生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程課件

生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程

主要內(nèi)容

生物反應(yīng)體系的流變學(xué)特性氧的傳質(zhì)反應(yīng)模型kLa的測(cè)定方法及其影響因素生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程

主要內(nèi)容

生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程2生物反應(yīng)體系的流變學(xué)特性流變學(xué)（Rheology）是研究物質(zhì)在力作用下形變和流動(dòng)的科學(xué)流變特性影響發(fā)酵液混合的程度及其傳質(zhì)、傳熱的速率發(fā)酵液是由固、液、氣構(gòu)成的多相體系，存在不同相間傳質(zhì)、傳熱過(guò)程

生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程生物反應(yīng)體系的流變學(xué)特性流變學(xué)（Rheology）是研究物3

粘度對(duì)不同過(guò)程的影響生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程粘度對(duì)不同過(guò)程的影響生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程4流體的流變學(xué)特性剪切力(τ)：?jiǎn)挝涣黧w面積上的內(nèi)摩擦力τ=F/A剪切速率(γ)(速度梯度或切變率)γ=du/dy表觀粘度

yu+duFdyuuAyu+duFdy基本概念生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程流體的流變學(xué)特性yu+duFdyuuAyu+duFd5流變性方程當(dāng)給定的流體在外加剪切力τ的作用下，一定產(chǎn)生相應(yīng)的剪切速率，兩者之間的關(guān)系為該流體在給定溫度和壓力下的流變特性：

K稠密度指數(shù)，或稱指數(shù)律系數(shù)Pa·s0為屈服應(yīng)力Pan流變性指數(shù)，或稱指數(shù)律的方次生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程流變性方程當(dāng)給定的流體在外加剪切力τ的作用下，一定6流變特性分類根據(jù)流動(dòng)狀態(tài)方程中的有無(wú)0和n的取值范圍，流變特性分如下幾類牛頓流體非牛頓流體

假塑型流體(Pseudoplastic)膨脹型流體(Dilatant)平漢塑型流體(Bingham)凱松塑型流體(Casson)生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程流變特性分類根據(jù)流動(dòng)狀態(tài)方程中的有無(wú)0和n的取值范圍，流變7牛頓型假塑型膨脹型平漢塑型凱松塑型生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程牛頓型假塑型膨脹型平漢塑型凱松塑型生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程8微生物培養(yǎng)液的流變學(xué)特性細(xì)胞濃度

發(fā)酵液細(xì)胞濃度低，且形態(tài)是球形（如細(xì)菌、酵母等），屬牛頓流體細(xì)胞形態(tài)絲狀菌懸浮液菌呈絲狀或團(tuán)狀胞外產(chǎn)物如多糖發(fā)酵體系生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程微生物培養(yǎng)液的流變學(xué)特性細(xì)胞濃度生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程9常見(jiàn)培養(yǎng)液的流變學(xué)特性產(chǎn)物微生物發(fā)酵液流變特性制霉菌素青霉素青霉素青霉素鏈霉素新生霉素卡那霉素曲古霉素曲古霉素非洛霉素諾爾斯氏鏈霉菌產(chǎn)黃青霉菌產(chǎn)黃青霉菌產(chǎn)黃青霉菌灰色鏈霉菌雪白鏈霉菌卡那霉素菌卡那霉素鏈霉菌卡那霉素鏈霉菌卡那霉素鏈霉菌牛頓性流體假塑性流體塑性流體脹塑性流體塑性流體塑性流體假塑性流體塑性流體假塑性流體假塑性流體生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程常見(jiàn)培養(yǎng)液的流變學(xué)特性產(chǎn)物微生物發(fā)酵液流變特性制霉菌素諾爾斯10氧的傳遞特性氧的傳遞過(guò)程

液相氣相氣膜液膜生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程氧的傳遞特性氧的傳遞過(guò)程液相氣相液膜生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程11氧從氣泡到細(xì)胞中傳遞過(guò)程示意圖氣膜阻力1/k1;氣液界面阻力1/k2;液膜阻力1/k3;反應(yīng)液阻力1/k4細(xì)胞外液膜阻力1/k5;液體與細(xì)胞之間界面的阻力1/k6;細(xì)胞之間介質(zhì)的阻力1/k7;細(xì)胞內(nèi)部傳質(zhì)的阻力1/k8生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程氧從氣泡到細(xì)胞中傳遞過(guò)程示意圖氣膜阻力1/k1;氣液界面阻12若總阻力計(jì)為R，則，式中Ri為i階段的分阻力。穩(wěn)態(tài)時(shí)，各階段的氧傳遞速率N為一定，則

