好氧发酵过程微界面传质耦合模拟分析

• 作者: 冯尧成 任厉泰 张锋 张志炳
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 多相反应 气泡 耦合模型 好氧发酵 能耗
• 年，卷（期）: 2021,（11）
• 所属期刊栏目: 南京大学化工学院院庆专栏
• 页码范围: 4936-4944
• 页数: 8页
• 分类号: TQ021.4,TQ923
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20200787

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500μm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100μm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。