(guān)（穩(wěn)定狀態(tài)）。3．在界面處，氣相中的分壓與液相中的濃度之間常常達(dá)到平衡，在那里完全不存在物質(zhì)傳遞的阻力。通過氣膜的傳氧推動力為，繼續(xù)通過液膜時推動力為。在穩(wěn)定傳質(zhì)過程中，通過兩膜的傳氧速率應(yīng)相等.此pi式中和ci均無法測量，故此式無實用價值。為了實用，應(yīng)將不可測量的參數(shù)改寫成與之有函數(shù)關(guān)系并且可以測量的其它參數(shù)。用總傳質(zhì)系數(shù)代替分傳質(zhì)系數(shù)，用總的傳質(zhì)推動力代替分推動力，把上式

4、改寫為：總傳質(zhì)系數(shù)分別與膜傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系為對于氧的難溶于水來說，H很小，氣膜傳遞阻力與液膜傳遞阻力相比可忽略，即，因此不穩(wěn)定模型這個模型是指氣體不穩(wěn)定地被吸收到不紊亂的液體（即靜止或?qū)恿髁鲃拥囊后w）中的情況。如果含有某一溶解氣體的氣相與某液體相接觸時，則液側(cè)界面近傍的濃度分布隨時間變化，不成為穩(wěn)定狀態(tài)。若只考慮不穩(wěn)定分子擴(kuò)散的吸收，則在時間內(nèi)平均吸收速率可用下式表示：影響的因子需氧微生物反應(yīng)器的性能，用體積系數(shù)表示，體積系數(shù)高的設(shè)備性能好體積溶氧系數(shù)的測定方法①亞硫酸鹽氧化法②極譜法③氧的物料衡算法④溶氧電極法應(yīng)用溶氧電極測定通氣攪拌系統(tǒng)

5、的體積傳氧系數(shù)為溶解氧積累測定的三個用途1．對生物反應(yīng)器的傳氧性能進(jìn)行測定，以便選擇最佳條件進(jìn)行操作，并對其進(jìn)行評價。2．對發(fā)酵過程傳氧性情況進(jìn)行了解，以便判斷發(fā)酵過程的供氧情況。3．為通風(fēng)罐的研究過程找出設(shè)備參數(shù)（如），操作變數(shù)（如N－攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)Q－通風(fēng)量）與的關(guān)系，以便進(jìn)行運用發(fā)酵罐的放大和合理設(shè)計。