生化工程_刘晓兰_通气与搅拌1.pptVIP

生化工程 Biochemical Engineering  第四章 通气与搅拌 第一节 细胞对氧的需求(Oxygen demand and respiration) 第二节 培养过程中的氧传递和速率 第三节 氧传递速率与细胞呼吸的关系 第四节 Kla的测定(Kla – measurement) 第五节 反应器搅拌轴功率的计算 第六节 Kla与设备参数及操作变数之间的关系式 第七节 反应器中的Kla与其调节 Introduction 搅拌的作用： （1） 混合均匀(需功率小)， （2）打碎气泡 ，有助溶氧（需功率大）。 实例： 醪液浓度 啤酒发酵：较小，产生的二氧化碳使发酵液循环。 乳酸发酵：高， 40~60rpm 柠檬酸发酵 ：较高，110-120 rpm 所以，对好氧培养系统，除了均匀混合需要搅拌之外，搅拌的作用是强化溶氧。 氧在水中的溶解度很低，培养液溶氧浓度更低，所以搅拌的更重要功能在于: 打碎气泡， 增加气液接触面积，提高传氧效率。 The oxygen demand of an industrial process is generally satisfied by aeration and agitation. Productivity is limited by oxygen availability and therefore it is important to the factors that affect a fermenters efficiency in supplying O2 本章的内容是讨论有关溶氧和搅拌之间的问题，目的是做到既满足细胞对氧的需求，又能尽量降低能量消耗。 This lecture considers the O2 requirement, quantification of O2 transfer and factors influencing the transfer of O2 into solution. 4-1 细胞对氧的需求  Oxygen demand and respiration 好氧细胞:通过呼吸链获得能量(供细胞的生长 代谢使用), 需要有分子态的氧作为呼吸链末端的电子受体;此外，氧还直接参与一些生物反应，对于这些细胞，供氧不足就会抑制细胞的生长代谢。 兼性厌氧微生物:如酵母菌和乳酸菌，在无氧条件下通过酵解来获得能量。 绝对厌氧微生物：其它代谢途径获得能量，氧是一种有害物质。 4.1.1 Stoichiometry(化学计量学) of respiration Solubility of Oxygen Both components oxygen and glucose must be in solution before they become available to microorganisms Oxygen is 6000 times less soluble in water than glucose A saturated oxygen solution contains only10mg dm-3 of oxygen Impossible to add enough oxygen to a microbial culture to satisfy needs for complete respiration Oxygen must be added during growth at a sufficient rate to satisfy requirements Comparision of conc. and uptake rates for glucose and oxygen by yeast Problems encountered in oxygen transport can be illustrated by comparing transport of glucose vs oxygen; 1% Sugar (glucose) Broth O2 sat @ 25oC Conc. in bulk broth 10,000 ppm approx. 7 ppm Critical conc 100 ppm 0.8 ppm (growth stops) Rate of demand 2.8 mmoles/ g cells /h 7.7 mmoles/ g cells /h The Oxygen requirements of in