式中為各階段的溶解氧濃度差。生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程若總阻力計(jì)為R，則，式中Ri為i階段的分阻力。

式中為各階段13氧的傳遞模型

停滯膜模型（雙膜理論two-filmtheory）：氣膜和液膜在任何流體動(dòng)力學(xué)條件下，均呈滯流狀態(tài)。界面上不存在氧傳遞阻力。在兩膜以外的氣液兩相的主流中，由于流體充分流動(dòng)，氧的濃度基本上是均勻的，也就是無(wú)任何傳質(zhì)阻力。生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程氧的傳遞模型停滯膜模型（雙膜理論two-filmthe14PCPiCi液相主流氣液膜膜氣相主流傳氧方向氣液界面附近氧傳遞的雙膜理論模型

N：傳氧速率(kmol/m2.h)kg：氣膜傳質(zhì)系數(shù)[kmol/(m2.h.atm)]kL：液膜傳質(zhì)系數(shù)(m/h)P*為與液相主流中溶氧濃度C相平衡的氧的分壓強(qiáng)(atm)C*為與氣相主流中氧的分壓強(qiáng)相平衡的氧的濃度(kmol/m3)KG：以氧的分壓差為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)[kmol/(m2.h.atm)]KL：以氧的濃度差為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)(m/h)生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程PCPiCi液氣液氣傳氧方向氣液界面附近氧傳遞的雙膜理論15氧氣H值很大，因此kL≈KL亨利定律：C*=P/H或P*=HCH為亨利常數(shù)，隨氣體及溶劑及溫度而異，它表示氣體溶于溶劑的難易。

a——單位體積反應(yīng)液中氣液比表面積Na——單位體積反應(yīng)液中氧的傳質(zhì)速率mol/m3s；kLa——體積傳質(zhì)系數(shù)s-1生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程氧氣H值很大，因此kL≈KL亨利定律：C*=P/H或P*=H16細(xì)胞膜內(nèi)的傳質(zhì)過(guò)程營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜的傳遞形式主要有：被動(dòng)傳遞（又稱單純擴(kuò)散）主動(dòng)傳遞（又稱主動(dòng)運(yùn)輸）促進(jìn)傳遞（又稱促進(jìn)擴(kuò)散）生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程細(xì)胞膜內(nèi)的傳質(zhì)過(guò)程營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜的傳遞形式主要有：生物反17一種溶解物從濃度C1一邊轉(zhuǎn)送到濃度C2一邊時(shí)，有以下規(guī)則：自由能的變化△G為：式中，RG和T分別為氣體常數(shù)和絕對(duì)溫度生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程一種溶解物從濃度C1一邊轉(zhuǎn)送到濃度C18Cu2+kLa的測(cè)定方法及其影響因素

7.3.1kLa的測(cè)定方法亞硫酸鹽法2Na2SO3+O22Na2SO4Na2SO3+I2+H2ONa2SO4+2HII2+2Na2S2O3Na2S4O6+2NaI生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程Cu2+kLa的測(cè)定方法及其影響因素7.3.1kLa的19t：兩次取樣時(shí)間間隔V0：取樣分析液體積

