化工学报 ›› 2020, Vol. 71 ›› Issue (11): 4936-4944.DOI: 10.11949/0438-1157.20200787
收稿日期:
2020-06-22
修回日期:
2020-09-17
出版日期:
2020-11-05
发布日期:
2020-11-05
通讯作者:
张锋
作者简介:
冯尧成(1995—),男,硕士研究生,基金资助:
Yaocheng FENG(),Litai REN,Feng ZHANG(),Zhibing ZHANG
Received:
2020-06-22
Revised:
2020-09-17
Online:
2020-11-05
Published:
2020-11-05
Contact:
Feng ZHANG
摘要:
微生物好氧发酵过程是一个多相生化反应体系,空气中的氧在气液两相间的传质速率对生化发酵过程有重要影响。而气泡中氧的传递特性是气泡的形态、运动及体系温度、压力和物性综合影响的结果。通过建立两组分空气气泡上升及其氧传质耦合模型,进而采用数值模拟描述好氧发酵体系中微界面体系的强化效果。利用能量耗散理论评价制造微气泡体系的能耗,以获得高性价比的气泡形态和较高的氧利用率。计算结果表明,在预设的工况下,液面高度一定的反应器内,初始半径大于500 μm的气泡会在短时间内逸出体系,造成物料浪费;而气泡初始半径小于100 μm时,其停留时间、传质效率和氧利用率会显著提升。小气泡的生成需要较大的能耗,需要综合生产成本考虑。在不考虑其他因素影响的情况下,体系中的DO值如果维持在20%~30%,可以获得最大的氧气传质速率。
中图分类号:
冯尧成,任厉泰,张锋,张志炳. 好氧发酵过程微界面传质耦合模拟分析[J]. 化工学报, 2020, 71(11): 4936-4944.
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组分 | ρ0/(kg·m-3) | y | E×10-6/kPa | M/(g·mol-1) | DAB×109/(m2·s-1) |
---|---|---|---|---|---|
N2 | 1.251 | 0.79 | 8.15 | 28 | 1.64 |
O2 | 1.429 | 0.21 | 4.06 | 32 | 1.8 |
表1 体系中主要物质的各项参数
Table 1 Parameters of main substances in the system
组分 | ρ0/(kg·m-3) | y | E×10-6/kPa | M/(g·mol-1) | DAB×109/(m2·s-1) |
---|---|---|---|---|---|
N2 | 1.251 | 0.79 | 8.15 | 28 | 1.64 |
O2 | 1.429 | 0.21 | 4.06 | 32 | 1.8 |
时间/s | Mole fraction | |
---|---|---|
N2 | O2 | |
5 | 0.7908 | 0.2092 |
10 | 0.7915 | 0.2085 |
15 | 0.7922 | 0.2078 |
20 | 0.7928 | 0.2072 |
表2 气泡内气体摩尔分数的变化
Table 2 Changes of gas mole fraction in bubbles
时间/s | Mole fraction | |
---|---|---|
N2 | O2 | |
5 | 0.7908 | 0.2092 |
10 | 0.7915 | 0.2085 |
15 | 0.7922 | 0.2078 |
20 | 0.7928 | 0.2072 |
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