在微生物发酵过程中,发酵液中的氧气浓度变化是供氧与耗氧之间的平衡体现。当供氧量超过耗氧量时,发酵液中的溶解氧浓度会升高;反之,则会下降。因此,控制发酵液中的溶氧浓度需要从供给和消耗两个方面入手。氧的传质方程是考虑从供氧角度控制溶氧浓度的理论依据。当空气中的氧气通入发酵罐后,逐渐溶解于培养液中,这个过程可以用以下方程来描述:N=KL*a*(C*-CL)。
其中,N表示单位时间内培养液中氧气浓度的变化,单位为mmolO2/(L·h);C*表示在罐内氧分压下培养液中氧气的饱和浓度,单位为mmolO2/L;C表示发酵液主流中的氧气浓度,单位与C*相同;KL代表氧传质系数,单位为m/h;a表示比表面积,即单位体积溶液所含的气液接触面积,单位为m²/m³。
由于比表面积a难以精确测量,因此KL*a合称为液相体积氧传质系数,单位为1/h。这个系数综合考虑了氧传质速率和气液接触面积的影响。
在实际应用中,通过调整供氧速率和搅拌速度,可以有效控制发酵液中的溶氧浓度。这对于维持微生物的正常生长和代谢至关重要。
因此,氧传质方程不仅有助于理解氧气传输过程,也为发酵过程中的溶氧控制提供了理论支持。
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