將測(cè)得得反應(yīng)液中殘留的Na2SO3濃度與取樣時(shí)間作圖，由Na2SO3消耗曲線的斜率求出優(yōu)點(diǎn):不需專用的儀器，適用于搖瓶及小型試驗(yàn)設(shè)備中kLa的測(cè)定。缺點(diǎn)：測(cè)定的是亞硫酸鈉溶液的體積溶氧系數(shù)kLa，而不是真實(shí)的發(fā)酵液中的kLa。生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程將測(cè)得得反應(yīng)液中殘留的Na2SO3濃度與取樣時(shí)間作圖，由Na20動(dòng)態(tài)法先提高發(fā)酵液中溶氧濃度，使其遠(yuǎn)高于臨界溶氧濃度處，穩(wěn)定后停止通氣而繼續(xù)攪拌，此時(shí)溶氧濃度直線下降，待溶氧濃度降至Ccrit之前，恢復(fù)供氣，發(fā)酵液中溶氧即開(kāi)始上升。在這種條件下，并不影響微生物生長(zhǎng)。而且由于時(shí)間較短。生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程動(dòng)態(tài)法生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程21通風(fēng)培養(yǎng)液中氧的物料衡算：當(dāng)停止通風(fēng)，有：從所得直線的斜率求出kLa值，并由截距得到C*對(duì)C作圖，由生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程通風(fēng)培養(yǎng)液中氧的物料衡算：當(dāng)停止通風(fēng)，有：從所得直線的斜率求22用溶氧電極測(cè)定整個(gè)過(guò)程的溶解氧濃度C。在停氣階段，C的降低與t成線性關(guān)系，直線的斜率?；謴?fù)通氣后，C逐漸回升，在恢復(fù)的過(guò)渡階段內(nèi)，C對(duì)為一直線，直線斜率。由此可計(jì)算出kLa。優(yōu)點(diǎn)：只需要單一的溶氧電極，可以測(cè)得實(shí)際發(fā)酵系統(tǒng)中的kLa值生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程用溶氧電極測(cè)定整個(gè)過(guò)程的溶解氧濃度C。在停氣階段，C的降低與23穩(wěn)態(tài)法（氧衡算法）連續(xù)操作，穩(wěn)定狀態(tài)下，dC/dt=0生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程穩(wěn)態(tài)法（氧衡算法）連續(xù)操作，穩(wěn)定狀態(tài)下，dC/dt=0生物反24葡萄糖氧化法

有氧條件下，利用葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase）的催化作用，通過(guò)葡萄糖生成葡萄酸的反應(yīng)，測(cè)定kLa的方法。利用一定濃度的氫氧化鈉溶液滴定一定量反應(yīng)液至中性，由氫氧化鈉的消耗求出氧的溶解速度Na。t——取樣時(shí)間間隔；V’——滴定樣品量C為溶氧儀給出的溶解氧濃度值生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程葡萄糖氧化法t——取樣時(shí)間間隔；V’——滴定樣品量C為溶氧257.3.2kLa的影響因素操作變量

溫度、壓力、通風(fēng)量、轉(zhuǎn)速（攪拌功率）等反應(yīng)液的理化性質(zhì)

反應(yīng)液的粘度、表面張力、氧的溶解度、反應(yīng)液的組成成分、反應(yīng)液的流動(dòng)狀態(tài)、發(fā)酵類型等反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)

指反應(yīng)器的類型、反應(yīng)器各部分尺寸的比例、空氣分布器的形式等生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程7.3.2kLa的影響因素操作變量生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程26操作變量通風(fēng)與攪拌

增加攪拌轉(zhuǎn)速N，以提高Pg，可有效提高kLa。

增大通氣量Q，以提高ωS。在原通氣量較低時(shí)，提高Q可以顯著提高kLa。但當(dāng)Q原已很高時(shí)，進(jìn)一步提高Q，Pg將隨之降低，其綜合效果將不會(huì)使kLa有明顯提高，甚至可能降低。有的調(diào)節(jié)措施是將兩者結(jié)合起來(lái)。

生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程操作變量通風(fēng)與攪拌生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程27溫度與壓力

溫度影響氧的溶解度，同時(shí)也影響了液體的物性常數(shù)。溫度升高，降低液體的粘度與表面張力，增加氧在液相中的擴(kuò)散系數(shù)，有利于提高溶氧速率。生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程溫度與壓力生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程28反應(yīng)液的理化性質(zhì)流變學(xué)性質(zhì)細(xì)胞濃度和形態(tài)其它表面活性劑離子強(qiáng)度生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程反應(yīng)液的理化性質(zhì)流變學(xué)性質(zhì)生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程29反應(yīng)器結(jié)構(gòu)因素的影響攪拌器:攪拌器組數(shù)和攪拌器直徑的最適距離對(duì)溶氧有一定的影響擋板：帶有攪拌裝置的反應(yīng)器都應(yīng)安裝適當(dāng)?shù)膿醢澹蛞源怪崩鋮s管作為擋板，否則攪拌會(huì)使液體形成中心下降的漩渦。高徑比:當(dāng)空氣流量和單位體積的功率消耗不變時(shí)，通氣效率隨高徑比的增大而增大。其它生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程反應(yīng)器結(jié)構(gòu)因素的影響攪拌器:攪拌器組數(shù)和攪拌器直徑的最適距離30提高kLa和Na的措施增加攪拌轉(zhuǎn)速N增大通氣量Q提高C*，通入純氧，或在可能的條件下提高罐內(nèi)操作壓力重復(fù)地放出一部分發(fā)酵液，補(bǔ)充新鮮來(lái)菌的等體積培養(yǎng)基，這樣可以降低發(fā)酵液粘度，使kLa大幅度回升。選擇適當(dāng)?shù)难踺d體，能夠明顯地提高反應(yīng)器的kLa。

