生物反应器中的传质过程.pptVIP

（6-14）对C作图，由（3-44）式可得由从所得直线的斜率求出kLa值，并由截距得到C*。第31页，共83页，星期日，2025年，2月5日

图6-4动态法测定kLa值动态法测定kLa值第32页，共83页，星期日，2025年，2月5日式中P为空气压力，T为空气温度，其余符号同（6-13）式。另外，，也可由溶解氧浓度的线性变化中求得。稳定状态下，（3-44）式左边为零，因此（6-15）即：耗氧速率等于供氧速率。利用氧电极测定反应液中溶解氧浓度C，kLa可由下式求出。稳定状态下，可由下式给出三、稳态法（6-16）（6-17）第33页，共83页，星期日，2025年，2月5日葡萄糖氧化法是在有氧条件下，利用葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase）的催化作用，通过葡萄糖生成葡萄酸的反应，测定kLa的方法。利用一定浓度的氢氧化钠溶液滴定一定量反应液至中性，由氢氧化钠的消耗求出氧的溶解速度Na。式中：t——取样时间间隔；V’——滴定样品量。四、葡萄糖氧化法（6-18）kLa值可由下式给出：（6-19）式中：C——溶氧仪给出的溶解氧浓度值。第34页，共83页，星期日，2025年，2月5日影响kLa的因素可分为三部分：操作变量：包括温度、压力、通风量、转速（搅拌功率）等；反应液的理化性质：包括反应液的粘度、表面张力、氧的溶解度、反应液的组成成分、反应液的流动状态、发酵类型等；反应器的结构：指反应器的类型、反应器各部分尺寸的比例、空气分布器的形式等。6.3.2影响kLa的因素第35页，共83页，星期日，2025年，2月5日1、通风与搅拌由双膜理论可知，kL是液相扩散系数DL和滞流层厚度δ的函数。实验表明，在不同尺寸的搅拌罐中，kL与(P/VL)0.26成正比，即kL与罐的大小无关。对于高湍流鼓泡式反应器，可利用下式估算kL。DL——扩散系数；ρ——液体的密度；γ——液体的运动粘度；K——系数；VL——反应器内反应液的体积；P——功率消耗。一、操作变量（6-20）第36页，共83页，星期日，2025年，2月5日反应器中气泡流动方式分为两类：一类是气泡自由上升，如在鼓泡罐、塔式反应器、气升式反应器和工业中常用的搅拌罐等中；另一类呈高湍流型，主要是实验室中使用的反应器及小型搅拌罐中。大型发酵罐归为前一类，这是因为虽然在搅拌桨附近液体呈高湍流状态，但对反应器整体的传质，湍流影响并不大。第37页，共83页，星期日，2025年，2月5日式中：dB——气泡的直径ρ——液体的密度σ——气液间表面张力g——重力加速度对于鼓泡式反应器的kL关联式有：（6-21）第38页，共83页，星期日，2025年，2月5日a的大小取决于所设计的空气分布器、空气流动速率、反应器的体积、空气泡的直径等。如果由空气分布器出口流出的空气流动速率为Fa，气泡在发酵罐中的停留时间为t，气泡平均直径为dB，那么a可由下式给出：（6-22）第39页，共83页，星期日，2025年，2月5日由于Fat/VL是单位液体体积与所对应气泡体积之比，也是通气后液柱的增高值与不通气时液柱高度之比，即气体的滞留量H0，所以式中dB的定义式为式中：ni——直径为dBi的气泡的数目当反应器中气泡的大小呈高斯分布，且kL随气泡直径的增大呈线性增加时，由式（6-22）定义的a和与dB相关的kL之乘积，能够给出反应器的kLa的估算值，其误差不超过2~3%。（6-23）（6-24）第40页，共83页，星期日，2025年，2月5日式中wB为气泡上升速度。H0与wB成反比，即H0∝1/wB或H0∝1/dB2，因此低雷诺数条件下，气泡的运动服从Stokes定律，此时，气液间比表面积与气泡直径的三次方成反比，基于此，采用强烈搅拌操作，是为减小dB，从而增大a值。（6-26）（6-25）第41页，共83页，星期日，2025年，2月5日式中：d0——分布器出口小孔孔径；——液体密度。——气体的密度dB与通气量Qg、液体性质等有关。通气量小时，空气通过小孔在液体中形成不连续的气泡。此时，气泡的大小可利用离开分布器的气