张嗣同发酵工程第六章氧的供需及对发酵的影响.ppt
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1、溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。在发酵过程中有多方面的限制因素,而溶氧往往是最易成为控制因素。,在28氧在发酵液中的100的空气饱和浓度只有0.25 mmol.L-1左右,比糖的溶解度小7000倍。在对数生长期即使发酵液中的溶氧能达到100空气饱和度,若此时中止供氧,发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗竭,使溶氧成为限制因素。,第六章 氧的供需及对发酵的影响,第一节 微生物对氧的需求,一、描述微生物需氧的物理量,比耗氧速度或呼吸强度(QO2):单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气,mmol O2g菌-1h-1,摄氧率(r):单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。mmol O2L-1h-1
2、。,r= QO2 .X,二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响,CCr,QO2,CL,CCr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。,一般对于微生物: CCr: 115%饱和浓度,例:酵母 4.6*10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉 2.2*10-2 mmol.L-1, 8.8%,定义:氧饱和度发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度,所以对于微生物生长,只要控制发酵过程中氧饱和度1.,问题:一般微生物的临界溶氧浓度很小,是不是发酵过程中氧很容易满足。,例:以微生物的摄氧率0.052 mmol O2L-1S-1 计, 0.25/0.052=4.8秒,注意:由于产物的形成和菌
3、体最适的生长条件,常常不一样:,头孢菌素 卷须霉素 生长 5% (相对于饱和浓度) 13% 产物 13% 8%,三、影响需氧的因素,r= QO2 .X,菌体浓度,QO2,遗传因素,菌龄,营养的成分与浓度,有害物质的积累,培养条件,第二节 反应器中氧的传递,一、发酵液中氧的传递方程,C,Ci,P,Pi,气膜,液膜,N:传氧速率 kmol/m2.h kg: 气膜传质系数 kmol/m2.h.atm Kl: 液膜传质系数 m/h,C*P/H, 与气相中氧分压相平衡的液体中氧的浓度,Kl: 以氧浓度为推动力的总传递系数 (m/h),再令:单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为 a (m2/m3),Nv
4、:体积传氧速率 kmol/m3.h Kla: 以(C*-C)为推动力的体积溶氧系数 h-1,二、发酵液中氧的平衡,发酵液中供氧和需氧始终处于一个动态的平衡中,传递:,消耗:,r= QO2 .X,氧的平衡最终反映在发酵液中氧的浓度上面,三、供氧的调节,C有一定的工艺要求,所以可以通过Kla 和C*来调节 其中C*P/H,Nv,H,P,Kla,第六章 氧的供需及对发酵的影响,调节Kla是最常用的方法,kla反映了设备的供氧能力,一般来讲大罐比小罐要好。,45升 1吨 10吨 搅拌速度 250 rpm 120 120 供氧速率 7.6 10.7 20.1,第三节 影响Kla的因素,Kla反映了设备的
5、供氧能力,发酵常用的设备为摇瓶与发酵罐。,一、影响摇瓶kla的因素,为装液量和摇瓶机的种类,摇瓶机,往复,频率80-120分/次,振幅8cm,旋转,偏心距25、12,转述250rpm,装液量,一般取1/10左右: 250ml 15-25 ml 500ml 30 ml 750ml 80 ml,例: 500 ml 摇瓶中生产蛋白酶,考察装液量对酶活的影响 装液量 30 ml 60ml 90ml 120ml 酶活力 713 734 253 92,二、影响发酵罐中Kla的因素,已知在通风发酵罐中,全挡板条件下:,1、理论上分析,KLa,n,d,通气量,提高搅拌,调节kla的效果显著,例 某一产品的发酵
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