常用正十二烷生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程提高kLa和Na的措施增加攪拌轉(zhuǎn)速N生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程31微生物反應(yīng)過(guò)程中氧比消耗速率和溶解氧濃度間的關(guān)系可以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。從數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)[DO]在某一值以上時(shí),[DO]隨時(shí)間線性減少，其氧比消耗速率與[DO]無(wú)關(guān)，為一常數(shù)；當(dāng)[DO]在某一值以下時(shí)，與[DO]有一定關(guān)系，隨[DO]的減少，兩者呈雙曲線關(guān)系。這一值，我們稱為臨界溶解氧濃度，記為[DO]crit。7.4發(fā)酵系統(tǒng)中耗氧

與供氧的動(dòng)態(tài)關(guān)系生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程7.4發(fā)酵系統(tǒng)中耗氧

32生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程

主要內(nèi)容

生物反應(yīng)體系的流變學(xué)特性氧的傳質(zhì)反應(yīng)模型kLa的測(cè)定方法及其影響因素生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程

主要內(nèi)容

生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程34生物反應(yīng)體系的流變學(xué)特性流變學(xué)（Rheology）是研究物質(zhì)在力作用下形變和流動(dòng)的科學(xué)流變特性影響發(fā)酵液混合的程度及其傳質(zhì)、傳熱的速率發(fā)酵液是由固、液、氣構(gòu)成的多相體系，存在不同相間傳質(zhì)、傳熱過(guò)程

生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程生物反應(yīng)體系的流變學(xué)特性流變學(xué)（Rheology）是研究物35

粘度對(duì)不同過(guò)程的影響生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程粘度對(duì)不同過(guò)程的影響生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程36流體的流變學(xué)特性剪切力(τ)：?jiǎn)挝涣黧w面積上的內(nèi)摩擦力τ=F/A剪切速率(γ)(速度梯度或切變率)γ=du/dy表觀粘度

yu+duFdyuuAyu+duFdy基本概念生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程流體的流變學(xué)特性yu+duFdyuuAyu+duFd37流變性方程當(dāng)給定的流體在外加剪切力τ的作用下，一定產(chǎn)生相應(yīng)的剪切速率，兩者之間的關(guān)系為該流體在給定溫度和壓力下的流變特性：

K稠密度指數(shù)，或稱指數(shù)律系數(shù)Pa·s0為屈服應(yīng)力Pan流變性指數(shù)，或稱指數(shù)律的方次生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程流變性方程當(dāng)給定的流體在外加剪切力τ的作用下，一定38流變特性分類根據(jù)流動(dòng)狀態(tài)方程中的有無(wú)0和n的取值范圍，流變特性分如下幾類牛頓流體非牛頓流體

假塑型流體(Pseudoplastic)膨脹型流體(Dilatant)平漢塑型流體(Bingham)凱松塑型流體(Casson)生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程流變特性分類根據(jù)流動(dòng)狀態(tài)方程中的有無(wú)0和n的取值范圍，流變39牛頓型假塑型膨脹型平漢塑型凱松塑型生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程牛頓型假塑型膨脹型平漢塑型凱松塑型生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程40微生物培養(yǎng)液的流變學(xué)特性細(xì)胞濃度

發(fā)酵液細(xì)胞濃度低，且形態(tài)是球形（如細(xì)菌、酵母等），屬牛頓流體細(xì)胞形態(tài)絲狀菌懸浮液菌呈絲狀或團(tuán)狀胞外產(chǎn)物如多糖發(fā)酵體系生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程微生物培養(yǎng)液的流變學(xué)特性細(xì)胞濃度生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程41常見(jiàn)培養(yǎng)液的流變學(xué)特性產(chǎn)物微生物發(fā)酵液流變特性制霉菌素青霉素青霉素青霉素鏈霉素新生霉素卡那霉素曲古霉素曲古霉素非洛霉素諾爾斯氏鏈霉菌產(chǎn)黃青霉菌產(chǎn)黃青霉菌產(chǎn)黃青霉菌灰色鏈霉菌雪白鏈霉菌卡那霉素菌卡那霉素鏈霉菌卡那霉素鏈霉菌卡那霉素鏈霉菌牛頓性流體假塑性流體塑性流體脹塑性流體塑性流體塑性流體假塑性流體塑性流體假塑性流體假塑性流體生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程常見(jiàn)培養(yǎng)液的流變學(xué)特性產(chǎn)物微生物發(fā)酵液流變特性制霉菌素諾爾斯42氧的傳遞特性氧的傳遞過(guò)程

液相氣相氣膜液膜生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程氧的傳遞特性氧的傳遞過(guò)程液相氣相液膜生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程43氧從氣泡到細(xì)胞中傳遞過(guò)程示意圖氣膜阻力1/k1;氣液界面阻力1/k2;液膜阻力1/k3;反應(yīng)液阻力1/k4細(xì)胞外液膜阻力1/k5;液體與細(xì)胞之間界面的阻力1/k6;細(xì)胞之間介質(zhì)的阻力1/k7;細(xì)胞內(nèi)部傳質(zhì)的阻力1/k8生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程氧從氣泡到細(xì)胞中傳遞過(guò)程示意圖氣膜阻力1/k1;氣液界面阻44若總阻力計(jì)為R，則，式中Ri為i階段的分阻力。穩(wěn)態(tài)時(shí)，各階段的氧傳遞速率N為一定，則

式中為各階段的溶解氧濃度差。生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程若總阻力計(jì)為R，則，式中Ri為i階段的分阻力。

式中為各階段45氧的傳遞模型

停滯膜模型（雙膜理論two-filmtheory）：氣膜和液膜在任何流體動(dòng)力學(xué)條件下，均呈滯流狀態(tài)。界面上不存在氧傳遞阻力。在兩膜以外的氣液兩相的主流中，由于流體充分流動(dòng)，氧的濃度基本上是均勻的，也就是無(wú)任何傳質(zhì)阻力。生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程氧的傳遞模型停滯膜模型（雙膜理論two-filmthe46PCPiCi液相主流氣液膜膜氣相主流傳氧方向氣液界面附近氧傳遞的雙膜理論模型

N：傳氧速率(kmol/m2.h)kg：氣膜傳質(zhì)系數(shù)[kmol/(m2.h.atm)]kL：液膜傳質(zhì)系數(shù)(m/h)P*為與液相主流中溶氧濃度C相平衡的氧的分壓強(qiáng)(atm)C*為與氣相主流中氧的分壓強(qiáng)相平衡的氧的濃度(kmol/m3)KG：以氧的分壓差為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)[kmol/(m2.h.atm)]KL：以氧的濃度差為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)(m/h)生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程PCPiCi液氣液氣傳氧方向氣液界面附近氧傳遞的雙膜理論47氧氣H值很大，因此kL≈KL亨利定律：C*=P/H或P*=HCH為亨利常數(shù)，隨氣體及溶劑及溫度而異，它表示氣體溶于溶劑的難易。

a——單位體積反應(yīng)液中氣液比表面積Na——單位體積反應(yīng)液中氧的傳質(zhì)速率mol/m3s；kLa——體積傳質(zhì)系數(shù)s-1生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程氧氣H值很大，因此kL≈KL亨利定律：C*=P/H或P*=H48細(xì)胞膜內(nèi)的傳質(zhì)過(guò)程營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜的傳遞形式主要有：被動(dòng)傳遞（又稱單純擴(kuò)散）主動(dòng)傳遞（又稱主動(dòng)運(yùn)輸）促進(jìn)傳遞（又稱促進(jìn)擴(kuò)散）生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程細(xì)胞膜內(nèi)的傳質(zhì)過(guò)程營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜的傳遞形式主要有：生物反49一種溶解物從濃度C1一邊轉(zhuǎn)送到濃度C2一邊時(shí)，有以下規(guī)則：自由能的變化△G為：式中，RG和T分別為氣體常數(shù)和絕對(duì)溫度生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程一種溶解物從濃度C1一邊轉(zhuǎn)送到濃度C50Cu2+kLa的測(cè)定方法及其影響因素

7.3.1kLa的測(cè)定方法亞硫酸鹽法2Na2SO3+O22Na2SO4Na2SO3+I2+H2ONa2SO4+2HII2+2Na2S2O3Na2S4O6+2NaI生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程Cu2+kLa的測(cè)定方法及其影響因素7.3.1kLa的51t：兩次取樣時(shí)間間隔V0：取樣分析液體積

將測(cè)得得反應(yīng)液中殘留的Na2SO3濃度與取樣時(shí)間作圖，由Na2SO3消耗曲線的斜率求出優(yōu)點(diǎn):不需專用的儀器，適用于搖瓶及小型試驗(yàn)設(shè)備中kLa的測(cè)定。缺點(diǎn)：測(cè)定的是亞硫酸鈉溶液的體積溶氧系數(shù)kLa，而不是真實(shí)的發(fā)酵液中的kLa。生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程將測(cè)得得反應(yīng)液中殘留的Na2SO3濃度與取樣時(shí)間作圖，由Na52動(dòng)態(tài)法先提高發(fā)酵液中溶氧濃度，使其遠(yuǎn)高于臨界溶氧濃度處，穩(wěn)定后停止通氣而繼續(xù)攪拌，此時(shí)溶氧濃度直線下降，待溶氧濃度降至Ccrit之前，恢復(fù)供氣，發(fā)酵液中溶氧即開(kāi)始上升。在這種條件下，并不影響微生物生長(zhǎng)。而且由于時(shí)間較短。生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程動(dòng)態(tài)法生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程53通風(fēng)培養(yǎng)液中氧的物料衡算：當(dāng)停止通風(fēng)，有：從所得直線的斜率求出kLa值，并由截距得到C*對(duì)C作圖，由生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程通風(fēng)培養(yǎng)液中氧的物料衡算：當(dāng)停止通風(fēng)，有：從所得直線的斜率求54用溶氧電極測(cè)定整個(gè)過(guò)程的溶解氧濃度C。在停氣階段，C的降低與t成線性關(guān)系，直線的斜率。恢復(fù)通氣后，C逐漸回升，在恢復(fù)的過(guò)渡階段內(nèi)，C對(duì)為一直線，直線斜率。由此可計(jì)算出kLa。優(yōu)點(diǎn)：只需要單一的溶氧電極，可以測(cè)得實(shí)際發(fā)酵系統(tǒng)中的kLa值生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程用溶氧電極測(cè)定整個(gè)過(guò)程的溶解氧濃度C。在停氣階段，C的降低與55穩(wěn)態(tài)法（氧衡算法）連續(xù)操作，穩(wěn)定狀態(tài)下，dC/dt=0生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程穩(wěn)態(tài)法（氧衡算法）連續(xù)操作，穩(wěn)定狀態(tài)下，dC/dt=0生物反56葡萄糖氧化法

有氧條件下，利用葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase）的催化作用，通過(guò)葡萄糖生成葡萄酸的反應(yīng)，測(cè)定kLa的方法。利用一定濃度的氫氧化鈉溶液滴定一定量反應(yīng)液至中性，由氫氧化鈉的消耗求出氧的溶解速度Na。t——取樣時(shí)間間隔；V’——滴定樣品量C為溶氧儀給出的溶解氧濃度值生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程葡萄糖氧化法t——取樣時(shí)間間隔；V’——滴定樣品量C為溶氧577.3.2kLa的影響因素操作變量

溫度、壓力、通風(fēng)量、轉(zhuǎn)速（攪拌功率）等反應(yīng)液的理化性質(zhì)

反應(yīng)液的粘度、表面張力、氧的溶解度、反應(yīng)液的組成成分、反應(yīng)液的流動(dòng)狀態(tài)、發(fā)酵類型等反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)

指反應(yīng)器的類型、反應(yīng)器各部分尺寸的比例、空氣分布器的形式等生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程7.3.2kLa的影響因素操作變量生物反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程58操作變量通風(fēng)與攪拌

增加攪拌轉(zhuǎn)速N，以提高Pg，可有效提高kLa。